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《中國煤化工》
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中國工程院院士謝克昌:立足國情,走好具有中國特色的煤炭清潔高效利用之路
作者: | 來源:國家煤化工網 | 時間:2022-06-13

    編者按 作為我國能源供應的壓艙石和穩定器,煤炭在我國的主體能源地位在未來相當長的一段時間內不會改變。長期以來“富煤、貧油、少氣”的資源稟賦,造成我國以煤炭為主的能源消費結構。5月31日,就能源革命、能源安全、煤炭清潔高效利用、煤炭行業發展狀況以及煤化工領域新技術、新業態、新能源的發展現狀與研究進展等熱點話題,光明日報記者采訪了光華工程科技獎勵基金會理事長、中國工程院院士謝克昌。特此轉載,以饗讀者。


    煤炭要革命,但絕不是革煤炭的命

    問:曾經,能源革命一度被認為應該“革煤炭的命”。今天,由于國際國內形勢的變化,能源革命的內涵和方向已大有不同。您認為是什么因素促使這些變化悄然發生?能源革命,推進能源革命,煤炭這一傳統行業還能做什么?

    謝克昌:能源革命一度被認為應該“革煤炭的命”,這個觀點是不正確的。自2010年6月擔任中國工程院副院長以來,我先后主持完成中國工程院“中國煤炭清潔高效可持續開發利用戰略研究”“推動能源生產和消費革命戰略研究”等系列重大咨詢項目,我始終認為:煤炭要革命,但絕不是革煤炭的命,是要在全產業鏈上實現綠色開發、清潔高效利用,實現了清潔高效利用的煤炭就是清潔能源。

    當然,隨著國內外形勢的發展變化,現在都認識到能源革命不等于“革煤炭的命”,我認為主要因素有以下幾個方面:

    首先是我國的國情能情。黨中央、國務院多次強調,以煤為主是我們的基本國情。這個基本國情就決定了我國必須長期堅持煤炭清潔高效利用道路。在全國已探明的化石能源資源儲量中,煤炭占94%左右,是穩定經濟、自主保障能力最強的能源。盡管煤炭在一次能源消費中的比重將逐步降低,2021年降至56%,但在相當長時間內煤炭的主體能源地位不會變化。深刻認識我國能源資源稟賦和煤炭的基礎性保障作用,做好煤炭清潔高效可持續開發利用,是符合當前基本國情、基本能情的必然選擇。

    其次是能源安全保障形勢嚴峻。我國是油氣進口大國,油氣對外依存度長期居高不下。2021年,我國原油和天然氣進口量分別為5.13億噸、1675億立方米,對外依存度分別為72%、44.9%。同世界發達國家相比,我國油氣戰略儲備嚴重不足與滯后,戰略石油儲備約為70天消費量,與國際能源署設定的90天儲備安全標準線有較大的差距,與發達國家(如美國的石油儲備量約160天、日本石油儲備量約144天)相比差距更是明顯,海外油氣資源獲取、油氣進口通道安全、海外油氣資產權益等是我國能源安全保障的軟肋、短板。煤炭清潔高效轉化是發揮資源和原料雙重屬性優勢,緩解油氣緊張形勢的必然選擇。

    最后是應對當前復雜形勢的必然要求。從國際來看,全球疫情依然在持續蔓延,導致經濟復蘇動力不足。在國際地緣政治等因素的影響下,能源和糧食危機顯現,大宗商品價格飆升。從國內來看,受國內疫情反復、“去煤化”、“一刀切”、自然災害以及部分地區的電力需求快速增長等因素影響,國內能源供需持續偏緊,能源保供任務艱巨。黨中央、國務院已經明確指出,“大企業特別是國有企業要帶頭保供穩價!边@些都無疑在告訴我們:“能源的飯碗必須端在自己手里!倍禾繜o疑是端牢能源飯碗,實現我國能源安全自主可控的首選。

