关于我国煤炭能源低碳发展的思考.pdf

2 0 1 1 年第1 期 中国矿业大学学报 社会科学版 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y S o c i a lS c i e n c e s 关于我国煤炭能源低碳发展的思考 刘炯天 中国矿业大学，江苏徐州2 2 1 1 1 6 摘要能源安全和气候变化两大世界难题催生了“低碳”新概念，而我国是世界上能源消费大国和碳排放 大国，承担着巨大的减排压力。伴随着我国国民经济的快速发展，对煤炭的需求量大幅度增长以及一次能源赋 存条件，决定了我国煤炭的基础能源地位。然而，煤炭在不舍理的开发利用过程中带来严重的环境污染和资源 浪费。煤炭是高碳能源，在开采、分选、加工和利用全过程都存在直接或者间接的碳排放，而煤炭能源的低碳发 展是指在开发与利用过程中减少温室气体排放、提高煤炭资源利用效率，从而实现低能耗、高能效和低碳排放， 这些都和国家能源安全和节能减排要求相吻合。因此，煤炭能源低碳发展是探索具有我国特色的能源可持续发 展所必须面对的问题。 关键词煤炭能源；低碳发展；能源安全；节能减排 中图分类号F 1 2 0 ．4 ；F 4 2 0文献标识码A文章编号1 0 0 9 1 0 5 X 2 0 1 1 0 1 0 0 0 5 0 8 近些年来，我国经济快速增长，取得巨大成就， 然而经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐。有鉴 于此，我国需要制定经济和环境双赢的低碳能源战 略。节能减排是今后经济结构调整的首要任务和 突破口。不仅中国，全球气候变化和世界金融危机 再次警示人们人类面临着共同的可持续发展问 题。世界各国都在关注能源短缺和能源消费引起 的环境污染问题，建设资源节约型和环境友好型社 会已成为全人类的共识。作为世界上最大的发展 中国家，我国煤炭能源的开发利用存在着巨大的节 能潜力和减排空间。 一、以煤为主。我国能源的现实选择 煤炭不但支撑了西方数百年的工业发展，也是 我国经济持续、快速发展的最基本保证。近年来， 伴随着国民经济的快速发展，我国能源消费保持2 亿吨左右的标准煤年增长，对煤炭的需求量也大幅 度增长。2 0 0 9 年，全国煤炭产量达到2 9 ．7 3 亿吨， 接近3 0 亿吨，比2 0 0 5 年增加了7 ．6 8 亿吨，年均增 长1 ．9 2 亿吨。预计2 0 1 0 年煤炭产量要接近3 2 亿 吨[ 1 ] 。目前，煤炭在我国一次能源的消费中占 7 0 ％左右，尽管随着我国能源结构的不断调整，可 再生能源也会有一定的发展，但我国“富煤、缺油、 少气”的一次能源赋存条件决定了我国煤炭的基础 能源地位，在未来相当长的时期内，煤炭在能源结 构中的主体地位不会改变，是我国可长期依赖的基 础能源。 二、节能减排，低碳经济的必然要求 能源安全和气候变化两大世界难题催生了“低 碳”新概念，而我国又是世界上能源消费大国和碳 排放大国，承担着巨大的减排压力。不难预见，低 碳经济将成为较长时期内中国经济发展的重要主 题，是中国发展战略性新兴产业的重要内容之一。 因此，我国未来的能源走势和碳减排战略不但备受 国际社会的广泛关注，而且也受到中国政府的高度 重视。 “低碳经济” L o w c a r b o nE c o n o m y 是以低能 耗、低污染、低排放为基础的经济模式，其实质是能 源高效利用、清洁能源开发、追求绿色G D P ，核心 是依靠技术进步推动社会发展。在我国，实现低碳 经济面临着巨大困难。首先，工业化、城市化加快 推进的阶段，能源需求快速增长。其次，“富煤、缺 油、少气”的能源赋存条件，决定了能源结构以煤为 主，低碳能源的选择有限。再次，主体产业是第二 产业，而工业生产技术水平落后，加重了中国经济 的高碳特征。 目前，我国能源利用率低于发达国家水平约9 个百分点；单位产值能耗约为美国的3 倍、1 3 本的 7 倍[ 2 ] 。同时，我国煤炭质量问题突出，高灰、高硫 收稿日期2 0 1 1 O l 一1 4 作者简介刘炯天 1 9 6 3 一 。男，教授，博士生导师，中国工程院院士，主要从事微细粒分选与洁净煤技术研究。 万方数据 中国矿业大学学报 社会科学版2 0 1 1 年3 月 煤比例大，在不合理的开发利用过程中带来严重的 环境污染和资源浪费。