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“双碳”目的下煤炭的舞台与机缘

时间：2021-07-19 泉源：中国煤炭报作者：点击数：

克日，中国工程院院士谢清静在《煤炭学报》上揭晓了题为《碳中和目的下煤炭行业机缘》的论文。论文剖析了美国碳达峰前后现代化历程、能源消耗、碳排放强度等基本特征和转变纪律，提出我国能源优化生长的三亨衢径：一连提高能源效率，镌汰能源消耗；鼎力大举生长新能源，优化电力结构；增强能源自给能力，包管能源清静。论文研判了我国能源消耗名堂演变趋势及差别时段煤炭消耗规模，即我国能源消耗名堂演变分为三个阶段，煤炭由基础能源（2021~2030年）、包管能源（2031~2050年）转向支持能源（2051~2060年），新能源对应由增补能源、替换能源成为主体能源。论文剖析，纵然周全实现了碳中和，仍需要煤炭作为电力调峰、碳质还原剂和包管能源清静的兜底能源；碳中和目的下，我国煤炭行业将迎来三大机缘，即实现煤炭高质量生长的机缘、煤炭升级高手艺工业的机缘、煤炭抢占新能源主阵地的机缘。

就此，中国煤炭报记者对谢清静院士举行了专访。

“双碳”目的下，我们能源需求总量将泛起怎样的生长趋势？

谢清静：从GDP、工业结构、就业结构、城镇生齿占比等经济社会指标综合来看，现在我国现代化水平与美国1950~1970年相当。我国现代化历程的一连推进仍然需要强劲的能源支持。除了个体异终年份外，刷新开放以来，我国能源消耗弹性系数一直维持在0.5左右，充分显示了我国经济增添与能源消耗唇齿相依的关系。主要蓬勃国家的历史履历批注，在工业化阶段和现代化的前期阶段，能源消耗弹性系数维持在较高水平。凭证《国民经济和社会生长第十四个五年妄想和2035年远景目的纲要》提出的“到2035年基本实现社会主义现代化”的目的，若届时人均GDP抵达3万美元左右的中等蓬勃国家水平，我国GDP将增添到200万亿元以上。纵然能源消耗弹性系数坚持在美国1949~1999年0.31左右的水平，到2035年我国能源需求也将靠近60亿吨标准煤，单位GDP能耗与美国2019年相当。预计人均GDP抵达3万美元后，经济增添最先与能源消耗脱钩，我国能源消耗量先坚持稳固此后有所下降，预计到2060年仍坚持在55~60亿吨标准煤。

“双碳”目的下，我国能源优化生长有哪些路径？

谢清静：能源转型是我国实现“双碳”目的的焦点所在，但不料味着要完全退出煤炭，完全退出化石能源。借鉴美国碳达峰前后的能源消耗、碳排放强度等基本特征和转变纪律，团结我国能源资源禀赋和经济社会所处生长阶段，“双碳”目的下，我国能源生长将主要有三亨衢径。

一是一连提高能源效率，镌汰能源消耗。

美国能源消耗碳排放强度在碳达峰前期、碳达峰平台期下降幅度较�。迪痔即锓褰沟闶翘岣吣茉葱剩档偷ノ籊DP能耗，在不大幅度增添能源消耗的条件下，支持经济增添。2019年美国单位GDP能耗仅相当于1949年的3.9%。

我国单位GDP能耗自1988年以来泛起快速下降趋势，由29.8吨标准煤/万美元降低到2019年的3.4吨标准煤/万美元，降低了88.6%，但仍是天下平均水平的1.4~1.5倍，是美国的2倍。若能抵达天下平均水平，每年可少用能13亿吨标准煤，减排二氧化碳34亿吨，约占2020年我国碳排放量的1/3。因此，提高能源效率，镌汰能源消耗，是我国实现碳达峰碳中和的最主要途径。

