研究背景
當(dāng)前世界正在經(jīng)歷著能源轉(zhuǎn)型與變革。2022年，全球能源消費量創(chuàng)新高，一次能源消費206億t標(biāo)準(zhǔn)煤，同比增長2.2%，基本回歸到疫情前平均增長水平。雖然可再生能源消費量增長迅速，但化石能源仍占據(jù)全球消費量約81.8%，短期內(nèi)化石能源將在世界能源結(jié)構(gòu)中占有相當(dāng)比例。IEA、EIA、OPEC和BP公司等發(fā)布的能源展望報告預(yù)測，2040年化石能源在能源需求中占比73%～78%。
國際形勢的動蕩不安與國內(nèi)能源結(jié)構(gòu)的高碳比例要求加快推進構(gòu)建適應(yīng)新時代背景的能源體系。我國能源消費總量不斷增長，化石能源占比居高不下。2022年我國能源消費總量達到 54.1億t標(biāo)煤，化石能源占比約82.6%，其中煤炭占 56.2%，同比提高0.2%，非化石能源消費量僅占17.4%。我國長期面臨著油氣對外依存度高、進口風(fēng)險較大的能源安全問題，雖然新能源發(fā)展較快，但新能源與低碳技術(shù)達到體量尚需時日，短期內(nèi)我國能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型仍需保持對煤炭資源的高需求量。
在雙碳目標(biāo)和能源轉(zhuǎn)型的壓力下，推進煤炭的清潔高效利用與轉(zhuǎn)化對于新型能源體系的建設(shè)顯得尤為重要。筆者探討了新型能源體系的內(nèi)涵及發(fā)展，進一步對煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀進行闡述與分析，并針對適應(yīng)新型能源體系的煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑展開思考與討論。
摘要
當(dāng)今世界地緣政治風(fēng)險加劇、氣候環(huán)境問題凸顯，能源轉(zhuǎn)型變革加快。在此背景下，構(gòu)建更加適應(yīng)形勢變化的能源體系對提高我國能源供應(yīng)系統(tǒng)的可持續(xù)性及安全穩(wěn)定性意義重大。目前我國化石能源仍占據(jù)主體地位。油氣資源存在能源安全問題及新能源技術(shù)水平有待提升，中國短期內(nèi)對煤炭能源仍將保持較高依賴性。因此，推進煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化對于新型能源體系的構(gòu)建具有重要意義。筆者首先對新型能源體系的具體內(nèi)涵與構(gòu)建方向展開討論，并在此基礎(chǔ)上，對新時代中國煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀以及面臨的機遇與挑戰(zhàn)進行了闡述，以期為煤炭的清潔高效轉(zhuǎn)化技術(shù)的進步及煤化工產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展提供建議。
新時代要求賦予新型能源體系更多的內(nèi)涵。因此從戰(zhàn)略上看，未來能源體系應(yīng)具備“安全高效、清潔低碳、多元協(xié)同、智能普惠”多個特征，這也對煤炭產(chǎn)業(yè)的清潔高效發(fā)展提出了更高的要求。我國的煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化已取得顯著進步，但多個關(guān)鍵技術(shù)仍亟待突破。結(jié)合煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展與“雙碳”目標(biāo)關(guān)系的系統(tǒng)性認識，在新型能源體系建設(shè)的需求下，推進煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化對于社會經(jīng)濟發(fā)展、助力“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)具有重要意義，其關(guān)鍵在于加強該領(lǐng)域相關(guān)學(xué)科專業(yè)的基礎(chǔ)研究和煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化技術(shù)的創(chuàng)新開發(fā)。
新型能源體系發(fā)展與內(nèi)涵
1.1 國際新形勢下中國能源現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)