    盡管煤炭產業被認為是“傳統行業”,但應該要認識到,“傳統產業”只代表產業出現的時期較早,并不代表煤炭產業就是“夕陽行業”,更不應該出現在金融支持、科研支持、產能批復等各方面的“一刀切”、“去煤化”現象。煤炭產業一定要在保障安全生產、穩定能源供應的前提下,強化科技創新,大力推進煤礦智能化開采和煤炭清潔高效利用技術。要立足國情,走好具有中國特色的煤炭清潔高效利用之路。要繼續做好新時期煤炭清潔高效利用這篇大文章,著力圍繞先進高效燃煤發電、煤炭清潔高效轉化(煤基新材料、煤基特種油品)、二氧化碳減排和利用、煤炭資源綜合利用等領域開展協同攻關,這必將使“傳統產業”煥發新機,成為戰略性新興產業。

    推進煤炭清潔高效利用 要在燃煤發電和現代煤化工方面下功夫

    問:推進煤炭清潔高效利用,您認為應該從哪些技術領域進行突破?目前哪些領域已取得成績,可否舉例介紹一些?

    謝克昌:

    技術突破方向:

    我國煤炭利用正逐步向清潔化、大型化、規;、集約化發展,推動煤炭由單一燃料屬性向燃料、原料方向轉變,推進分級分質利用,從而實現高碳能源低碳化利用。具體來說,未來煤炭清潔高效利用的重點主要在燃煤發電和現代煤化工兩個方面。

    燃煤發電在未來相當長時期內仍是我國電力供應主力。除繼續承擔保障電力供應主體責任外,煤電還要為可再生能源大比例消納提供靈活調峰服務。要大力推進燃煤發電向高參數、大容量、智能化發展,推進超高參數燃煤發電、新型動力循環系統、高靈活智能燃煤發電、燃煤高效低成本多污染物聯合控制,及資源化利用的成套技術與裝備實現自主產業化,促進電力裝備技術升級和結構轉型,提高電力制造業的國際競爭力。

    現代煤化工是保障國家能源安全特別是油氣安全的重要途徑。要穩步推進以煤制油、煤制烯烴為代表的現代煤化工發展,加強技術創新,逐步推動煤化工產品高端化、高值化,延伸產業鏈,提升價值鏈,持續推進廢水近零排放、固廢減量化和資源化利用,F代煤化工項目建設只有在規模條件下,技術經濟效能和環保性能才能得到充分體現。中國化工報《能源化工“金三角”產業發展調研報告(2019年)》有力地說明了這一點。因此,要積極推進煤化工產業大型化、園區化和基地化發展,結合資源稟賦,穩步有序推進大型現代煤化工基地建設。

    已取得的成績:

    目前,我國已建成全球最大的清潔高效煤電供應體系,燃煤發電機組大氣污染物的超低排放標準高于世界主要發達國家和地區,燃煤發電已不再是我國大氣污染物的主要來源。國家能源集團泰州電廠3號機組成為世界首臺成功運用二次再熱技術的百萬千瓦超超臨界燃煤發電機組,實現供電標準煤耗266克/千瓦時。2021年底,全國百萬千瓦超超臨界燃煤發電機組有160臺在運行,超過其他國家的總和,平均供電標準煤耗約280克/千瓦時,引領世界燃煤發電技術發展方向。

    近年來,我國煤炭清潔高效轉化利用技術也取得一系列創新突破。煤直接液化、煤間接液化等成套關鍵技術具有自主知識產權,工業示范工程實現了安全、穩定、長期滿負荷運行,成為保障我國能源安全的重要戰略路徑。國內科技領軍企業、科研院所和高等院校持續協同攻關,開發了多種具有自主知識產權的高效低成本煤氣化技術,徹底擺脫大型煤氣化技術對國外進口的依賴;研發建設了世界首套百萬噸級煤直接液化商業裝置,實現長周期穩定運行;開發了400萬噸/年煤間接液化成套技術,實現商業化運行,目前煤制油產能已達931萬噸/年;建成了世界首套60萬噸/年煤制烯烴工業化生產裝置,首次實現由煤化工向石油化工原料的規模轉換,目前年產能達到1672萬噸。此外,我國在煤制乙二醇、煤制天然氣等技術發展和產業應用方面,均取得重大突破。

    我國煤化工發展迎來了新的機遇期

    問:您認為應該如何進一步提高煤化工產品的附加值,使其由初級產品向更高端進階?您對相關產業布局(地域分布)有何建議?