二是鼎力大举生长新能源，优化电力结构。

能源结构优化焦点是电力结构优化。1949~2015年，煤炭一直是美国发电能源的第一大泉源，从2016年起自然气成为第一大发电能源。到2020年，自然气发电占比抵达40%，可再生能源占21%，核电占19%，燃煤发电19%，化石能源仍占59%。在碳达峰前期，燃煤发电在美国的电力结构中占有主导职位，但占比呈下降趋势，自然气发电呈增添趋势，其他能源发电占比转变不大。在碳达峰平台期，燃煤发电占比泛起下降趋势，自然气发电占比稳步增添，自然气对煤炭的替换是推动美国碳达峰的主要缘故原由。在碳达峰后期，燃煤发电占比由2009年的45.7%迅速降低到2020年的19.9%，自然气发电由2009年的22.1%增添到2020年的39.3%，可再生能源发电稳步增添了10.5个百分点。自然气和可再生能源一连替换煤炭发电，支持了美国碳达峰后期碳排放量下降。

近年来，我国鼎力大举生长新能源手艺，非化石能源发电在我国电力结构中的占比显著上升，但依然没有改变我国以煤电为主的电力结构，2020年我国电力结构中火电发电量占比大于60%。与美国碳达峰前后电力结构比照，我国电力结构尚有很大优化空间。然而，我国自然气增产有限，难以像美国那样作为发电的第一大能源。“双碳”目的下，我国应鼎力大举生长风能、太阳能、地热能等可再生能源发电手艺，逐步提高非化石能源发电占比，一连优化电力结构。

三是增强自给能力，包管能源清静。

能源清静稳固供应是一个国家强盛的包管和清静的基石，美国制订前瞻性的能源战略并通过立法恒久推进“能源自力”。自1973年尼克松总统提出能源自力妄想，以后历届美国政府均将能源自力作为能源政策的主要内容。2020年，美国的能源自给率抵达103%。

我国油气对外依存度一连上升，能源清静面临严肃挑战�；谀茉醋试促鞲程跫夜豢杉蚱痈粗泼拦し峭ɡ推哪茉醋粤δＪ剑山杓淅殖陕睦�。煤炭具备顺应我国能源需求转变的开发能力，具有开发使用的本钱优势，煤炭清洁高效转化手艺经由2005年以来的“手艺树模”“升级树模”已较为成熟，具备短期内形成大规模油气接续能力的基�。Φ背浞盅檎姑禾吭谄胶饽茉雌分种械淖饔茫平禾坑胗推托履茉椿ゲ柜詈仙ぃ芪夜茉辞寰�。

“双碳”目的下，我国能源消耗名堂将怎样演变？

谢清静：借鉴美国等西方国家现代化历程、能源消耗、碳排放强度等基本特征和转变纪律，团结我国能源生长趋势和相关政策，预计以后一段时期我国能源消耗名堂转变将主要有三个阶段。

第一阶段是缓慢过渡期（2021~2030年）。顺应碳达峰的要求，风、光等新能源是知足能源增量需求的主体，规模增添速率快，可是由于基数�。谀茉聪慕峁怪械恼急忍岣呋郝鸩接�15%向30%靠近，成为增补能源。而由于我国支持经济社会生长的能源需求一连增添，新能源增量很难遇上能源需求增量，煤炭消耗量坚持平稳或略有增添，维持在45~35亿吨/年，可是煤炭在能源消耗中的占比逐步下降到50%左右，由主体能源转变为基础能源。

第二阶段是要害过渡期（2031~2050）。新能源不但是知足能源增量需求的主体，并且最先替换化石能源，新能源在能源消耗中的占比提高到30%~49%，成为替换能源。与此同时，受碳排放约束，煤炭消耗一定水平上被替换，逐步转变为电力调峰、碳质还原剂以及包管经济运行的能源平稳清静供应等兜底能源，煤炭消耗量下降到35~25亿吨/年，由基础能源转变为包管能源。

