我國煤炭供需結(jié)構(gòu)體系建立及節(jié)能環(huán)保問題探討

丁 華，武琳琳，張 景

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 煤化工分院，北京 100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100013)

0 引 言

我國能源的發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn)，近年來我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，清潔能源消費(fèi)比重不斷提升，煤炭消費(fèi)占能源消費(fèi)比重持續(xù)下降，核電和可再生能源迅速發(fā)展。盡管如此，煤炭仍是我國的主體能源。通過對我國的煤炭供需及煤炭進(jìn)出口現(xiàn)狀進(jìn)行分析，研究我國煤炭生產(chǎn)、煤炭轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和煤炭消費(fèi)結(jié)構(gòu)關(guān)系，以構(gòu)建我國煤炭供需結(jié)構(gòu)體系，并針對煤炭轉(zhuǎn)化過程中存在的相關(guān)問題進(jìn)行探討。

1 中國煤炭供需現(xiàn)狀

由一次能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)可知，我國油氣資源短缺、煤炭資源相對豐富。我國煤炭資源儲量位居世界第三，探明煤炭資源儲量占化石能源的比重達(dá)94%，煤炭資源約占我國一次能源消費(fèi)量的58%[1,2]，而該消費(fèi)現(xiàn)狀短期內(nèi)很難改變。2019年我國原煤產(chǎn)量約為38.5億t，相比2018年增幅4.0%；2019年全國煤炭消費(fèi)量同比增長1%。2000年至2019年中國煤炭產(chǎn)量和消費(fèi)量變化情況如圖1和圖2所示。

圖1 中國原煤產(chǎn)量(2000～2019年)Fig.1 Raw coal production in China(from 2000 to 2019)

圖2 中國煤炭消費(fèi)量(2000～2019年)Fig.2 Coal consumption in China(from 2000 to 2019)

近年來，我國經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢，煤炭的生產(chǎn)和消費(fèi)總量也明顯呈上升趨勢，我國已成為世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國。煤炭作為我國重要的基礎(chǔ)能源，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要的戰(zhàn)略地位，但煤炭供需結(jié)構(gòu)性矛盾不可忽視[3-5]。

另外，煤炭作為重要的工業(yè)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在保障國家安全中的作用不可替代，與下游火電、鋼鐵、建材和煤化工行業(yè)有較高的關(guān)聯(lián)度[6-8]，該四大行業(yè)對煤炭的需求量合計(jì)約占80%。其中，火電行業(yè)占煤炭消費(fèi)的52%；建材行業(yè)占煤炭消費(fèi)的12%，主要包括水泥、玻璃等產(chǎn)品；鋼鐵消費(fèi)約占煤炭消費(fèi)的11%；化工行業(yè)約占煤炭消費(fèi)的4%，產(chǎn)品主要以合成氨為代表。

2 煤炭進(jìn)出口情況

作為煤炭生產(chǎn)大國，煤炭自產(chǎn)為國內(nèi)消費(fèi)提供了充分保障，而煤炭進(jìn)口為國內(nèi)消費(fèi)提供補(bǔ)充。2000年以來中國煤炭進(jìn)出口數(shù)據(jù)如圖3所示，2003～2008年期間，煤炭進(jìn)出口量有明顯的波動(dòng)，2009年后快速增長，2009年突破1億t，中國煤炭進(jìn)口量首次超過出口量，2011年成為全球最大的煤炭進(jìn)口國。2019年全國煤炭進(jìn)口2.997億t，同比增長6.3%，出口602.5萬t，同比增長22%，凈進(jìn)口2.94億t，同比增長6.3%。

圖3 中國原煤進(jìn)出口Fig.3 Coal import and export of China

2019年中國進(jìn)口煤炭來源如圖4所示，煤炭進(jìn)口主要來自印度尼西亞、澳大利亞、蒙古國、俄羅斯和菲律賓。其中，印度尼西亞為中國煤炭最大進(jìn)口國，進(jìn)口量13 760萬t(同比增9.6%)，占全國煤炭進(jìn)口量的41.8%；澳大利亞為第二大進(jìn)口國，進(jìn)口量7 696萬t(同比降4.9%)，占全國煤炭進(jìn)口量的23.4%；蒙古為第三大進(jìn)口國，進(jìn)口量3 621萬t(同比降0.1%)，占全國煤炭進(jìn)口量的11.0%；俄羅斯為第四大進(jìn)口國，進(jìn)口量3 224萬t(同比增17.9%)，占中國煤炭進(jìn)口量的9.8%。

