“雙碳”目標(biāo)下，煤炭工業(yè)如何應(yīng)對(duì)新挑戰(zhàn)

提要：

煤炭工業(yè)需要在全面確保能源安全的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮在能源體系中的穩(wěn)定器和壓艙石作用，建立煤炭柔性生產(chǎn)供應(yīng)體系，適應(yīng)煤炭消費(fèi)需求的不確定性，全面推進(jìn)煤炭智能綠色開采及清潔高效利用，加快建設(shè)以智能、綠色、低碳為特征的現(xiàn)代煤炭工業(yè)體系，促進(jìn)煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

煤炭作為我國(guó)的最基礎(chǔ)能源和工業(yè)生產(chǎn)原料，是可實(shí)現(xiàn)清潔高效利用的最經(jīng)濟(jì)、最安全的礦產(chǎn)資源。煤炭工業(yè)一直發(fā)揮能源支柱作用，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展提供了能源安全保障。

“十三五”期間，我國(guó)持續(xù)推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，煤炭工業(yè)全面落實(shí)能源安全新戰(zhàn)略，推進(jìn)自身消費(fèi)革命、供給革命、技術(shù)革命、體制革命、國(guó)際合作，全面實(shí)施煤炭綠色開采和清潔高效利用，支撐我國(guó)能源結(jié)構(gòu)全面優(yōu)化和多能互補(bǔ)的現(xiàn)代能源體系建設(shè)，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展。

面對(duì)“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的目標(biāo)，煤炭作為我國(guó)最重要的基礎(chǔ)能源和能源安全的壓艙石，必須走智能綠色低碳開發(fā)利用創(chuàng)新之路，以煤礦智能化為標(biāo)志的煤炭技術(shù)革命和技術(shù)創(chuàng)新成為行業(yè)發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力，煤炭資源智能綠色開發(fā)與清潔低碳利用是發(fā)展主題，技術(shù)創(chuàng)新將支撐煤炭資源成為最有競(jìng)爭(zhēng)力的能源和原材料資源。

我國(guó)能源格局發(fā)生變化

“十四五”時(shí)期及未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，同步推進(jìn)“四化”——工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、信息化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，依舊是我國(guó)發(fā)展的重要目標(biāo)。在此背景下，能源消費(fèi)—供給關(guān)系將更加合理，能源需求將穩(wěn)步增長(zhǎng)。

我國(guó)能源需求仍將保持增長(zhǎng)。2019年，我國(guó)人均一次能源消費(fèi)為3.47噸標(biāo)準(zhǔn)煤/年，居全球第48位，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家。美國(guó)、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家人均用電量超1000千瓦時(shí)，而我國(guó)人均用電量剛達(dá)到其一半水平。

中等收入群體在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中勢(shì)必出現(xiàn)消費(fèi)變化，形成消費(fèi)升級(jí)，而能源作為保障性支撐，其需求與碳達(dá)峰之間仍有很大發(fā)展空間。

但是，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式不斷轉(zhuǎn)型，從高速發(fā)展逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻】党掷m(xù)發(fā)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)展以人為本，以發(fā)展質(zhì)量為核心，經(jīng)濟(jì)增速放緩帶來(lái)節(jié)能減排技術(shù)不斷進(jìn)步將使能源利用效率顯著提升，能源需求在未來(lái)的增速將緩慢下降。

煤炭在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的占比將持續(xù)下降。2017年以前，煤炭在我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比重一直在60%以上，2020年降至57%，在進(jìn)一步發(fā)揮煤炭、煤電對(duì)能源穩(wěn)定保障作用的同時(shí)，“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)愿景將推動(dòng)我國(guó)能源綠色、低碳、和諧發(fā)展，促進(jìn)化石能源清潔高效利用。建立多能融合供應(yīng)體系將是“十四五”時(shí)期及未來(lái)一段時(shí)間能源發(fā)展的重要任務(wù)，促進(jìn)化石能源的清潔高效低碳利用，大力發(fā)展可再生能源，安全有序發(fā)展核電。我國(guó)提出，到2030年非化石能源在能源供應(yīng)中的比率將達(dá)到25%左右。到2030年煤炭占一次能源消費(fèi)的比率有望降至50%以下。