我国烟尘排放量的7 0 ％、 二氧化硫排放量的8 5 ％、氮氧化物的6 0 ％、二氧化 碳的8 5 ％都来自利用煤炭。鉴于此，我们需要从 节能减排、低碳发展的内在规律出发，找到我国巨 大社会浪费和环境污染的本源。 煤炭本身就是高碳能源，低碳利用一直备受争 议，但是煤炭开采、分选、加工和利用全过程都存在 直接或者间接的碳排放。从这个角度看，在我国大 力提倡能源开发利用过程的低碳化，不仅内涵明 确，而且是实现温室气体减排目标的科学手段。面 对我国政府在2 0 0 9 年哥本哈根世界气候大会上做 出的承诺到2 0 2 0 年万元国内生产总值的二氧化 碳排放量将比2 0 0 5 年减少4 0 ％～4 5 ％，煤炭能源 的洁净高效利用和温室气体排放的有效控制是我 国煤炭乃至经济快速发展亟待解决的重大课题，也 是探索具有我国特色的能源可持续发展所必须面 对的问题。 三、我国煤炭能源的低碳发展之路 煤炭能源的低碳发展是指在开发与利用过程 中减少温室气体排放、提高煤炭资源利用效率，从 而实现低能耗、高能效和低碳排放。包括煤炭开采 过程中提高资源回采率和减少地表植被破坏和土 壤扰动、提高风排瓦斯的利用率、开发煤层气以及 煤矸石等煤系伴生能源的开发利用；煤炭资源加工 过程中的高效分选、深度净化和高含灰、高含硫、高 含水的低品质煤资源提质过程中提高品质、优化性 能；煤炭燃烧和转化过程中提高能效、减少污染；煤 炭能源利用中的二氧化碳分离、捕获与封存等。 煤炭能源的低碳发展目标就是大幅度提高煤 炭的利用效率 节能 、大幅度降低煤炭使用过程中 的污染、大幅度降低煤炭生产过程中的碳效应等 减排 ，这些都和国家能源安全要求相吻合。 1 ．实施以“绿色”为特征的资源保护性开采 在我国，煤炭开采的“高开采、高排放、低利用” 现象严重。受传统发展观的影响，煤炭工业基本上 走的是一条低层次的发展道路，存在着结构不合 理、增长方式粗放、安全事故多发、资源浪费严重、 环境治理滞后等突出问题，发展中面临着安全、资 源、环境和人才短缺的巨大压力。受回采技术的限 制，我国煤炭资源回采率只有4 0 ％左右，小煤窑 一般为1 0 ％～3 0 ％，煤炭资源浪费十分严重。据 不完全统计，从1 9 8 0 年至2 0 0 9 年，全国煤炭资源 浪费4 1 5 亿吨，目前被遗弃在地下的呆滞资源在 8 0 0 亿吨以上[ 4 ] ，因此，必须设法减少煤炭资源的 浪费。同时，随着煤矿开采规模越来越大，相应地 也带来了许多生态环境问题，如大量农田以及建筑 物被破坏，矸石堆积成山，矿区河川径流量减少，以 及地下水供水水源严重干枯，土地荒漠化，重金属 污染等。因此，要使煤炭的开采得到可持续地发 展，就需要采取合理的开采技术及有效的防治措 施，走矿产资源开发利用与生态环境协调发展的绿 色矿业之路。由此可见，提高资源利用率，减少开 采对环境的破坏，实现煤炭工业的可持续发展和矿 产资源的代际开发是摆在我们面前的重要课题。 据不完全统计，目前我国国有重点煤矿生产矿 井“三下”压煤量达到1 3 7 ．9 亿吨[ 5 ] ，我国仅从“三 下”采出的煤炭约1 0 亿吨，只占整个“三下”压煤量 的7 ％。因此如何逐步开采“三下”压煤是目前煤 炭企业必须面临解决的问题。实施保护地表的开 采技术，采用充填与条带开采技术以保护建筑物， 防止与减少地表沉陷程度，可有效解决“三下”压煤 问题。利用矸石不出井和充填技术，进行煤巷支护 和矸石井下充填，提高煤炭资源回收率。据了解工 作面采出率可达9 5 ％，减少矸石运至地面后对环 境造成的污染。实施与塌陷土地治理相配合的开 采技术，循环利用矿区废弃物作为井下充填材料， 保护矿区土地与环境，实施保护水资源的保水开采 技术。我国薄煤层资源储量丰富，据有关部门统 计，8 0 ％以上的矿区有薄煤层分布，储量约为6 0 0 多亿吨。各矿区在投产初期，通常优先开采中厚煤 层，1 ．2 米以下厚度的煤层几乎均被放弃，这种挑 肥拣瘦的做法，浪费了大量的资源] 。主要原因有 采煤机械化程度低、工作面单产和效率低和开采成 本高等。所以应采用薄煤层高产高效的方法和加 大工作面长度、加大截深和加快切割速度等手段， 提高薄煤层的资源回收率。我国埋深在1 0 0 0 米以 下的为2 ．9 5 万亿吨，占煤炭资源总量的5 3 ∥7 | 。 随着我国经济持续高速稳定发展，能源需求旺盛， 这使得矿井开采延伸速度加快，采深进一步加大。 