圖4 2019年中國進(jìn)口煤炭來源Fig.4 The sources of China’s imported coal in 2019

2019年中國進(jìn)口煤炭種類構(gòu)成如圖5所示。2019年中國進(jìn)口煤炭分煤種中，31%為褐煤、35%為動(dòng)力用煙煤、23%為煉焦煤、2%為無煙煤。

3 煤炭供需結(jié)構(gòu)體系構(gòu)建

煤炭經(jīng)過煤加工轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、燃煤電站、燃煤熱電聯(lián)供系統(tǒng)、燃煤工業(yè)鍋爐和煤化工系統(tǒng)等轉(zhuǎn)換成二次能源。二次能源包括煤炭及其煤制品、熱力、電力、各類天然氣產(chǎn)品、石油制品和氫能等新能源。由煤炭產(chǎn)生的二次能源追溯至消費(fèi)終端，其主要包括工業(yè)能源消費(fèi)、交通能源消費(fèi)和建筑能源消費(fèi)。工業(yè)能源消費(fèi)包括非金屬礦物制品業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造和機(jī)械制造業(yè)等；交通能源消費(fèi)包括鐵路、汽車、航運(yùn)等；建筑能源消費(fèi)包括建材、既有建筑電力、既有建筑熱力等。根據(jù)煤炭生產(chǎn)、供給與消費(fèi)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，初步構(gòu)建煤炭供需結(jié)構(gòu)體系，其煤炭生產(chǎn)與消費(fèi)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖5 2019年中國進(jìn)口煤炭種類構(gòu)成圖Fig.5 Species compositions of China’s imported coal in 2019

圖6 煤炭生產(chǎn)與消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖Fig.6 The structure of coal production and consumption

4 煤炭加工轉(zhuǎn)化過程中的節(jié)能環(huán)保問題

4.1 煤加工轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

煤炭作為一次能源經(jīng)過轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可得到焦炭、洗精煤、型煤、噴吹煤等二次能源。而焦炭生產(chǎn)過程對環(huán)境影響較大，主要是廢水的排放。焦化廢水的主要來源包括焦化、氣體凈化和化學(xué)產(chǎn)品精煉過程，蒸汽中產(chǎn)生的含氨廢水是廢水主要來源[9-11]。

煤炭經(jīng)洗選加工后可得到質(zhì)量更高的精煤產(chǎn)品，此外還可有效去除煤炭產(chǎn)品中的雜質(zhì)，減少煤炭在后續(xù)燃燒過程中的污染物釋放。2019年全國原煤入洗率已達(dá)73.2%。

洗煤行業(yè)由于運(yùn)輸量大、產(chǎn)能大，存在生活廢水散排、揚(yáng)塵污染嚴(yán)重、部分污染物排放超標(biāo)和洗矸堆存占用大量土地等較多環(huán)境問題[12]。另外，型煤加工過程產(chǎn)生的粉塵也不容忽視。

4.2 燃煤工業(yè)鍋爐與電站及燃煤熱電聯(lián)供系統(tǒng)

現(xiàn)階段發(fā)達(dá)國家燃煤工業(yè)鍋爐能效水平普遍約在80%～85%，我國燃煤工業(yè)鍋爐的整體能效水平普遍偏低，基本處于60%～65%范圍且煤的消耗量較高。此外，我國燃煤工業(yè)鍋爐的運(yùn)行排放了大量的污染物，年排放600余萬t SO2、200余萬t煙塵以及大量的氮氧化物[13]。

