IIGF观点 | 探讨煤炭在我国能源转型中的作用及出路

推进中国能源转型是减少温室气体排放、有效应对气候变化的关键举措。煤炭是中国能源系统的主力军。认清能源转型的本质和特点，充分发挥煤炭在能源转型中的作用，是确保传统能源体系向低碳能源体系转型的关键。自从提出“双碳”目标以来，“谈煤色变”的问题非常普遍，曲解煤炭作用的说法并不少见。因此，深入的认识煤炭在我国能源转型过程中的作用并积极谋划煤炭产业的发展路径非常必要。煤电是煤炭的重要形式，2021年底召开的COP26针对煤电的说法将phase out (煤电退出)改为phase down(减少煤电)，意味着如何控制煤电的节奏是个普遍关注的焦点问题。
　　一、 煤炭仍是当前能源的主力军
　　(一)煤炭是能源安全的“压舱石”
　　煤炭在确保我国能源供应安全方面发挥了至关重要的作用。我国能源资源特征是“富煤、缺油、少气”。与石油和天然气相比，我国的煤炭储量相对比较丰富，基本依靠国内供应基本可以满足煤炭消费的需求，见图1。然而，石油和天然气的进口比例近年来持续攀升。　　图1 2012-2019年我国煤炭生产量及进口量　　煤炭产业发展水平显著提升。近几年，我国煤炭行业供给侧改革取得了显著的效果，煤炭产能向生产能力大、技术水平高、生态环境影响小的煤炭大省区集中。淘汰煤炭落后产能的工作正在深入推进，截止 2021 年 11 月，煤炭行业累计退出煤炭产能达到 9.8 亿吨。2021年，我国原煤累计产量40.7亿吨，同比增长了4.7%，原煤生产增速小幅上涨。2021年，全国规模以上煤炭企业原煤产量超亿吨省份共6个，其中，山西(11.93亿吨)和内蒙古(10.39亿吨)两省区份均超过10亿吨；陕西(7亿吨)，新疆(3.2亿吨)，贵州(1.35亿吨)，安徽(1.13亿吨)，6省份产量合计35亿吨，同比增长6.68%，占全国规模以上煤炭企业原煤产量的85.9%。随着我国绿色发展理念的逐步推进，煤矿企业要保证能源安全稳定供应和矿区生态文明全面推进。煤炭行业正在向现代化高水平等阶段发展，煤炭生产各项指标逐步符合绿色发展的要求，整体技术水平正在向工艺先进、生产效率高、资源利用率高、安全保障能力强、环境保护水平高、单位产品能源消耗低等方向迈进。
　　储备能力得到动态调整，煤炭保障供应能力增强。为了缓解用煤紧张形势，加快先进产能的释放，国家有关部门积极推动煤矿扩产工作，保障煤炭正常供应，建成超过1亿吨政府可调度煤炭储备能力。同时，不断加快露天煤矿办理工作，先后批复60余座露天煤矿复产，涉及产能2.1亿吨/年。
　　(二)燃煤发电效率持续提升
　　目前我国发电和供热行业二氧化碳排放量占全国排放量的比重超过 40%，是全国二氧化碳排放的重点行业。燃煤发电提高效率在降低电力领域二氧化碳排放发挥了重要的作用。　　图2 2006─2019年各种措施累计减少二氧化碳排放量　　电力行业是煤炭消耗的主要行业之一，也是国家节能减排工作重点管控行业。“十一五”、“十二五”、“十三五”期间，电力行业按照国家的部署，深入实施煤电节能减排升级改造，火电供电煤耗持续下降。2020 年全国 6000 千瓦及以上火电厂供电煤耗为 305.5克标准煤/千瓦时，比 2015 年下降 9.9 克/千瓦时，比 2010 年下降27.5 克/千瓦时，比 2005 年下降 64.5 克/千瓦时。以 2005 年为基准年，2006—2020 年，供电煤耗降低累计减少电力二氧化碳排放 66.7亿吨，对电力二氧化碳减排贡献率为 36%，有效减缓了电力二氧化碳排放总量的增长。
　　(三)终端需求侧
　　随着我国经济水平的不断提升，煤炭在生活消费和商业领域的应用占比逐步降低，工业领域的煤炭消费量占比逐步提高。煤炭在工业领域的集中应用既可以提高煤炭的使用效率，也可以显著降低散烧煤带来的污染问题。特别显著的特征是10多年前，北方集中供暖普及率不高，很多居民依靠烧煤自采暖，到了冬天整个城市都弥漫着扑鼻的气味。随着散烧煤问题得到解决，我国绝大部分地区空气质量得到改善。　　图3 2001─2019年电力二氧化硫排放情况　　二、支撑电力能源的低碳化转型是关键