    謝克昌:數十年來,我國的煤化工發展有經驗也有教訓。目前在黨中央、國務院的統一部署下,煤化工發展迎來新的機遇期。具體來說:

    在高端化發展方面,要圍繞技術高端化和產品高端化開始布局。技術高端化要求淘汰落后技術,采用先進技術以提高生產效率和資源利用率,降低單位產品資源消耗、綜合能耗和污染排放。包括:大型煤氣化技術、新一代甲醇制烯烴技術、甲醇制芳烴技術、高含鹽廢水處理技術等。產品高端化主要是開發煤炭深加工特色產品,提高產品性能和附加值。包括:超凈汽油、柴油、軍用特種油;特殊用途功能材料、固體清潔燃料等。

    在多元化發展方面,要圍繞終端產品多聯產和原料多元供給布局。相對于傳統技術,分質多聯產技術具有資源利用率高、二氧化碳排放強度低等優勢,對于煤化工的經濟性和抗風險能力有很大提升空間。按照循環經濟理念,未來將大力推動煤化工與電力、石油化工、化纖、鹽化工、冶金建材等產業的融合發展。單一原料供應的煤化工傳統增長模式容易受到原料供給的制約。原料多元化可以打破傳統煤化工、天然氣化工和石油化工行業壁壘,形成適合區域性資源稟賦的新型集群產業。

    在低碳化發展方面,一要源頭減碳,研發新型高效催化劑與工藝和過程節能技術;二是過程減碳,要突破可再生能源制氫制氧與煤化工合成耦合技術,應用綠氫綠氧,降低煤化工工藝過程碳排放;三是要開展CCUS技術攻關,CCUS技術是實現煤化工低碳化發展的關鍵解決途徑,但其中的“U”尤為關鍵,只有二氧化碳利用獲得經濟性、規模性突破,CCUS才能充分發揮作用。當前,CCUS與相關能源系統的結合有可能培育出CCUS發展的新的技術經濟范式,如CCUS與氫能生產技術的集成、CCUS與可再生能源和儲能的集成等;適度布局前沿技術研發,二氧化碳低能耗捕集技術以及二氧化碳置換聯合地熱開采陸域可燃冰-地質封存一體化技術等。

    關于煤化工布局,現有六大煤化工戰略基地(陜北、鄂爾多斯、寧東、準東、哈密、晉北)大多在黃河流域,水資源和環保排放已接近“天花板”。幾年前,我們曾從煤炭儲量、經濟水平、環境容量、水資源量、二氧化碳排放、煤炭自給率6個維度綜合評價給出煤化工科學布局前五位的結果,與以上六大戰略基地基本一致。隨著形勢變化,未來可以考慮在東南部水資源豐富、煤炭運輸便捷的地區適度布局新基地(如荊州、九江、兩淮、云貴等地區)。

    節能優先 做好儲備 大力支持能源領域科技創新

   問:作為化石能源,我國煤炭儲量雖高,但未來終有用盡的一天。從長遠來看,您認為應該做好哪些工作、采取哪些措施切實保障我國能源安全?

    謝克昌:煤炭作為非常寶貴的不可再生礦產資源,2021年根據自然資源部的調查數據,其證實儲量和可信儲量之和為1622億噸,按照現行儲采比計算為40年左右。但未來隨著綜合利用效率的提升、利用方向從單一燃料向燃料和原料并重轉變,加上煤炭地質勘探的不斷推進,應該認識到:煤炭的儲采比將不僅僅是40,在未來很長一段時間內,煤炭仍然是我國的主體能源,發揮基礎保障作用,要始終牢牢抓好煤炭清潔高效可持續開發利用,讓煤炭持久發揮能源安全保障的穩定器、壓艙石作用。從長遠來看,還應該做好以下幾個方面工作:

    (一)堅持節能優先,及時修訂提升能效標準,壓減不合理能源需求。節能提效,降低能耗。我國工業產值能耗強度一直比較高,一方面是產品低端需要進行產業轉型,另一方面必須進一步挖掘能效潛力,及時修訂和實施更高能效的能耗標準并強制性實施。對我國而言,能效水平達到世界平均水平每年可以節約十多億噸標煤,總量十分可觀,而且由于煤炭的主體性,還可以大幅度地減少碳排放,年減排30多億噸二氧化碳,是實現碳減排、碳中和的最主要途徑。要及時修訂頒布細分產品的能耗標準,加速淘汰高耗能設備,精準推進節能降耗。

     (二)做好資源和產能儲備,在釋放優質產能的同時科學劃定煤炭產能“紅線”在當前能源保供任務繁重的形勢下,為更好應對當前百年未有之大變局以及可能出現的極端制裁情況,自然資源部、國家能源局等部門要加快地質勘探,摸清家底,開展科學評估,在釋放優質產能的同時,按照正常需求、基本需求、紅線需求、底線需求,分級劃定煤炭產能紅線,像“堅決守住18億畝耕地紅線,把中國人飯碗牢牢端在自己手中”一樣守住煤炭產能紅線,讓煤炭在極端制裁情況下能夠產得出、供得上、穩得住。

    (三)建設全國統一能源大市場,全方位加快能源應急儲備能力建設。建設全國統一能源大市場,構建能源內循環體系。要打破地方保護主義和市場分割,打破能源治理“九龍治水”格局,打通制約能源暢通流轉和經濟循環的關鍵堵點,全面推動全國能源市場由大到強轉變。

    加快油氣儲備能力建設,提升石油儲備達到120天進口量水平,加快儲氣庫建設步伐,形成兼具“保底”和“調節”功能的實物儲備。優選一批資源條件較優、區域位置較佳、輸送條件較好的資源地,建立10億噸探明地質儲量規模的石油資源戰略儲備。

    加快煤炭資源和產能儲備能力建設,啟動煤炭“基石工程”。圍繞加強推進五大煤制油氣戰略基地和十四個億噸級煤炭基地建設,按照煤炭產能紅線要求,研究提出國家在不同應急狀態下的油氣和電力需求,布局煤炭清潔高效利用的“基石工程”,充分發揮煤炭作為能源和原材料的雙重屬性,擴大煤制油氣規模,形成一定的煤電和煤制油氣產能儲備,真正將“基石”打造成我國能源安全保障的“壓艙石”。

    (四)做好技術儲備,大力支持能源領域科技創新。盡快實施科技創新2030-煤炭清潔高效利用重大項目,突破煤炭清潔高效利用的瓶頸技術,切實做到“清潔高效利用的煤炭也是清潔能源”。協同攻關煤氣化燃料電池發電、超臨界二氧化碳發電等前沿技術,加強煤基特種油品、煤基可降解塑料、煤基高端碳材料研發,探索低能耗、低成本二氧化碳捕集、利用和地質封存技術。

     聚焦大規模高比例可再生能源開發利用,加強化石能源和可再生能源的耦合利用。鞏固非化石能源領域技術裝備優勢,持續提升風電、太陽能發電、生物質能、地熱能、海洋能等開發利用的技術水平和經濟性,開展三代核電技術優化研究,研發更高效、更經濟、更可靠的可再生能源先進發電及綜合利用技術,重點關注退役可再生能源器件的資源化循環利用。因地制宜開發水電,實施雅魯藏布江下游水電開發等重大工程。積極安全有序發展核電。

    強化儲能、氫能等前沿科技攻關。開展新型儲能關鍵技術集中攻關,推動儲能成本持續下降和規;瘧,完善儲能技術標準和管理體系,提升安全運行水平。適度超前部署一批氫能項目,著力攻克可再生能源制氫和氫能加注、儲運、應用及燃料電池等核心技術,有序推動氫能技術發展和示范應用。

    煤炭開采是一項光明的事業 礦工是開采“光明”的使者

    問:作為我國煤炭供應的主要省份,山西、陜西、內蒙古等地在煤炭能源供應方面作出了重要貢獻。這些地域曾一度受到嚴重污染,以山西為代表的重工業區的經濟發展也嚴重依賴煤炭這一單一領域。而煤礦工人的工作境遇也一度受到各界廣泛關注。您認為在采煤安全方面,如何更好保障煤礦工人的生命安全?同時,一些新的技術如5G等正應用于礦井生產之中,新技術的研發應用應該向哪些方向努力?