2022年，俄羅斯與烏克蘭沖突爆發(fā)引發(fā)全球能源市場劇烈動蕩，國際石油價格歷史性地第3次站上每桶超100美元的價格水平。為擺脫對俄羅斯石油、天然氣等能源的依賴，歐洲國家密集出臺一系列能源政策。俄烏戰(zhàn)爭前，歐盟30%的石油、45%的天然氣和46%的煤炭來自俄羅斯。歐盟對俄羅斯實施石油禁運后，歐盟從俄羅斯進口原油和石油產(chǎn)品總量大幅下降。歐盟統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2023年3月，歐盟從俄羅斯進口的原油和石油產(chǎn)品總量減少了90%。
1.2 中國能源體系發(fā)展歷程
2012年12月，中共十八大報告提出“推動能源生產(chǎn)和消費革命”，并在2017年10月的十九大報告中再次進行了強調(diào)，并提出構(gòu)建“清潔低碳、安全高效”的能源體系。2022年10月，中共二十大報告提出深入推進能源革命，加強煤炭清潔高效利用，加大油氣資源勘探開發(fā)和增儲上產(chǎn)力度，加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，積極穩(wěn)妥推進碳達峰碳中和，立足我國能源資源稟賦，堅持先立后破，有計劃分步驟實施碳達峰行動。
中國工程院《推動能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略研究》項目自2013年啟動，從世界能源形勢變化、第3次工業(yè)革命影響、生態(tài)文明建設(shè)需要多角度研究了能源生產(chǎn)端和消費端的若干問題，提出了能源革命的三階段論，以著力突破煤炭清潔高效利用為重點的能源技術(shù)革命方向和“樹立環(huán)境優(yōu)先、節(jié)約為主能源發(fā)展理念”等七大戰(zhàn)略舉措。
1.3 新型能源體系內(nèi)涵
新型能源體系是現(xiàn)代能源體系的發(fā)展與擴充，構(gòu)建清潔、低碳、安全、高效的能源體系是建立新型能源體系的基本路徑與前提。面對當(dāng)前國際國內(nèi)新形勢的雙重壓力，在中國式現(xiàn)代化建設(shè)新要求下，新時代賦予了“新型能源體系研究”新的內(nèi)涵：多元、協(xié)同、智能、普惠。
圖1 新型能源體系內(nèi)涵
中國煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
2.1 中國煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化成就質(zhì)
經(jīng)過多年發(fā)展，我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)已經(jīng)取得長足進步。首先，我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展迅速，示范和生產(chǎn)基地基本形成，總體規(guī)模在全球前列，以內(nèi)蒙古鄂爾多斯、陜西榆林、寧夏寧東、新疆準(zhǔn)東4個現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)示范區(qū)為代表，產(chǎn)業(yè)集群基本形成，基地園區(qū)初具規(guī)模。
2.2 “十四五”期間產(chǎn)業(yè)升級示范
“十四五”發(fā)展目標(biāo)對煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了新的要求。首先是產(chǎn)業(yè)規(guī)模上，要求“十四五”期間煤制油產(chǎn)能達到3000萬t/a、煤制氣達到150億m3/a、煤制乙二醇達到1000萬t/a、煤制芳烴達到100萬t/a、煤制烯烴達到2000萬t/a。從節(jié)能減排來看，需要將單位工業(yè)增加值水耗降低10%、能效水平提高5%、CO2排放強度降低5%。產(chǎn)業(yè)融合上，實現(xiàn)與石油化工、聚脂產(chǎn)業(yè)、PVC產(chǎn)業(yè)融合，以及低階煤分質(zhì)利用多聯(lián)產(chǎn)。科技創(chuàng)新方面，需要開發(fā)先進大型煤氣化技術(shù)，短流程技術(shù)，產(chǎn)品高值化、高端化、差異化生產(chǎn)技術(shù)以及節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保技術(shù)。除此之外，綠色發(fā)展方面，需要突破高鹽廢水、CO2減排利用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、制定現(xiàn)代煤化工示范項目的主副產(chǎn)品、綜合能耗、水耗、安全生產(chǎn)規(guī)范等標(biāo)準(zhǔn)制修訂。