第三阶段是过渡竣事期（2050~2060）。随着进入碳中和攻坚期，新能源大幅度取代古板化石能源，新能源在能源消耗中的占比提高到50%~80%，成为主体能源。与此同时，受碳排放约束，煤炭只剩下电力调峰、碳质还原剂以及包管能源供应清静等不可被替换的用途，煤炭消耗量下降到15~12亿吨/年，由包管能源转变为支持能源。

“双碳”目的实现后，我国哪些领域还将需要煤炭？

谢清静：美国在2007年碳达峰后，煤炭年消耗恒久坚持在7~10亿吨，2018年后才快速下降，到现在为5亿吨左右。德国在1990年碳达峰后，煤炭消耗多年坚持在2亿吨左右。日本在2013年碳达峰后，煤炭仍恒久占能源消耗的20%以上。美国、德国、日本生长历程批注，纵然有可替换煤炭的能源，碳达峰后仍然会使用煤炭，只是煤炭的用途生长了转变。鉴于我国能源资源禀赋和经济社会所处阶段，煤炭消耗量占比虽下降，但煤炭在能源系统中的“压舱石”和“稳固器”作用越来越凸显。在不思量CCS/CCUS手艺前进缓解煤炭使用碳排放约束的情形下，借鉴蓬勃国家的生长历程，预计我国在2060年完全实现碳中和后，仍需要煤炭作为电力调峰、碳质还原剂以及包管油气供应清静的兜底能源。

碳中和后仍需要燃煤发电作为调峰电源平抑电力波动。

碳中和目的下，风、光等可再生能源发电成为增量电力供应的主要泉源，煤炭纯粹作为电力泉源的需求将逐步下降。然而，受天气、天气、光照等人为不可控的自然条件影响，可再生能源波动性较大，提供的主要是能源量，能源供应和调理能力有限�？稍偕茉创蟊壤尤氲缤缤那寰参裙淘诵写囱纤嗵粽剑枰济悍⒌缱魑鞣宓缭雌揭值缌Σǘ�。

我国2020年燃煤发电量占比降到60.8%，未来燃煤发电在电力结构中占比的下降速率将取决于可再生能源电量对煤电的替换、可再生能源电力对煤电调峰的需求两个方面。纵然可再生能源最大能力生长，到2060年实现碳中和后，煤炭不再纯粹作为电力泉源，仅作为电力调峰的形式保存，按可再生能源电力调峰需求一半由燃煤发电来知足，我国燃煤发电装机规模仍需坚持3~4亿千瓦，年耗煤量3.9~6.4亿吨。

碳中和前后我国钢铁生产的碳质还原剂还将主要由煤炭提供。

钢铁是现代化历程中的必需品，煤炭是炼钢所需碳质还原剂的最主要泉源。虽然氢能被寄予厚望，可是现在全球氢冶金手艺尚处于研发、试验阶段，据展望，到2050年前后高纯氢能冶炼钢铁可实现工业化。我国虽然出台了一系列政策推动氢能工业康健生长，但政策主要着力于交通领域，在工业领域的应用还处于政策制订和妄想之中。因此，到2060年实现碳中和前后，我国钢铁生产的碳质还原剂还将主要由煤炭提供。

自2017年我国推进供应侧结构性刷新及收紧废钢入口政策，国产废钢的使用获得快速生长，废钢炼钢比由2017年的17.8%，增添到2020年的21.2%，但仍远低于美国的72.1%和天下平均水平的48.3%。假设未来40年我国的人均粗钢表观需求量抵达美国能源信息署宣布的美国1980~2020年的水平，我国废钢炼钢比在2050年前后抵达70%~80%后坚持稳固，预计到2060年碳中和前后，我国作为碳质还原剂的煤炭需求仍将为3.0~3.7亿吨。