深部开采不仅大大地提高采矿成本，而且随着深度 的增加，采矿环境也将发生不利的变化，给煤矿生 产和安全带来极大的问题，矿压大、温度高，潜伏着 难以预料的地质灾害。然而用浅部开采条件下的 地质等特征和规律来分析处理深部问题，无疑远远 不够，且蕴含着极大的风险。因此，对深部开采条 件下面临的问题进行系统的研究，为深部煤炭安 全、经济、高效开采提供科学的技术途径具有重要 意义。 万方数据 2 0 1 1 年第1 期刘炯天关于我国煤炭能源低碳发展的思考7 因此，应该呼吁要转变采矿理念，实现安全、高 效、绿色开采，即从“高资源消耗”向“高回采率”转 变、从“瓦斯灾害被动治理”向“煤与瓦斯共采”转 变、从“环境先破坏后治理”向“与环境协调的绿色 开采”转变，同时大力发展固体废弃物充填采煤技 术，形成煤炭资源开采与环境协调发展的采矿模 式，即“资源保护一环境保护一矿区可持续发展”的 绿色开采模式。 2 ．加大瓦斯、地热等煤系能源利用的力度 煤系能源包括煤层气、乏风、煤矿地热、煤矸石 等煤炭地层以及开采过程中出现或形成的能量物 质，只有利用才能成为能源。大规模煤系能源的综 合开发利用，提高资源的利用效率，从源头上尽量 避免污染物的产生或最大程度控制和处理污染物 的生成量及污染程度，保护与煤炭开采相关的资源 与环境。 我国煤层气储量相对丰富。据煤层气资源评 价统计，我国地下2 0 0 0 m 以内的瓦斯资源量为3 6 万亿m 3 ，接近全国陆上3 8 万亿m 3 的常规天然气 资源量口] ，是继俄罗斯、加拿大之后的第三大瓦斯 储藏国，勘探开发潜力巨大。2 0 0 9 年我国煤矿释 放的瓦斯总量超过1 5 0 亿m 3 ，约2 ／3 的瓦斯直接 排人大气，既浪费了大量宝贵的能源资源，也污染 了大气环境。瓦斯 煤层气 的温室效应是二氧化 碳的2 1 倍，对臭氧层的破坏是C O 。的7 倍。因而， 加快煤层气开发利用，不仅可以提高能源的安全系 数，遏止煤矿瓦斯事故，促进安全生产，增加洁净能 源供应，有效减排温室气体、改善大气环境，更为重 要的是可以有效地弥补我国常规天然气在地域分 布和供给量上的不足。同时，煤炭企业在生产过程 中产生的主要固废是煤矸石，我国每生产1 亿吨煤 炭，排放矸石1 4 0 0 万吨左右；在煤炭洗选加工方 面，每洗选1 亿吨炼焦煤排放矸石量2 0 0 0 万吨，每 洗1 亿吨动力煤，排放矸石量1 5 0 0 万吨。报告显 示，目前全国国有煤矿的矸石山数量为1 5 0 0 余座， 堆积量3 0 亿吨左右，约占全国工业固体废物排放 总量的4 0 ％以上[ 9 ] ，已成为我国累积堆积量和占 用场地最多的工业废物。若能对其综合利用，改善 矿区环境，既节约资源，又减少占地，对于构建资源 节约型、环境友好型社会起到积极的作用。 我国目前已建成地面煤层气产能2 0 1 0 8 m 3 ； 产量5 1 0 8 m 3 ，民用煤层气用户超过9 0 万户，煤 层气发电装机容量达到9 2 1 0 4 k W 【1 川。2 0 0 9 年 井下抽采瓦斯6 5 1 0 8 I T l 3 ，煤层气进入规模化开发 新阶段；与此同时，相关行业标准陆续出台，煤层气 抽采技术得到全方位发展。现有抽采方法主要有 煤层气地面抽采、煤与瓦斯共采和矿井乏风利用 等。但是，由于我国高瓦斯煤层8 0 ％是低透气性 比美国低3 个数量级 ，难以实施地面抽采，同时 也缺乏理论研究，所以目前实际瓦斯地面抽采量只 能达到应抽量的1 ／3 左右。只能通过实施采动卸 压和人为增透的方式，改善原始煤层透气性，改善 瓦斯抽采效果，实现煤与瓦斯共采。在煤炭开采过 程中，还有大量瓦斯浓度在0 ．7 5 ％以下，排风以通 风方式排出。由于排量巨大、浓度极低导致难以利 用。虽然在煤层气综合利用方面取得了一定的进 展，但也存在一些亟待解决的问题。如探明储量仅 占总资源量很少一部分，煤层气年商业产量不足4 1 0 8 m 3 ；煤矿瓦斯平均抽出率仅2 3 ％等。国有企 业应勇于承担加快我国煤层气产业发展的重任，加 大人力、物力、财力投入，加快煤层气勘探开发步 伐。科技创新方面应以重大科技专项为契机，尽快 取得突破性进展；同时应进一步加速煤层气管网建 设，加强招商引资和对外合作。根据“十五”能源 发展规划和国家能源局的要求，2 0 1 0 年，瓦斯 煤 层气 抽采量计划达到1 0 0 亿m 3 ，利用8 0 亿m 3 ， 并形成完善的煤层气产业体系。