2.3 問題與挑戰(zhàn)
我國積極開展產(chǎn)業(yè)升級示范，盡管煤化工發(fā)展取得了較大成就，仍然存在以下問題：
（1）煤化工發(fā)展的戰(zhàn)略定位不清晰。對于煤炭的綠色發(fā)展路徑認識不足和對缺乏認知而出現(xiàn)“去煤化”與“聞化色變”。在當(dāng)前世界面臨“百年未有之大變局”的情勢下，明確科學(xué)發(fā)展綠色現(xiàn)代煤化工的戰(zhàn)略地位，切實將煤炭清潔高效開發(fā)利用作為能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的立足點和首要任務(wù)是當(dāng)務(wù)之急。
（2）外部環(huán)境制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展。石油價格與供應(yīng)、產(chǎn)品產(chǎn)能與市場、資源配置與稅收、信貸融資與回報、環(huán)境容量與用水、溫室氣體與減排等都是影響中國煤化工發(fā)展的外部因素。
2.4 煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化的創(chuàng)新與突破
煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化的創(chuàng)新與突破關(guān)鍵在于技術(shù)的革新，表現(xiàn)在共性關(guān)鍵技術(shù)、前沿引領(lǐng)技術(shù)、現(xiàn)代工程技術(shù)以及顛覆性技術(shù)等方面。
煤化工的共性關(guān)鍵技術(shù)主要包括理論基礎(chǔ)、轉(zhuǎn)化過程以及廢物處理3個維度（圖2）。催化劑技術(shù)開發(fā)基礎(chǔ)理論與共性問題以及復(fù)雜反應(yīng)體系的傳質(zhì)行為、催化作用機理和反應(yīng)動力學(xué)問題是現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的理論基礎(chǔ)。而轉(zhuǎn)化過程的清潔高效水平提高關(guān)鍵在于基于系統(tǒng)能效、運行安全、環(huán)境友好和可持續(xù)發(fā)展的工藝設(shè)計技術(shù)和高效分離加工等先進的節(jié)能提效技術(shù)，加強能耗及污染排放管控。末端廢物處理階段，廢水近零排放技術(shù)等技術(shù)有助于實現(xiàn)煤炭產(chǎn)業(yè)廢棄物的循環(huán)再利用，提高物質(zhì)利用率。
圖 2 煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化共性關(guān)鍵技術(shù)
適應(yīng)新型能源體系的中國煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化發(fā)展路徑
3.1 雙碳目標(biāo)下煤炭產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展與“雙碳”目標(biāo)的系統(tǒng)分析
現(xiàn)代煤炭產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展問題分析與戰(zhàn)略制定，首先要系統(tǒng)認識雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)。碳排放的主要直接原因是能源活動，而能源活動的影響是廣泛而深刻的。因此，現(xiàn)實中能源與碳排放的關(guān)系是能源與其他主要維度關(guān)系綜合作用的結(jié)果。
然而，能源的低碳轉(zhuǎn)型不是一蹴而就的，也非短期內(nèi)實現(xiàn)。其過程的長度和程度取決于基本國情和發(fā)展階段。對以化石能源特別是以煤炭為主體能源的發(fā)展中大國，碳排放權(quán)既是能源安全權(quán)、又是經(jīng)濟發(fā)展權(quán)。不科學(xué)的能源轉(zhuǎn)型，將對能源供應(yīng)和經(jīng)濟發(fā)展帶來負面影響。
3.2 新型能源體系下煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化未來挑戰(zhàn)