碳中和后为缓解油气对外依存度，仍需煤炭包管能源清静。这是我国特有的能源资源禀赋所决议的。

近20年来，我国油气消耗日益增添，油气入口一直加大，对外依存度逐年提高，2020年已上升到73%和43%，油气的清静稳固供应已成为我国能源清静的焦点问题。从能源清静的视角，我们团队完成了《缓解油气对外依存度的煤炭作为研究》课题研究，聚类归纳出煤炭接续油气的主要路径，剖析评估了煤炭接续油气的生长潜力，展望到2060年缓解油气对外依存度的煤炭需求将抵达4.9~5.2亿吨。

综合测算，到2060年，我国年煤炭需求量为11.8~15.3亿吨。

提出挑战的同时，“双碳”目的给煤炭行业带来了哪些机缘？

谢清静：我国曾多次出台政策步伐镌汰煤炭消耗，但效果并不显着。经济社会生长对煤炭的高强度一连需求，推动了煤炭行业被动式超负荷运行。“双碳”目的增进煤炭消耗减量，发动煤炭生产强度下降，给煤炭行业带来生长空间受限的严肃挑战，也为煤炭行业留出降低生长速率、提升生长质量的时间和空间，给煤炭行业带来转型生长的机缘。

一是回归高质量生长的机缘。

煤炭行业70年负载运行，超负荷生产，为经济社会生长孝顺了925亿吨煤炭产品，在支持经济社会快速生长的同时，也带来了一系列严重的问题。一些煤矿高负荷甚至超能力生产，清静生产事故时有爆发。井下工程和采空区规模凌驾地质承载力，严重破损了地下水系，造成大面积地表沉陷和植被破损。

煤炭行业专家学者早在20世纪末就提出推进煤炭行业高质量生长的愿望。中国工程院院士钱鸣高等提出煤炭科学开采和建设科学产能，应该凭证地质条件、手艺水平建设科学产能，煤炭产量控制在合理规模。我们团队也提出涵盖生产清静度、生产绿色度、生产机械化水平三个层面的科学产能评价指标系统，经评价，2010年天下煤炭生产总量34.28亿吨，其中切合科学产能标准的是10.78亿吨，仅占比31%；到2020年，天下煤炭生产总量39亿吨，其中切合科学产能标准的靠近30亿吨，占比71%。

只管现在科学产能的理念已被普遍接受，可是建想程序缺乏预期。碳达峰碳中和目的下，煤炭行业可放下产量超负荷增添的肩负，回归到合理规模，走自己的高质量生长之路，这为煤炭行业回归高端生长提供了难堪机缘。煤炭行业需要尽快从扩大产能产量追求粗放型效益为第一目的的增量时代，迈向越发重视生产、加工、储运、消耗全历程清静性、绿色性、低碳性、经济性的存量时代，快速提升生长质量。

二是煤炭行业升级高手艺工业的机缘。

2015年以来，煤炭行业自动提出煤炭革命、自我革命。理念上，推进煤炭开发使用一体化、矿井建设与地下空间使用一体化、煤基多元清洁能源协同开发和煤炭清洁低碳高效使用。目的和蓝图上，通过手艺立异、理念立异实现零生态损害的绿色开采、零排放的低碳使用，建设多元协同的清洁能源基地，实现采掘智能化、井下“无人化”、地面“无煤化”，推进煤炭成为清洁能源；煤矿成为荟萃光、风、电、热、气多元协同的清洁能源基地；煤炭行业成为社会尊重、人才神往的高新手艺行业。手艺蹊径上，分智能化无人开采、流体化开采、地下空间开发使用、清洁低碳使用四大领域，提出了升级与换代、拓展与厘革、引领与倾覆三阶段、三条理手艺装备攻关清单。攻关重点上，提出了煤炭资源深部原位流态化开采的界说、内在、要害词，系统叙述了深部原位流态化开采构想、基础理论和要害手艺系统，并给出了焦点倾覆性手艺构想。