2 0 1 5 年，瓦斯 煤 层气 抽采量计划达到2 0 0 亿1 T 1 3 。 由于矸石中含有残煤、碳质泥岩、碎木材等可 燃物质，在长期露天堆积后，往往会发生自燃，并排 放出大量的C O 、C O 。、S O z 、H 。S 、N O 。和C 。H 。等 有害气体，给周边环境带来一系列的危害。另外煤 矸石含有铬、铜、铅等有害重金属元素，在雨水浸泡 作用下会溶出，污染土地，危害人类健康。然而，煤 矸石兼有煤、岩石、化工原料的属性，因此又是一种 可利用资源，若能对其综合利用，既改善矿区环境， 节约资源，又减少占地，对于构建资源节约型、环境 友好型社会起到积极的作用。目前，利用矸石进行 充填开采，使得大量矸石回到井下，做到不占地。 同时，由于煤矸石是一种低热值燃料，其灰分高 4 0 7 0 ％ ，发热量低 3 ．7 6 ．2 M J ／k g ，可采用流化 床燃烧技术进行矸石发电。截至2 0 0 9 年底，全国 矿区煤矸石、煤泥综合发电装机已达2 5 0 0 万千瓦， 比“十一五”规划提出的目标超出5 0 0 万千瓦【1 。 煤矿地热是清洁且廉价能源。随着矿井深度 增加，地温增温率3 。C ／1 0 0 m 。岩体散热是深井高 温的主要热源。垂深8 0 0 m 岩石温度最高可达 5 0 ℃。以风、水作为介质，实施热捕捉和收集，可 实现热能利用。目前矿井地热利用方式主要有地 热发电和地热供热。新型地热发电站与传统火力 万方数据 8 中国矿业大学学报 社会科学版2 0 1 1 年3 月 发电站相比，二氧化碳排放量可以减少5 5 ％。通 过地源热泵等技术，实现煤矿地面供热。徐州矿务 集团张双楼矿综合利用地热，浴室热水温度3 9 4 2 ℃，供暖出水温度为6 0 ℃，回水温度5 0 ℃，每年 节约煤炭4 7 0 0 吨标准煤。 加大煤层气开发，强化煤系能源利用应引起煤 炭企业的重视，同时从国家层面也要做出部署，解 决这些能源利用的技术难题。通过供热等多种能 源利用方式来实现煤系能源的利用，来局部替代及 减少对煤炭的依赖。变害为宝，节能与减排效益 显著。 3 ．实现以煤炭分选为主体的煤炭整体提质 我国终端能源消费中直燃原煤比例过大是造 成煤炭浪费及污染严重的主要原因之一，因此，提 高商品煤产品质量，是对煤炭污染实行全程控制的 关键，也是从源头减少燃煤污染的有效措施。我国 煤炭质量问题突出，煤炭灰分、硫分含量高，有约占 煤炭资源总量的4 0 ％低品质煤，因高含灰、高含 硫、高含水，是造成煤炭利用能效低、污染严重的直 接原因，因此低品质煤提质是实现节能减排的重要 手段。 煤炭分选加工是洁净煤源头，也是世界公认的 一项最经济有效的清洁煤炭生产过程。可以有效 减少原煤中的含灰量和含硫量，可除去煤中6 0 ％ 以上的灰分和5 0 7 0 ％的黄铁矿硫。可实现燃烧 前的脱硫除灰，人选1 亿吨原煤可减少S 0 排放 量1 0 0 一1 5 0 万吨，成本仅为烟气洗涤脱硫的1 ／ 1 0 。同时，运输费用已经占到终端用户煤炭价格的 5 5 6 0 ％，每分选1 亿吨煤，可平均排除1 5 0 0 2 0 0 0 万吨矸石，可以减少大量无效运输，大大降低 运输费用，同时对综合利用煤矸石创造条件，还可 降低二次污染等。煤炭分选加工还可提高煤炭后 续利用效率。据冶金行业统计，炼焦煤灰分每降低 1 个百分点，焦炭灰分可降低1 ．3 3 个百分点，生铁 产量可提高3 个百分点；焦炭硫份降低0 ．1 个百分 点，生铁产量可提高2 个百分点。发电用煤灰分每 降低1 ％，每度电的标准耗煤减少2 5 9 ，全国每年 可减少C O 。的排放量约1 5 0 0 3 7 5 0 万吨，可有效 提高燃煤发电效率，减少排灰量和环境污染。 煤炭分选加工能够实现煤岩分离和煤基材料 的制备。煤中过量灰分引起气缸结渣，制约着代油 水煤浆的发展；以活性炭为代表的煤基材料，更对 原料煤中的灰分杂质有着严格的要求。近年来，环 境问题越来越受到世界的广泛关注，活性炭的需求 量也急速增加，以生物质和石油为原料生产碳材料 的昂贵费用，为高档煤基材料发展带来了前所未有 的契机。受洗选精度限制，常规洗选方法无法提纯 出更高纯度的超纯煤，通过煤炭超纯制备工艺与设 备研究，采用了梯级精选分布脱灰新工艺，并在终 端分选环节采用等密度精选工艺，以实现临近密度 物料分离。