　　促进传统能源与可再生能源深度融合是能源转型最理想的情景。二者深度融合带来的好处主要体现在二方面：一方面是充分发挥传统能源的灵活性和储能的价值；另一方面是避免煤电资产被搁浅造成资源的浪费，降低能源转型带来的风险和转型的成本。
　　(一)保证能源和电力安全稳定供应
　　实现能源转型最终的目的是推动能源产业高质量的发展。能源转型的前提保证能源和电力安全稳定供应。不能因为当前煤炭是主要的碳排放来源，我们就与煤炭一刀两断，彻底抛弃煤炭。而是应该用系统的眼光来看待煤炭在能源转型过程中的作用。充分认识到实现煤炭消费比例的降低是个循序渐进的过程。从当前以煤电为主的能源系统到未来构建以新能源为主体的新型电力系统的过程中，煤电仍将发挥着稳定器和缓冲器的作用。
　　能源转型意味着电力能源结构发生显著的变化。从电源侧来看，与传统的电力系统差异巨大，高比例的太阳能和风力发电等可再生能源电源给新型电力安全稳定运行带来了极大的挑战。新型电力系统将呈现出大装机容量、大峰谷差以及机组可用率显著降低等特征，这些电力系统新的特征导致其对灵活性电源、调峰能力等提出了更高的要求。从电力终端消费来看，能源转型后电气化水平将得到大幅度的提升，即使相同的全社会能源消费量条件下，全社会用电量将显著增加，倒逼电源侧提供更多的电量，电力系统的发电装机规模和发电量都显著的增加。因此，发挥好煤电在新型电力系统中稳定电力运行安全的作用至关重要。
　　(二)生物质能与煤炭混合发电有助于降低存量煤电的排放
　　未来碳达峰之后碳排放要求越来越严格，生物质能是非常宝贵的负排放技术，可以中和必须保留的煤电排放的二氧化碳。生物质能可以与燃煤混合燃烧或者单独燃烧生物均可以实现提供电源的灵活性，同时满足碳排放降低的条件约束。
　　(三)燃煤发电与碳捕捉技术结合提供零碳的灵活性电源
　　能源行业是一个更替周期时间比较长的行业。从全系统的角度来看，为了提供充足的调峰能力，燃煤发电在很长一段时间将存在，即使是达到碳中和目标的时候仍将保留一定容量的燃煤发电机。由于煤电机组排烟体积流量大、烟气中二氧化碳分压低、烟气成分复杂等原因,其碳捕集难度大、成本高当前燃煤发电机组碳捕捉技术成本仍然较高，仍需在多个方面进行技术突破。但是，为了确保到2060年煤电机组能够提供低碳甚至零碳电力，燃煤发电需要提前布局碳捕捉技术的研发、示范和商业推广。
　　三、工业过程实现绿氢和绿电替代
　　煤炭的消费主要分布在发电和工业领域。与发电领域相比，工业领域降碳技术储备相对不足，工业领域特别是钢铁和水泥领域的降碳难度更大。采用绿氢和绿电替代煤炭是降低工业碳排放的主要途径。
　　(一)工业过程使用绿氢替代煤炭
　　碳减排是中国钢铁行业目前面临的一项核心挑战。2021年，中国粗钢产量达10.3亿吨，其中大约8亿吨是以煤炭为主要能源从铁矿石中生产出来的，占78%，其余22%由废钢生产而来。传统的高炉炼铁通过焦炭燃烧提供还原反应所需要的热量并产生还原剂一氧化碳，将铁矿石还原得到铁，并产生大量的二氧化碳气体。而氢能炼钢则利用氢气替代一氧化碳做还原剂，其还原产物为水，没有二氧化碳排放。如果采用风电或者太阳能发电制氢成本达到钢铁行业可以接受的程度，煤炭将大幅度的被替代。
　　但是，当前氢冶金尚处于示范阶段，有待于后期开展技术创新推动氢冶金成本达到商业应用可以接受的程度。国外目前较为成功的项目有：瑞典钢铁 HYBRIT 项目、萨尔茨吉特 SALCOS 项目和奥钢联H2FUTURE 项目。其中HYBRIT 项目工艺成本比传统工艺高 20%——30%。国内来看，主要的钢铁企业均开始着手探索不同的技术路径加快实现氢冶金的商业化。2020 年，河钢集团与卡斯特兰萨共同建设 120万 吨氢冶金示范性工程项目，该项目将使吨钢碳排放降至 125 公斤。2019 年，中国宝武与中核集团、清华大学签订合作协议，开发“核能制氢”技术。同时，酒钢也成立了氢冶金研究院，积极探索“煤基氢冶金理论”。
　　(二)改变工艺流程更多使用绿电