    謝克昌:煤炭是我國的基礎能源和重要工業原料,新中國成立以來累計生產原煤960億噸以上,提供了70%以上的一次能源,為國民經濟和社會發展提供了可靠的能源保障?梢哉f,沒有煤炭工業發展,就沒有我國現在的工業體系,就不會有70年經濟社會的持續快速發展。而其中的山西、陜西、內蒙古等區域為我國的煤炭工業發展作出了巨大貢獻和犧牲。

    我國擁有一支龐大的、特別能戰斗的煤炭職工隊伍。2021年我國大型煤炭企業職工總數達到200萬以上。在國家各個重要發展時期尤其是當前能源保供任務艱巨的情況下,廣大煤炭職工以國家主人翁的高度責任感,顧大局、識大體,堅決響應國家的號召,加班加點拼命干,做出了歷史性貢獻。凡遇到緊急情況,煤炭緊缺的關鍵時刻,煤礦職工義無反顧,沖在前面,保障供煤,穩價供應。周恩來總理曾高度評價“煤礦職工為國家出了力,救了急,立了功”。

    我國煤炭開采地質條件復雜,瓦斯、水、火、煤塵、沖擊地壓等災害時刻威脅礦工健康和生命安全。但得益于煤礦科技投入和人員素質的不斷提高,煤礦安全生產形勢穩步好轉,煤礦職業安全健康、勞動保護跨入新時代。1978年,我國煤礦百萬噸死亡率為9.713。黨的十八大以來,2012年首次降至0.5以下,2013年降至0.3以下,為0.288,2018年下降到0.093,首次降到0.1以下,2021年降至0.044,實現了煤礦安全的歷史性進步。

     為更好提高煤礦工人的幸福感和安全感,我認為未來可以繼續關注以下兩個方面的工作:職業健康安全和生產安全。

    關于職業健康安全方面,主要指的是塵肺病,它主要與煤炭開采產生的粉塵有關。截至2020年底,我國累計報告職業病101.1萬例,其中職業性塵肺病90.4萬例,約占89.4%,60%以上為煤礦的塵肺病,全國煤礦每年因塵肺病死亡人數約4000人,遠遠超過煤礦安全生產事故。為保障工人的職業健康,首先,思想先行,對煤礦采掘的工人開展職業教育。讓他們在具體的工作中能認真按照相關的標準進行,自覺地提高生產的效率和安全性。其次,主動減塵,積極研發應用先進的開采設備,性能優異的開采機械設備對于減少粉塵的出現有非常大的促進作用。最后,被動降塵,擴大煤礦井內的濕度和通風,降低工作環境的粉塵濃度。

    關于生產安全方面,主要是提高煤礦的數字化、智能化水平,實現開采工作面的少人化甚至是無人化。通過利用5G技術,實現露天礦自動駕駛、智能采煤與輔助運輸、無人機巡檢煤礦等,不斷拓展綠色開采煤礦的智能化路徑,大大降低開發危險,提高開采的安全性。加快數字化在煤礦中的廣泛應用,助推煤炭產業的發展。煤礦智能化建設已經在我國開展了好幾年且取得顯著成效。

    總的來說,煤炭開采是一項光明的事業!礦工是開采“光明”的使者!責任重大、使命光榮。

    穩妥進行能源轉型 鑄就現代能源體系

    問:您曾提到:“發展甲醇能源符合中國國情。甲醇汽車和甲醇燃料的技術儲備、生產裝備、工程化建設以及應用等已經成熟,具備全面開展推廣應用的基礎,和開展國際間廣泛合作協作條件!睂τ诩状嫉刃滦湍茉,您認為我國現有資源稟賦是否能夠滿足其發展需求?其發展空間究竟如何?您對未來我國能源領域發展方向有何建議?