目前已形成的超纯煤下游产品主要有 高级铸造焦、高档活性炭、阴极炭块和电极弧、高品 质增碳剂、精细水煤浆、人造石墨、碳化硅等，在国 民经济多个行业领域得到了广泛的应用。 通过煤炭分选，还能够提高煤炭产品附加值。 煤系共伴生矿物资源主要有高岭岩、膨润土、硅藻 土、铝土矿和粉煤灰等。煤系共伴生矿物资源综合 利用可形成“资源一产品一废弃物一再生资源”反 馈式循环经济发展模式，实现“首一末端全过程治 理”，已成为构建矿区循环经济园区重要组成部分。 2 0 0 9 年，我国原煤入洗率为4 3 ％，动力煤入洗 率为2 0 ％，分别比美国、南非、俄罗斯等煤炭行业 发达的国家低1 2 和2 0 个百分点。如果将动力煤 入洗率提高到4 0 ％，每年将节约3 4 0 0 万吨标煤， 节约运输耗煤近1 0 0 0 万吨n 引。原煤提质的最有 效途径就是要加大原煤洗选的比例，减少灰分、硫 分等。目前我国铁路运输平均运距为6 0 0 公里，每 人洗1 亿吨原煤，可节省运力9 6 亿吨公里[ 1 引。通 过煤炭分选加工将煤炭中的杂质除掉并且生产出 质量均匀、用途不同的各种产品，达到煤炭高效、洁 净、经济利用的目的，是节能减排、保护环境的重大 技术举措，对于建设资源节约、环境友好型社会将 起到重要作用。 4 ．切实解决低品质煤利用 一 低品质煤是指高含灰、高含硫、高含水 褐煤 的煤炭或煤炭产品，由于品质差而难利用或无法利 用。我国煤炭质量总体较差，低品质煤资源约占煤 炭资源总量的4 0 ％。高含灰、高含硫、高含水是造 成煤炭利用能效低、污染严重的直接原因，低品质 煤提质是实现节能减排的重要手段。 目前，我国已少量开发的褐煤9 0 ％以上用于 燃烧发电，但高含水使得褐煤的发热量低，再加上 燃烧过程消耗和带走的热量，褐煤利用效率极低， 经济效益也难以保障。煤的内在水分通常不能在 洗选过程中改变，但表面水分大部分可以脱除。煤 炭过高的表面水分不仅影响其使用价值，而且会给 电厂的安全运行造成威胁。电厂对表面水分过高 的煤炭产品是难以接受的。因此，褐煤脱水提质是 褐煤利用的前提条件。 据统计，我国S O 年排放量高居世界首位，酸 万方数据 2 0 1 1 年第1 期 刘炯天关于我国煤炭能源低碳发展的思考 雨已覆盖国土面积4 0 ％左右。2 0 1 0 年第1 季度， S O 。自2 0 0 7 年以来第一次出现了不降反升的局 面，其中燃煤造成的S O 。排放量占总排放量的 8 5 蝌1 4 ] 。电厂宜使用硫分不大于1 ％的低硫煤。 硫分1 ％～3 ％的中硫煤，通常应洗选降硫 如果硫 分构成以黄铁矿硫为主，洗选可有效排硫 ，力求产 品全硫分不超过1 ％。硫分大于3 ％的高硫煤，需 采用高效选硫工艺，以求最大限度排硫。通过洗选 过程除硫，其费用要比电厂采取固硫、脱硫措施少 得多。为达到环保要求，燃煤电厂都增设脱硫装 置，对于高硫煤从源头上进行脱硫最为合理。但从 整体上讲，还没有解决高硫煤的开发与利用问题。 此外，大量炼焦煤资源由于硫分高，成为一种呆滞 的资源。然而，高硫煤仍是我国重要的煤炭资源， 降低含硫量对于开发利用高硫煤和控制S 0 z 的污 染具有现实意义。 随着煤炭的大规模开采，原煤灰分越来越高， 相当一部分矿井达到3 0 一4 0 ％。随着灰分的增 高，锅炉热效率降低，特别是当灰分超过4 0 ％时， 热效率与灰分将以反比线性关系急剧下降n 引。据 粗略统计，我国电煤的分选每年可节约2 0 0 0 3 0 0 0 万吨商品煤，减少C O 排放约5 0 0 0 万吨，减 少S O 排放约5 2 0 万吨左右。对于焦炭生产来 说，若炼焦煤灰分降低1 ％，焦炭灰分可降低1 ． 3 3 ％，生铁产量可提高3 ％。 煤炭是我国的主体能源，我国也是世界上少有 的以煤炭为主要能源的国家，但我国用1 2 ％的煤 炭储量来支撑占世界4 0 ％的煤炭产量，来支撑经 济的快速发展。因此，低品质煤资源的开发利用具 有重大的战略意义。 5 ．优化煤炭产业与应用布局 我国煤炭产业布局存在的主要问题是产需逆 向分布。在已查明的煤炭储量中，晋陕蒙宁占 6 7 ％；新甘青、云贵川渝占2 0 ％；其他地区仅占 1 3 ％。东部地区多数省区煤炭开发强度较大，使矿 区乃至地区的煤炭均衡生产期大大缩短，京津冀、 东北、华东、中南地区煤炭需求量持续增加，供应缺 口进一步加大。中国煤炭供应地主要集中在晋陕 蒙宁等主产区，“北煤南运、西煤东调”压力加大。 煤炭生产与消费逆向布局的矛盾更加突出。