煤炭革命的理念已获普遍认可，大宗高校、科研院所已最先研究，一些研究团队取得了一定希望，但尚未取得重大突破。深圳大学提出了一种可适用于现场施工的固体资源流态化开采新要领—迴行开采结构及要领，举行深部煤炭资源流态化开采时只需安排一个水平大巷和一个流态化资源井下中转站，不需要建设用于煤炭提升、运输的井巷。中国矿业大学提出了钻井式煤与瓦斯物理流态化同采要领，通过地面钻井对突出等煤层实验高压射流原位破煤，碎煤颗粒以流态形式输运至地面，同时涌出瓦斯经钻井抽采使用，并将地面固废质料回填至采煤空穴，实现近零生态损害的煤与瓦斯协同开采，倾覆古板的煤炭井工开采模式。“双碳”目的倒逼煤炭行业改变已往几十年引进—消化—吸收—再立异的路径延续式立异模式，煤炭行业将迎来实现倾覆性立异的机缘，可以集聚优势立异资源，轻装上阵主攻自主原创的刷新手艺及装备，早日成为高精尖手艺工业。

三是抢占新能源主阵地的机缘。

煤炭与可再生能源具有优异的互补性。煤炭的主要使用方法是发电，可再生能源使用的主要方法也是发电，燃煤发电与可再生能源发电优化组合，可充分使用燃煤发电的稳固性，为可再生能源平抑波动提供基底，规避可再生能源发电的不稳固性；使用可再生能源的碳综合能力，为燃煤发电提供碳减排途径，在很洪流平上减轻纯粹燃煤发电的碳减排压力。除了电力外，煤炭与可再生能源在燃烧和化学转化方面的耦合，也逐步形成模式，突破了一系列新原理新手艺，为煤炭与可再生能源深度耦合提供了优异基础。

煤矿区具有生长可再生能源的先天优势。煤矿区除了富厚的煤炭资源外，尚有大宗的土地、风、光等其他资源。我国现在已有及未来预计新增的采煤沉陷区面积凌驾6万平方千米，可为燃煤发电和景物发电深度耦合提供土地资源。煤矿井巷落差大，可用于抽水蓄能，为可再生能源调峰。我国煤矿井巷和采空区形成的地下空间大，体积凌驾156亿立方米，且有不少的残煤。剩余煤炭二氧化碳吸附能力强，有利于井下碳吸附、碳贮存。别的，井下温度较高且稳固，可生长地热开发使用手艺。已往许多年，煤炭企业生长新能源基础弱，也没有动力、刻意，碳中和目的倒逼煤炭企业自动生长新能源，进入新能源主阵地�？梢猿浞盅檎姑嚎笄攀疲悦旱缥沟悖胩裟芊⒌纭⒎绲缧ぃ菇ǘ嗄芑ゲ沟那褰嗄茉聪低常嚎笄ㄉ璩晌孛妗乱惶寤姆纭⒐狻⒌纭⑷取⑵嘣那褰嗄茉椿�。

煤炭行业应掌握“双碳”目的为行业留出的降低已往超负荷生长速率的窗口期，作为提升自身生长质量的时间和空间，捉住转型机缘，碳达峰碳中和历程也将是煤炭行业转型升级以致倾覆式生长的历程。实现碳中和后，煤炭有望成为精品，虽然产量降低，但价钱回归到应有的本真价值，反应地表无塌陷、生态无损伤条件下的绿色低碳煤炭生产完全本钱；煤矿有望成为现代化能源供应系统，按需无邪生产煤炭、电力、碳质料等，井下巷道储能，平抑可再生能源波动，煤炭与可再生能源互补，稳固供应清洁能源；煤矿区有望成为零碳/负碳清洁能源生产基地，地下空间碳固化、碳封存，就地处置惩罚煤炭使用爆发的二氧化碳，地面可再生能源使用，零碳排放，矿区植被形成碳汇，负碳排放；煤炭企业有望成为清洁能源和高端质料供应商，成为新能源开发的主阵地、煤基高端碳质料的引领者。

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