各種能源的比較優(yōu)勢(shì)取決于其技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)展情況。根據(jù)2019年數(shù)據(jù)測(cè)算，同等熱值的煤炭、石油、天然氣比價(jià)為1:7:3，可以說(shuō)煤炭是我國(guó)最經(jīng)濟(jì)安全的能源資源。2020年，原煤入選率達(dá)到74%，總量超過(guò)28億噸;燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造全面推進(jìn)，9.5億千瓦煤電機(jī)組實(shí)現(xiàn)超低排放。此外，穩(wěn)步推進(jìn)現(xiàn)代煤化工升級(jí)示范是技術(shù)創(chuàng)新重要一環(huán)，基本實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、園區(qū)化、基地化格局?，F(xiàn)代煤化工技術(shù)的不斷創(chuàng)新，煤制油氣、醇烴類燃料開發(fā)規(guī)模不斷擴(kuò)大，加快了煤炭“由黑變白”、資源由重變輕轉(zhuǎn)變的步伐。

在建立新能源體系過(guò)程中，各種能源的比較優(yōu)勢(shì)將取決于其本身技術(shù)創(chuàng)新的進(jìn)展情況。煤炭清潔利用技術(shù)的創(chuàng)新將使煤炭成為最有競(jìng)爭(zhēng)力的能源和原材料資源，煤炭仍將在下個(gè)100年中扮演重要角色。

煤炭工業(yè)發(fā)展面臨新的挑戰(zhàn)

一是面臨不利的發(fā)展環(huán)境。在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下，“去煤化”論調(diào)被反復(fù)炒作，在短期內(nèi)仍將作為我國(guó)主體能源的煤炭資源被社會(huì)輿論詬病和嫌棄。為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，國(guó)家及地方政府勢(shì)必進(jìn)行能源資源戰(zhàn)略調(diào)整，可能會(huì)出臺(tái)一些壓縮煤炭產(chǎn)能、減少煤炭相關(guān)產(chǎn)業(yè)資金投入等政策，使煤炭資源處于不利的發(fā)展環(huán)境中。

二是優(yōu)質(zhì)易開發(fā)煤炭資源逐年減少。近年來(lái)，隨著煤炭資源的大規(guī)模高強(qiáng)度持續(xù)開發(fā)，煤炭資源開采深度、開采成本等逐年增加，優(yōu)質(zhì)焦煤、化工用煤等儲(chǔ)量大幅減少，煤炭資源開采成本增加，老礦區(qū)面臨資源枯竭轉(zhuǎn)型難題，煤炭資源實(shí)現(xiàn)綠色、低碳開發(fā)面臨技術(shù)與經(jīng)濟(jì)雙重困難。

三是生態(tài)硬約束使開采成本大幅度增加。采礦與生態(tài)既是矛盾又可友好協(xié)調(diào)，生態(tài)保護(hù)的紅線要求煤炭必須綠色開發(fā)，建設(shè)綠色礦山，充填開采、矸石處理、保水開采、塌陷區(qū)治理等現(xiàn)有煤炭資源綠色開發(fā)技術(shù)普遍存在效率低、效益差等問(wèn)題，煤炭資源綠色開發(fā)勢(shì)必將大幅增加煤炭開發(fā)利用成本，削弱煤炭資源價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，煤炭資源綠色高效開發(fā)技術(shù)體系亟待完善。

四是煤炭生產(chǎn)和供給模式不適應(yīng)新發(fā)展要求。新時(shí)期，煤炭市場(chǎng)多種不確定因素增加，市場(chǎng)對(duì)煤炭需求的彈性要求提高，國(guó)內(nèi)煤炭市場(chǎng)供需結(jié)構(gòu)將發(fā)生重大改變，煤炭現(xiàn)有生產(chǎn)和供給模式不適應(yīng)新發(fā)展要求，需要建立新型柔性煤炭生產(chǎn)與供給體系。

沒(méi)有資源能替代煤炭的兜底保障作用

煤炭依然是我國(guó)能源的基石?！吨袊?guó)礦產(chǎn)資源報(bào)告(2020)》顯示，截至2019年底，我國(guó)煤炭探明資源儲(chǔ)量約1.74萬(wàn)億噸，是我國(guó)最豐富的能源。我國(guó)的能源資源稟賦決定了煤炭資源在能源結(jié)構(gòu)中的主體地位短期內(nèi)無(wú)以替代。2020年12月21日，國(guó)務(wù)院新聞辦公室發(fā)布《新時(shí)代的中國(guó)能源發(fā)展》白皮書，明確提出推進(jìn)煤炭安全智能綠色開發(fā)利用，努力建設(shè)集約、安全、高效、清潔的煤炭工業(yè)體系，煤炭仍然是我國(guó)最經(jīng)濟(jì)安全的能源資源。