煤炭 布局的总体思路是“稳定调入区生产规模，增加调 出区开发规模，适度开发自给区资源, , Ca 6 3 。 北方的动力煤，煤质好、产量大，是我国的资源 优势，更应积极扩大市场，努力增加出口量。我国 东南沿海地区经济发达，能耗大，煤炭自产严重不 足，必须依赖从中西部地区长期远途调入，既加大 了全国的运输压力，又增加了煤炭售价，极大地影 响了企业的经济效益和社会效益。为此，国家应根 据比较利益的原则，鼓励沿海缺煤省市用煤大户进 口所需要的煤炭，实行有出有进、积极扩大出口的 煤炭贸易方针。 中国煤炭进口从2 0 0 9 年开始放量，并开始成 为净进口国。超过1 亿吨的煤炭净进口对于9 亿 吨左右的国际煤炭海运贸易量是一个相当大的数 字。中国的煤炭市场成为国际煤炭市场重要的组 成部分，无论在数量上还是价格的决定上都举足轻 重，甚至影响到钢材、海运等相关市场。相对于国 内超过3 0 亿吨的需求，1 亿吨的净进口虽然无法 对庞大的市场构成实质性的影响，但也能起到一定 的调节作用，主要表现在两个方面，一是对运输压 力的缓解，二是有助于平衡煤种结构。对南方沿海 地区用户和稀缺煤种用户而言，进口在未来可预见 的较长时期内是很好的经济的选择，对缓解北煤南 运的运输瓶颈是十分有益的。在中国北方港口维 持一定数量的合理的煤炭出口，在南方沿海煤炭消 费集中地区开展稳定规模的进口，将逐步形成“北 出南进”的格局【17 | 。 目前，中国工程院正在开展名为“煤炭提质与 输配的技术与战略研究”的院士科技咨询项目的研 究，探讨我国煤炭资源的输配原则以及两种资源、 两种市场的途径与可能。 6 ．发展超临界、超超临界的燃煤发电 中国的一次能源结构决定了中国发电必然以 煤电为主的基本格局，截至2 0 0 9 年底，全国发电设 备容量8 7 4 0 7 万千瓦，同比增长1 0 ．2 3 ％。其中， 水电1 9 6 7 9 万千瓦，占总容量2 2 ．5 1 ％，同比增长 1 4 ．0 1 ％；火电6 5 2 0 5 万千瓦，占总容量7 4 ．6 0 ％， 同比增长8 ．1 6 ％；水、火电占总容量的比例同比分 别上升0 ．7 4 个百分点和下降1 ．4 5 个百分点；风电 并网总容量1 6 1 3 万千瓦，同比增长9 2 ．2 6 ％[ 1 引。 随着电源结构的调整，火电的比例虽然会有所下 降，按照国家电力规划，即使到2 0 2 0 年火电总装机 容量仍将占全国总装机容量的6 0 ％以上，专家预 测，到2 1 世纪中叶，这种格局都不会有太大改变。 在稳步发展的同时，火电所带来的环保问题也 成为发展之“痛”。在提出建设和谐社会和发展循 环经济的环境下，必须着重考虑火电对环境的影 响，对不可再生能源的影响，火电技术必须不断提 高，才能适应建设和谐社会的要求。燃煤发电的先 进性表现在两大方面一是效率高，包括煤的利用 万方数据 1 0 中国矿业大学学报 社会科学版2 0 1 1 年3 月 效率及发电效率；二是降低污染，包括烟尘、二氧化 碳、二氧化硫、氮氧化物等污染环境的排放物。据 统计，目前我国火电平均供电煤耗比世界先进水平 高出6 0 9 ／k w h 左右，因此迫切需要新一代燃煤 发电设备来装备电力工业。 蒸汽轮机电站的参数经历了低压、中压、高压、 超高压、亚临界和超临界参数的发展阶段，目前正 在向超超临界发展。超超临界燃煤发电技术指容 量为6 0 万千瓦以上，主蒸汽压力达到2 5 M P a 以 上，温度达到5 9 3 ～6 5 0 ℃或者更高的参数，并具有 一次再热或二次再热循环的燃煤发电技术，具有煤 耗低、环保性能好、技术含量高的特点，机组热效率 一般能够达到4 5 ％左右，有的更高。同单机容量 的超临界机组比亚临界机组效率高3 ％左右，超超 临界机组比超临界机组高2 ％左右。效率提高大 大降低了机组的发电煤耗，在我国电源建设高潮 中，超临界、超超临界发电机组作为一种低煤耗、高 效率的发电方式正在以惊人的速度发展。 7 ．做好煤化工技术与产业． 煤化工是以煤为原料，经过化学反应和热加 工，生产各种化学品，而这些化学品中有一些可以 作为能源或能源化工品。从长远来看，用煤作原料 生产油品和醇醚燃料是解决我国石油资源不足的 一个重要方向。为此，发展煤化工在我国具有战略 意义，也是促进煤炭工业可持续发展的重要途径。 但需要指出的是，我国发展煤化工产业要从实际出 发，因地制宜，合理充分地利用资源。 