我國一次能源結(jié)構(gòu)決定了發(fā)電以煤電為主的基本格局，我國目前已建成全球最清潔高效的煤電體系，80%的煤電機(jī)組實(shí)現(xiàn)超低排放，供電煤耗處于世界先進(jìn)水平，整體而言，發(fā)電效率和清潔化已成為煤電的優(yōu)勢。但煤電行業(yè)仍受低碳的制約，污染物排放總量有待進(jìn)一步降低。當(dāng)前國內(nèi)火力發(fā)電行業(yè)需解決的兩大突出問題為高能耗和嚴(yán)重的環(huán)境污染。目前影響燃煤電廠效率主要受參數(shù)容量以及負(fù)荷率影響，另外煤質(zhì)波動(dòng)也會影響燃煤電廠效率。

4.3 煤化工系統(tǒng)

我國煤化工產(chǎn)業(yè)在快速發(fā)展的同時(shí)，也存在一系列亟需解決的矛盾和問題，主要包括水資源約束問題、環(huán)保問題、能效問題等。

煤化工企業(yè)高耗水問題已成為限制行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要影響因素，我國典型煤化工裝置單位產(chǎn)品水耗分別如下:煤制烯烴單位產(chǎn)品水耗約為27.2 t；煤制天然氣單位產(chǎn)品水耗居中，約為8.1 t；煤制油包括煤直接液化和新建煤間接液化單位產(chǎn)品，其水耗分別約為5.8 t和6.1 t[14]。目前我國西部地區(qū)水資源短缺現(xiàn)象嚴(yán)重，難以承載過多煤化工項(xiàng)目。關(guān)于煤化工取水定額相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，已頒布實(shí)施的國標(biāo)包括GB/T 18916.33—2018《取水定額 第33部分:煤間接液化》、GB/T 18916.34—2018《取水定額 第34部分:煤直接液化》、GB/T 18916.35—2018《取水定額 第33部分:煤制甲醇》、GB/T 18916.36—2018《取水定額 第33部分:煤制乙二醇》、GB/T 37759—2019《節(jié)水型企業(yè) 現(xiàn)代煤化工行業(yè)》。但部分標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施效果較差，存在監(jiān)督檢查體系和體制不健全的問題。

環(huán)保方面主要包括廢氣污染、廢水污染、廢渣污染3個(gè)方面的綜合治理。我國中西部富煤地區(qū)生態(tài)環(huán)境較脆弱，大量的污染排放將會造成嚴(yán)重的環(huán)境影響。

能效方面，近幾年現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目在優(yōu)化工藝流程基礎(chǔ)上通過不斷完善和優(yōu)化，能源利用水平持續(xù)提高。2013年以來，已經(jīng)頒布多項(xiàng)煤化工能耗限額系列國家標(biāo)準(zhǔn)[15]，包括GB 29436.1-2012《甲醇單位產(chǎn)品能源消耗限額 第1部分：煤制甲醇》、GB 30179-2013 《煤制天然氣單位產(chǎn)品能源消耗限額》、GB 30180-2013《煤制烯烴單位產(chǎn)品能源消耗限額》等。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施近7年，目前上述標(biāo)準(zhǔn)正依據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況進(jìn)行修訂。

5 結(jié) 論

(1)2009年以前中國是煤炭凈出口國，進(jìn)口量增長緩慢，2009年中國煤炭進(jìn)口量首次超過出口量，2011年我國成為全球最大的煤炭進(jìn)口國。2019年原煤產(chǎn)量同比增長4%，煤炭消費(fèi)量同比增長1%。印度尼西亞為2019年中國煤炭最大進(jìn)口國。從2019年進(jìn)口煤種分析，其大多數(shù)為動(dòng)力煤。

(2)通過梳理中國煤炭生產(chǎn)和供給結(jié)構(gòu)體系，確定了中國煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖框架。

(3)我國未來的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)將依然以煤炭為主，面對煤炭轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、燃煤工業(yè)鍋爐、燃煤電站及煤化工系統(tǒng)存在的環(huán)保問題尤為嚴(yán)重的現(xiàn)狀，應(yīng)積極采取環(huán)境污染防治措施，實(shí)現(xiàn)煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)的高質(zhì)量發(fā)展。