新能源需要煤炭作為穩(wěn)定器。風(fēng)、光等新能源的不穩(wěn)定性給新能源體系增加了脆弱性，美國(guó)部分地區(qū)在極端天氣下的大范圍停電等表明了新能源的脆弱性，值得深思。在大規(guī)模低成本儲(chǔ)能技術(shù)未獲得突破的前提下，新能源難以實(shí)現(xiàn)全面或高比例納入現(xiàn)有能源。新能源和化石能源相互形成助力，耦合發(fā)展將是以新能源為主、低碳體系建立的重要途徑。

油氣資源不足，煤炭資源為國(guó)家能源安全發(fā)展兜底的作用無(wú)法改變。2020年，我國(guó)原油對(duì)外依存度73%，天然氣對(duì)外依存度43%。在國(guó)際能源博弈和地緣政治沖突不斷加劇的背景下，油氣進(jìn)口安全風(fēng)險(xiǎn)增加。目前，在我國(guó)沒(méi)有任何一種能源能夠替代煤炭在能源體系中的兜底保障作用，煤炭依然是國(guó)家能源安全的壓艙石。

應(yīng)當(dāng)深刻認(rèn)識(shí)我國(guó)能源資源稟賦、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展要求和能源發(fā)展規(guī)律，碳達(dá)峰不是能源達(dá)峰，碳中和不是零碳。

新時(shí)期，煤炭工業(yè)需要堅(jiān)定不移地開展智能化煤礦建設(shè)，推動(dòng)煤炭智能綠色開發(fā)和清潔低碳利用，建立煤炭智能化柔性先進(jìn)生產(chǎn)和供給體系，發(fā)揮煤炭為碳達(dá)峰、碳中和兜底，為能源安全兜底，為國(guó)家安全兜底的作用。

提升煤炭柔性生產(chǎn)供給保障能力

在“雙碳”目標(biāo)背景下，煤炭工業(yè)需要在全面確保能源安全的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮在能源體系中的穩(wěn)定器和壓艙石作用，建立煤炭柔性生產(chǎn)供應(yīng)體系，適應(yīng)煤炭消費(fèi)需求的不確定性，全面推進(jìn)煤炭智能綠色開采及清潔高效利用，加快建設(shè)以智能、綠色、低碳為特征的現(xiàn)代煤炭工業(yè)體系，促進(jìn)煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

一是提升以智能化為支撐的煤炭柔性生產(chǎn)供給保障能力。煤礦智能化是新時(shí)期煤炭高質(zhì)量發(fā)展的必由之路，建設(shè)智能化煤礦，發(fā)展以煤礦智能化支撐的柔性生產(chǎn)供給體系，實(shí)現(xiàn)新時(shí)期、新煤炭、新格局高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)。要將研發(fā)重點(diǎn)放到核心基礎(chǔ)零部件、工藝和材料方面。如通過(guò)突破精準(zhǔn)地質(zhì)信息系統(tǒng)及隨掘隨采探測(cè)技術(shù)與裝備、智能化無(wú)人開采、礦山機(jī)器人、煤礦物聯(lián)網(wǎng)等難關(guān)實(shí)現(xiàn)無(wú)人采煤。同時(shí)，通過(guò)新一代信息技術(shù)構(gòu)建從集團(tuán)至礦業(yè)公司再至企業(yè)的多級(jí)大數(shù)據(jù)中心。通過(guò)煤礦開采全過(guò)程的數(shù)據(jù)鏈條構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)煤礦決策的智能化和運(yùn)行的自動(dòng)化，促進(jìn)煤炭的柔性供給。