2 0 0 7 年以来，在国际油价急剧震荡、全球对替 代化工原料和替代能源的需求越发迫切的背景下， 中国的煤化工行业以其领先的产业化进度成为中 国能源结构的重要组成部分。进入2 0 1 0 年以来， 全球经济回暖态势渐趋明朗，在国际油价回升预期 的刺激下，国内煤制油、煤制烯烃等煤化工行业发 展速度加快。受天然气价格上涨影响，煤制天然气 项目投资升温。煤炭能源化工产业将在中国能源 的可持续利用中扮演重要的角色，是今后2 0 年的 重要发展方向，这对于中国减轻燃煤造成的环境污 染、降低中国对进口石油的依赖均有着重大意义。 可以说，煤化工行业在中国面临着新的市场需求和 发展机遇，中国煤化工产业发展前景十分可观[ 1 引。 煤化工不仅对煤炭资源有要求，而且对水资 源、生态环境、生产技术、资金和社会资源配置条件 等方面的要求也较高，被认为是高耗能、高污染、高 耗水的产业，技术创新和水资源是制约中国现代煤 化工发展的瓶颈。引发国内煤化工产业投资热潮 的还有一个重要因素，那就是世界原油价格不断上 涨，相对于石油化工，煤化工的成本优势比较明显。 冲着终端产品而去的煤化工发展迅速，项目规划 多，但落实得少，而且大多产能过剩，显示出极大的 局限性。针对各地煤化工热的出现，国家早就提出 要科学规划、有序发展煤化工，结果不但没有冷下 去，反而遍地开花。 科学发展煤化工必须要以煤的清洁高效利用 为前提，而不是不顾代价地去获取终端产品与石油 化工产品简单比价上的盈利性。作为实现煤化工 多联产系统工艺起点的煤气化和煤液化技术，已经 成为当前国民经济中务必解决的重大课题。所以 应从煤炭气化、液化到多联产，寻求既低碳又节能 减排的路线与技术，并切实做好煤化工技术与产业 发展布局。 8 ．推动C O i 捕获与封存的技术开发和工程示 范 为了保护和优化人类的生存环境，世界各国都 在为减少二氧化碳的排放而努力。近年来兴起的 二氧化碳捕获与封存 C a r b o nC a p t u r e S t o r a g e ， C C S 技术成为各国研究的热点和国际社会减少温 室气体排放的重要策略。碳捕获与封存技术，即把 工业生产中化石燃料燃烧产生的C O 进行收集并 将其安全地存储于地质结构层及其它可以封存 C O z 的地方，从而达到减少C O 。排放、防止气候变 暖的目的，C C S 技术蕴含巨大的社会、经济、生态 效益，政治影响也十分巨大。 根据联合国气候变化专门委员会 I P C C 的特 别报告，在所有减少温室气体的措施中 如节约与 提高能源效率、可再生能源的利用、核能、煤气转 换、C C S 等 ，C C S 约占控制全球变暖所必需减少 排放量的1 ／4 ，可见C C S 在未来应对全球气候变化 的中心地位。特别是对以煤炭为主要能源的中国 更具有重大意义。但我国开展C C S 项目仍面临着 很多困难和问题，如缺乏相关法律和政策的支持、 经济性和商业模式尚不明确、推广C C S 的成本太 高以及没有充足的资源完成一个比较全面的C C S 示范等等。 最大的瓶颈是C C S 技术。首先，C C S 技术存 在的最大风险是C O 在地质储层中可能发生泄 漏。如果封存在地质构造中的部分C O 泄漏到大 气中，考虑到未来C O z 封存的规模可能在亿吨级， 那么释放出的C O 可能引发显著的气候变化。此 外，如果C O 。从封存构造中泄漏到其它地质构造， 还可能给人类生活、生态系统和地下水系统造成危 万方数据 2 0 1 1 年第1 期刘炯天关于我国煤炭能源低碳发展的思考 害。其次，C 0 的捕获、封存与利用还存在捕获与 提纯、运输和储存过程中防腐防垢和C 0 。封存地 点的选择等技术问题。同时，C C S 技术成本包括 捕获、输送与封存三部分，每部分要消耗大量的能 源，成本高昂。据估算，每封存1 吨C 0 z 最高需要 投入5 2 美元。可以肯定的是，随着时间的推移和 技术的持续进步，建设和运行C 0 捕获系统的成 本将逐渐下降[ 2 引。 开展C C S 技术研发将为我国未来温室气体减 排提供一种重要的战略性技术选择。而与重视和 关注C C S 相比，目前我国更应该重点开发C C U S 碳捕获、利用和封存 技术，即重视拓展二氧化碳 资源性利用途径。如果单纯为了控制二氧化碳的 排放，要额外增加2 0 ％以上的能源消耗和较高的 投资和运营成本为代价，则该技术在中国的大范围 推广与应用是不可取的【l7 【。 