    謝克昌:

    (一)甲醇燃料及其發展前景

    甲醇既是一種重要的有機化工基本原料,又是一種重要的低碳清潔燃料。目前,廣泛應用于有機合成、染料、農藥、醫藥、涂料等行業。同時,國家也正在有序組織甲醇汽油的推廣和使用,甲醇消費新途徑、新領域不斷拓寬,不僅有助于其他行業的減碳,而且作為優異的儲氫載體,可以克服氫能儲運的困難。甲醇燃料在未來具有很大的推廣應用前景。具體來說考慮因素如下:

    第一,甲醇具有良好的經濟特性。相同熱值的甲醇價格比汽柴油低,具有良好的經濟效益。甲醇可替代汽柴油,進而減少油氣進口,一方面可以緩解我國能源緊張局勢,對于保障我國能源安全有重大意義。另一方面,實施甲醇替代油氣戰略將帶動形成萬億元產業,可以促進經濟內循環高質量發展。由于甲醇燃料分子中僅含有一個碳,相比汽油含7-13個碳、柴油含14-22個碳,其在應用端是低碳、清潔的燃料。

    第二,推廣應用甲醇燃料我國有基礎。一是有技術基礎,甲醇生產工藝簡單、技術成熟,可以煤炭、天然氣、工業副產氣、生物質、有機垃圾等多種物質為原料生產;二是有產能基礎,我國是全球最大的甲醇生產國和消費國,據中國石化聯合會統計,2020年,國內甲醇全年產能達到9141萬噸,甲醇總產量達到7262萬噸,其中煤制甲醇達到6134萬噸,占比達84.5%。三是有推廣應用經驗基礎,2012年以來,工業和信息化部等相關部委共同在山西、上海、陜西、貴州和甘肅的10個城市開展甲醇汽車試點工作,其中山西早在上世紀80年代就甲醇燃料的毒性、腐蝕性、動力性能、污染物排放等人們關注的問題進行過深入廣泛的試驗研究,并證明其替代汽柴油的可行性。目前全國在運行的甲醇汽車近3萬輛。

    總的來說,甲醇燃料的發展和應用,技術儲備、生產裝備、工程化建設以及標準制定等已經成熟,具備全面開展推廣應用的基礎和開展國際間廣泛合作協作條件。積極發展綠色甲醇是甲醇產業可持續發展的重要方向。

    (二)未來能源領域的發展方向

    關于未來能源發展,經過我們的戰略研究將其劃分為四個階段:

    2021-2030年為能源領域變革期:處于碳排放達峰階段,年排放110億噸以內,一次能源年消費達峰約60億噸tce,非化石能源承擔能源需求增量主體,占終端能源消費比重約25%。2031-2035年為能源體系養成期:屬于碳排放穩中趨降階段,年排放100億噸以內,一次能源年消費緩慢降至57億噸tce,非化石能源占比約28%。2036-2050年為能源革命定型期:進入碳排放大幅減少階段,一次能源年消費緩慢降至50億噸tce,GDP增長與能源脫鉤。2051-2060年碳中和階段:努力爭取2060年前實現碳中和。

    如上所述,能源革命和實現碳達峰碳中和都不是一蹴而就的過程。它們猶如一對孿生兄弟,其終極目標都是鑄就現代能源體系,建成能源強國,使我國未來能源完全實現“需求合理化、開發綠色化、供應多元化、調配智能化、利用高效化!碑斍,作為一個以煤為主體能源的負責任大國,一定要立足于基本國情和發展階段,審慎研判國際形勢,在有效保障能源安全供應的前提下,結合實現碳達峰碳中和的目標任務,穩妥進行能源轉型。任何不切實際的能源轉型都可能給經濟社會造成不利影響。


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