二是降低煤炭開發(fā)利用能源消耗強(qiáng)度。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革，對(duì)能源生產(chǎn)和消費(fèi)部門影響較大，提高煤炭企業(yè)的綠色發(fā)展能力更勢(shì)在必行。綜合利用余熱、余壓等節(jié)能項(xiàng)目，將先進(jìn)節(jié)能技術(shù)和裝備應(yīng)用到煤炭開采的各個(gè)環(huán)節(jié)。同時(shí)，繼續(xù)推廣二次再熱先進(jìn)高效超超臨界煤電技術(shù)、清潔高效熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)、特殊煤種超超臨界循環(huán)流化床等一系列清潔發(fā)電技術(shù)。我國(guó)在煤電低碳發(fā)展方面，掌握了百萬(wàn)千瓦超超臨界二次再熱機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)，600兆瓦超臨界循環(huán)流化床鍋爐關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)能10萬(wàn)噸/年的二氧化碳捕集和封存示范項(xiàng)目，采用已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平的污染物脫除、煤基能源廢水處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

三是推動(dòng)煤炭從燃料向燃料和原料轉(zhuǎn)變。發(fā)展煤化工，對(duì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生的高濃度二氧化碳進(jìn)行捕捉，有利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。30%至40%的固碳目標(biāo)可通過(guò)煤制甲醇、烯烴、乙二醇等工藝路線使部分碳元素進(jìn)入產(chǎn)品而實(shí)現(xiàn)。綜合利用煤炭轉(zhuǎn)化與可再生能源、碳捕集利用和封存，實(shí)現(xiàn)煤炭發(fā)展的低碳循環(huán)、清潔高效。推動(dòng)煤炭向原料與燃料并重轉(zhuǎn)變，促進(jìn)行業(yè)轉(zhuǎn)型。綜合考慮環(huán)保、安全、市場(chǎng)等因素，推進(jìn)現(xiàn)代煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，推進(jìn)煤炭氣化、煤炭液化(含煤油共煉)、煤制天然氣、煤制烯烴等發(fā)展，延長(zhǎng)煤化工產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)煤基新材料技術(shù)進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展。

四是研發(fā)實(shí)用的碳捕集、封存和利用技術(shù)。碳捕集、封存和利用技術(shù)(Carbon Capture， Use and Storage，CCUS)將成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)脫碳化的重要技術(shù)路徑，應(yīng)在第一代和第二代技術(shù)基礎(chǔ)上，科學(xué)評(píng)估國(guó)內(nèi)外CCUS技術(shù)，對(duì)新一代CCUS技術(shù)路線進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃，重點(diǎn)研發(fā)降低能耗和成本的關(guān)鍵技術(shù)，以電力行業(yè)為重點(diǎn)，進(jìn)行技術(shù)研發(fā)示范，力爭(zhēng)在特定區(qū)域建立碳捕獲集群。

研發(fā)實(shí)用的CCUS技術(shù)，重點(diǎn)研發(fā)CCUS降低能耗和成本的關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)新研究發(fā)展二氧化碳回收、循環(huán)和資源化利用技術(shù)意義重大。除了對(duì)二氧化碳進(jìn)行捕捉封存、驅(qū)油驅(qū)氣(包括驅(qū)煤層氣)、富氧燃燒等以外，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、消防特別是在生產(chǎn)附加值高、市場(chǎng)用量大、未來(lái)前景廣闊的化工產(chǎn)品和高性能材料等領(lǐng)域，也可將二氧化碳作為原料加以有效利用，開發(fā)相關(guān)的下游產(chǎn)品，以便建立我國(guó)獨(dú)具特色的以二氧化碳為原料的工業(yè)體系，前景十分廣闊。

利用二氧化碳生產(chǎn)全降解塑料。我國(guó)是世界上最大的塑料生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，也是最大的塑料原料進(jìn)口國(guó)，充分利用大量的二氧化碳制取可全降解的塑料，包括其他的工程塑料、化工新材料、高性能的特種材料等，可極大地促進(jìn)我國(guó)塑料原料的來(lái)源多元化、降低進(jìn)口依賴度，并大大降低塑料制品的生產(chǎn)成本。這一路徑將來(lái)極有可能形成較大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化。

生產(chǎn)合成氨和尿素特別是合成具有廣泛用途的一系列尿素衍生物。合成氨與原料氣“脫碳”放出的二氧化碳一起，可生產(chǎn)尿素及其進(jìn)一步的尿素衍生物，有利于形成一個(gè)很完整的化工產(chǎn)業(yè)鏈。