C C S 技术是最具发展潜力的大规模C 0 。减排 技术，世界上许多国家和公司正在开展相关的探索 性研究与实践，随着技术的逐渐成熟，C C S 技术成 本将进一步降低，应用前景十分广阔。 煤炭是能源，更是一个能源体系。煤炭勘探与 开采、煤炭加工与转化、煤炭运输与储藏、煤炭燃烧 与利用等环节都属于能源问题。这些环节中一个 或几个有较大的变化，就能够减少二氧化碳排放， 就能够提高利用效率。因此，无论是物质形式，还 是具体技术，煤炭开发利用的整个生命周期，实际 上存在一个能源体系。煤炭能源低碳发展可分为 三个层次在煤炭开发利用过程的能源利用及节 能；煤炭经加工后提高能效 减少排放 或非燃料利 用；煤炭 固态 直接转化为气体或液态燃料 原 料 。大体包括煤炭高效开发、煤层气与煤系能源 开发利用、清洁煤产品 燃料、原料、材料 、低热值 煤及利用、褐煤与高硫煤的开发与利用、煤基焦炭、 油品及天然气 煤炭转化技术 、煤炭洁净燃烧与利 用 I G C C 、C C S 等。在这些方面，国家已付出巨大 努力，取得巨大成效。煤炭工作者应围绕两个国家 目标贡献能源、实现环保，走出一条以煤为主的能 源与经济发展道路。国务委员刘延东同志在参加 中国矿业大学百年校庆庆典大会上的讲话中指出 “中国矿业大学有能力也有义务，有责任在破解能 源资源瓶颈中发挥重要的作用”，“特别要着眼于应 对气候变化、促进高能效低碳排放的研发和推广运 用，建立多元化的低碳能源技术体系，推动高碳能 源低碳利用，来实现高碳经济向低碳经济的转型”。 作为全国煤炭高等教育的最高学府，我校应继续保 持在煤炭科技领域的领先地位，积极承担国家具有 高显示度的煤炭重大工程科学研究项目，重点解决 资源勘探、深部地下工程、煤矿重大灾害防治、煤炭 绿色开采与矿区生态环境、大型矿井装备、煤炭加 工提质、煤炭高效清洁利用等煤炭和资源开发方面 的重大工程实践问题和基础理论研究，更好地服务 煤炭工业母体，引领与支撑我国煤炭与矿业科技 发展。 参考文献 [ 1 3 张国宝．加快推动煤炭行业科学发展[ N ] ．人民日报， 2 0 1 0 一11 - 2 6 ． [ 2 ] 全国工业清洁生产工作会议在京召开苗圩出席并讲 话[ E B ／O L ] ．h t t p ／／m i a o w e i ．．m i i t ．．g o v , ．c n ／ n 1 1 2 9 3 4 7 2 ／n 1 1 2 9 4 4 4 7 ／n 1 1 2 9 4 5 3 6 ／n 1 1 2 9 4 8 8 2 ／ 1 3 4 6 2 7 6 9 ．h t m l ． [ 3 ]中国工程院．先进能源技术咨询研究总报告 r R ] ．2 0 0 1 ． [ 4 ] 余力．中国煤炭资源的开发和利用对如何节能 减排的思考[ J ] ．中国煤炭，2 0 0 8 ，3 4 6 2 7 3 1 ． [ 5 ] 李仁堂．矸石换煤带来的连锁效应一邢台矿攻克建 筑物下综采固体充填难关纪实 上 I N ] ．中国煤炭 报，2 0 0 9 - 0 6 1 1 ． [ 6 ] 刘伟．“骨头缝里的肉也是肉”对薄煤层资源开 采的几点思考[ J ／O L ] ．中国煤炭网，2 0 1 0 - ～92 0 ． [ 7 ]彭苏萍．中国能源报[ N ] ．2 0 0 9 - - 1 2 2 8 2 4 ． [ 8 ] 国家煤层气“十一五”规划[ E B ／O L ] ．h t t p ／／w w w ．． s d p c , ．g o v ．c n ／n y j t ／n y z y w x ／t 2 0 0 6 0 6 2 6 7 4 5 9 1 ．h t m ． [ 9 ] 2 0 0 9 - - 2 0 1 2 年我国煤矸石工业投资分析及前景预测 报告[ E B ／O L ] ．h t t p ／／w w w ．b o k e e ．n e t ／c o m p a n y ／ w e b l o g v i e w E n t r y ／2 4 1 0 5 2 4 ．h t m l ． [ 1 0 ] 张国宝．坚持抽采利用并举统筹协调各方力量全 面推进煤矿瓦斯治理和煤层气产业化开发在全 国煤矿瓦斯防治工作会议上的工作报告[ E B ／O L ] ． h t t p ／／w w w ．n d r c ．g o v ．c n ／n y j t