　　与发电和钢铁相比，水泥行业的减碳难度更大。水泥行业是我国国民经济的重要基础产业，也构成了现代城市建筑的躯干。从全球来看，水泥行业贡献了碳排放总量的7%。如果将全球水泥行业碳排放量与国家排放相比，那么它将是仅次于中国和美国的第三大碳排放国。我国生产了全球近六成水泥，水泥行业碳排放量也逾全球水泥产业碳排放总量的一半。水泥生产过程中的二氧化碳排放主要源于熟料生产过程，其中石灰石煅烧产生生石灰的过程所排放的二氧化碳，约占全生产过程碳排放总量的55-70%；高温煅烧过程需要燃烧燃料，因此产生的二氧化碳，约占全生产过程碳排放总量的25-40%。目前，中国水泥行业碳排放量占全国碳排放总量的约9%，是制造业中主要的二氧化碳排放源。
　　近期来看能效提升是降低水泥行业碳减排的重要抓手，并要增加替代燃料和碳捕捉技术的研发为远期加速推动水泥行业碳减排做技术储备。
　　四、政策建议
　　(一)大力发展转型金融支持“棕色资产”有序实现绿色转型
　　能源转型势必需要大量的资金的支持，传统金融以及当前的绿色金融难以满足能源转型对金融的需求。转型金融是助推能源转型重要的金融创新。从金融体系的发展和创新方面分析，我国绿色金融体系的建立为引导资金流向绿色领域提供了便利的渠道。然而，目前的绿色金融体系更侧重对符合《绿色产业指导目录》及相关目录标准的“绿色”项目提供资金支持，传统高碳排放行业缺乏转型过程的资金支持。转型金融可针对性地为“棕色”领域转型提供资金支持，补充覆盖煤炭、钢铁、水泥等高碳领域，并辅以较高的信息披露与转型关键指标要求，引导和督促“棕色”领域的转型发展，加速全社会实现碳达峰与碳中和目标的进程。
　　(二)制定促进煤炭相关人员下岗再就业的政策
　　能源转型必须实现公平转型才能可持续并最终实现。煤炭相关产业者的利益诉求必须得到尊重和保护，从而有利于在社会稳定的情形下推动能源转型。煤炭开采地区的居民承担了最大的污染损害，同时也面临更大的转型成本。建议国家和地方政府结合当地的转型需要为煤炭相关产业的人员提供适应新就业机会的培训帮助其实现更好的稳定就业。从全社会的角度来看，这些人群属于社会最脆弱的人群之一，采取政府补贴提供培训有利于积极的解决社会问题。
　　(三)支持科技创新提升减排、工业等技术创新
　　COP26大会召开以来，控制甲烷排放问题逐步成为全球热议的焦点。然而，当前煤矿开采中释放到大气中的甲烷尚无有效的技术手段来抑制。建议支持产学研结合加快煤矿开采中甲烷收集或者利用技术的开发。尤其我国作为世界上最大的煤炭生产国，若不能有效的控制煤炭开采过程中的甲烷排放，我国煤炭产业的发展将面临非常大的国际压力。
　　当前我国工业领域整体技术水平不高，特别是碳排放比较高的水泥行业。建议支持水泥行业以降碳为契机，提高水泥行业在原料和燃料领域的替代水平，降低水泥行业的污染物排放和二氧化碳排放水平，尝试探索水泥行业与碳捕捉技术的结合，最终实现零碳排放的水泥工业。促进水泥窑协同处置生活垃圾更高水平的应用，实现生态环境改善和降低碳排放的协同效应。
　　(四)积极培育新的战略新兴产业
　　原有的煤矿建设项目大幅减少， 传统的煤炭建设工程缩减、市场空间压缩，煤炭采选业固定投资逐步放缓，煤矿新建、改扩建市场不断缩减，煤炭相关的就业人充分群面临严峻的生活压力，煤炭产业集中的地区经济增长严重受限，地方发展可持续发展面临严重挑战。积极培育大数据、人工智能等数字技术与传统煤炭产业融合的战略新兴产业，既可以满足生态保护的要求，也可以提升煤炭产业的整体技术水平，延伸煤炭产业价值链，孕育新的产业集群，形成新的经济增长点，大幅增加就业。
　　(五)制定新形势下煤电存续发展的政策条件
　　建议从统筹考虑煤炭自身发电量的价值和其为能源系统提供灵活性的调峰价值，认可其的双重或者多重价值身份。
　　一直以来，发电收入是基本是煤电厂的唯一收入。随着煤电定位的调整，角色的转变，煤电发挥其作用的环境更复杂，必须坚持有针对性的政策补贴措施，推动煤电企业积极进行电厂的改造满足新形势下的技术要求。
　　制定和完善煤符合新发展阶段的煤电机组灵活性和排放标准，促进行业标准和技术发展的动态衔接，尽早将煤炭灵活性改造的技术创新成果推广应用到实际中去。
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