以二氧化碳為原料進(jìn)行催化加氫，用合成醇類(如甲醇)、脂類、烴類(如甲烷)、酸類(如甲酸)等的化工原料，進(jìn)而生產(chǎn)一系列用途廣泛的以含氧含碳化合物為主的精細(xì)化工品或大宗化工原料。

采用高分子合成方法，以二氧化碳為原料合成如聚碳酸脂類、橡膠類、染料類、特種溶劑類等的高價(jià)值產(chǎn)品或半成品(進(jìn)一步加工之原料)……總之，要從源頭上減排二氧化碳，將大量的二氧化碳有效轉(zhuǎn)化利用、變廢為寶，特別是聚焦于它的化學(xué)利用，以高價(jià)值的化工品和高性能材料為主要目標(biāo)產(chǎn)品。要加快研發(fā)布局，加大攻關(guān)力度;科學(xué)地選擇目標(biāo)產(chǎn)品，有效降低二氧化碳資源化利用成本。

(作者系中國(guó)工程院院士、中國(guó)煤炭科工集團(tuán)首席科學(xué)家)

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“十三五”以來(lái)煤炭工業(yè)落實(shí)能源安全新戰(zhàn)略成果

煤炭消費(fèi)革命層面

煤炭消費(fèi)總量占一次能源消費(fèi)總量的比重持續(xù)下降，2020年占比為56.8%。

超低排放煤電機(jī)組超過(guò)9億千瓦，超過(guò)7.5億千瓦煤電機(jī)組實(shí)施節(jié)能改造，供電煤耗逐年降低。

“十三五”期間，我國(guó)在大型先進(jìn)煤氣化、煤直接制油、煤間接制油、煤制乙二醇、大型煤制甲醇、煤制烯烴等技術(shù)方面取得了重大的突破，大型設(shè)備的開發(fā)和運(yùn)用使得煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化示范工程順利實(shí)施，我國(guó)煤炭轉(zhuǎn)化發(fā)展迅速，技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化均名列世界前茅。

煤炭供給革命層面

2016年至2019年，全國(guó)累計(jì)新增查明煤炭資源儲(chǔ)量2279億噸。

2016年至2020年，全國(guó)煤炭產(chǎn)量由34.1億噸增加到39.0億噸，累計(jì)生產(chǎn)煤炭184億噸左右。

“十三五”期間，我國(guó)大型煤炭基地建設(shè)和企業(yè)兼并重組不斷推進(jìn)，累計(jì)關(guān)閉退出落后產(chǎn)能10億噸/年左右。

全國(guó)煤礦數(shù)量由改革開放初期的8萬(wàn)多處減少到2020年底的4300處左右，增加先進(jìn)產(chǎn)能6億噸/年左右。

全國(guó)生產(chǎn)煤礦產(chǎn)能41億噸/年，平均單井(礦)產(chǎn)能提高到110萬(wàn)噸/年以上。

2020年，我國(guó)大型煤炭基地產(chǎn)量占比約為96.6%，比2015年提高3.6個(gè)百分點(diǎn)。

煤炭技術(shù)革命層面

2020年，全國(guó)煤礦采煤機(jī)械化程度達(dá)到78.5%，掘進(jìn)機(jī)械化程度達(dá)到60.4%，建成約500個(gè)智能化采掘工作面。

煤炭體制革命層面

不斷健全煤炭市場(chǎng)化體制機(jī)制，持續(xù)深化交易市場(chǎng)建設(shè)和完善價(jià)格指數(shù)體系。

在定價(jià)機(jī)制方面，形成了煤炭中長(zhǎng)期合同制度和“基礎(chǔ)價(jià)+浮動(dòng)價(jià)”的定價(jià)機(jī)制。

在投資體制方面，股權(quán)和投資主體逐步形成多元局面。

煤炭國(guó)際合作層面

我國(guó)煤炭領(lǐng)域的國(guó)際程度得到不斷提升。

不斷與國(guó)際能源署、世界能源理事會(huì)、世界煤炭協(xié)會(huì)等國(guó)際組織深度合作，與包括俄羅斯、印度、澳大利亞、印度尼西亞、波蘭、烏克蘭等主要產(chǎn)煤國(guó)交流日趨增多，逐步從跟隨式合作發(fā)展到以我為主的國(guó)際合作。