能源戰(zhàn)略（2035）提出，在2060年前實現(xiàn)碳中和需要經(jīng)歷4個階段的能源體系變革（圖6）：①2021—2030是能源領(lǐng)域變革期。在該時期，我國能源活動相關(guān)的CO2排放達峰，一次能源消費達峰，非化石能源迅速發(fā)展，承擔(dān)能源需求增量主體，占比達到25%。②2031—2035是能源體系的養(yǎng)成期，碳排放穩(wěn)中趨降，基本建成現(xiàn)代能源體系，碳排放達峰后穩(wěn)中有降，能源相關(guān)CO2排放降低至100億t以內(nèi)，一次能源消費緩慢降至約57億t標(biāo)煤，其中非化石能源占比達到28%左右。③2036—2050的能源革命定型期，我國成為能源強國，建成現(xiàn)代能源體系，一次能源消費緩慢降至約50億t，GDP增長與能源需求增量脫鉤；④2051—2060年能源深度脫鉤期，實現(xiàn)碳中和。
圖3 中國能源革命戰(zhàn)略發(fā)展階段
3.3 煤炭資源綠色高效轉(zhuǎn)化——煤基新材料發(fā)展路徑
煤炭含碳量高，在自然界中儲量豐富，以煤炭為原料制備煤基材料是一種綠色經(jīng)濟的煤炭資源轉(zhuǎn)化與利用途徑。煤基新材料是指煤炭通過液化、焦化及中低溫?zé)峤獾葻徂D(zhuǎn)化途徑，進一步加工制備的含碳新材料，包括煤基合成新材料和煤基炭材料兩大類，廣泛應(yīng)用于航空航天、國防軍工、電子信息、生態(tài)環(huán)保等國民經(jīng)濟領(lǐng)域。
對于煤基合成新材料，需要依托煤制油、煤制乙二醇、煤制甲醇、煤制合成氨/尿素等現(xiàn)有煤化工及焦化產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，補齊烯烴原料生產(chǎn)短板，向工程塑料、尼龍材料、可降解塑料、聚碳酸酯、聚氨酯等延伸，拓展行業(yè)發(fā)展空間。
3.4 煤炭產(chǎn)業(yè)智慧發(fā)展——人工智能等技術(shù)的結(jié)合
除了化學(xué)化工問題以外，煤反應(yīng)過程的人工智能技術(shù)研究、大型數(shù)據(jù)庫建立和標(biāo)準(zhǔn)制定等可以提高煤炭產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化和信息化水平，從而實現(xiàn)建立更加智能、高效的煤化工產(chǎn)業(yè)鏈。
結(jié)語
新時代賦予新型能源體系的內(nèi)涵是“安全高效、清潔低碳、多元協(xié)同、智能普惠”?？茖W(xué)認識能源轉(zhuǎn)型，要立足中國的基本國情和發(fā)展階段，多元發(fā)展能源供給，提高能源安全保障水平，在“清潔低碳、安全高效”的能源體系框架下進行能源轉(zhuǎn)型和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，雙碳目標(biāo)必須要以保障國家的能源安全為前提，堅持共區(qū)三原則，確保合理發(fā)展權(quán)。
需要注意的是，能源革命和能源轉(zhuǎn)型都不是一蹴而就的簡單過程。能源轉(zhuǎn)型也不是線性發(fā)展的，決定能源轉(zhuǎn)型的成敗是公眾對經(jīng)濟性、便利性和安全性的綜合考慮，而這也正是所謂“既要穩(wěn)定供應(yīng)，還要環(huán)境友好和價格低廉”的“能源不可能三角形”的關(guān)鍵所在，如何使這一不可能三角變?yōu)榭赡苋鞘悄茉锤锩湍茉崔D(zhuǎn)型的終極目標(biāo)。
當(dāng)前及未來很長一段時間，煤炭仍然是我國的主體能源。作為世界第一大能源生產(chǎn)和消費主體，需要保持更為穩(wěn)健的轉(zhuǎn)型步伐，防范不切實際的能源轉(zhuǎn)型對經(jīng)濟社會發(fā)展可能的傷害。對于煤炭能源而言，以清潔高效轉(zhuǎn)化與利用技術(shù)替代傳統(tǒng)的粗放式發(fā)展模式，煤炭能源可作為功能更加穩(wěn)定的清潔能源。新型能源體系的內(nèi)涵為現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了方向與路徑，未來應(yīng)以創(chuàng)新引導(dǎo)持續(xù)推進煤炭的高效轉(zhuǎn)化與利用，突破煤化工產(chǎn)業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)與問題，為能源體系轉(zhuǎn)型提供安全保障。
轉(zhuǎn)載自：化工好料到haoliaodao.com
來源：中國化工信息周刊
林海球