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2021年，我國(guó)原煤產(chǎn)量41.3億噸，創(chuàng)歷史新高。今年1月至5月，我國(guó)原煤產(chǎn)量達(dá)18.1億噸，同比增長(zhǎng)10.4%，已連續(xù)5個(gè)月保持兩位數(shù)快速增長(zhǎng)，原煤日均產(chǎn)量超過(guò)1200萬(wàn)噸。煤炭產(chǎn)量的增長(zhǎng)趨勢(shì)與碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下的總量控制是否有矛盾，煤炭如何在保障能源安全穩(wěn)定供應(yīng)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)自身的低碳、零碳發(fā)展？就此，記者采訪了中國(guó)工程院院士謝和平。
實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)并不意味著現(xiàn)在大幅退出煤炭
“碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)已成為我國(guó)社會(huì)共識(shí)，將推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)廣泛而深刻的系統(tǒng)性變革。碳減排將是一個(gè)長(zhǎng)期理性推進(jìn)的過(guò)程，堅(jiān)持先立后破，立足我國(guó)的能源資源稟賦，全國(guó)一盤(pán)棋應(yīng)循序漸進(jìn)地推進(jìn)，而不是針對(duì)某一具體行業(yè)或細(xì)分領(lǐng)域‘點(diǎn)穴式’行政強(qiáng)制產(chǎn)能退出。”中國(guó)工程院院士謝和平說(shuō)。
他告訴記者，美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家碳達(dá)峰前后現(xiàn)代化進(jìn)程、能源消費(fèi)、碳排放強(qiáng)度等基本特征和變化規(guī)律表明，在工業(yè)化階段和現(xiàn)代化前期階段，能源消費(fèi)彈性系數(shù)仍維持在較高水平，在人均GDP達(dá)到3萬(wàn)美元之前，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)很難與能源消費(fèi)脫鉤，即經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)必須需要能源消費(fèi)總量的增加來(lái)支撐。
“改革開(kāi)放以來(lái)，除了個(gè)別異常年份外，我國(guó)能源消費(fèi)彈性系數(shù)一直維持在0.5左右，充分顯示了我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與能源消費(fèi)唇齒相依的關(guān)系。”謝和平說(shuō)，我國(guó)還處于社會(huì)主義初級(jí)階段，現(xiàn)代化水平與美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家還有較大差距，現(xiàn)代化進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)仍然需要較大的能源消費(fèi)總量支撐，在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)還無(wú)法與能源消費(fèi)脫鉤。鑒于化石能源資源稟賦和可再生能源的不穩(wěn)定性，煤炭仍將是我國(guó)新時(shí)代構(gòu)建清潔低碳安全高效能源體系的“穩(wěn)定器”和“壓艙石”。
通過(guò)謝和平團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目研究的初步預(yù)測(cè)，2030年前，煤炭消費(fèi)量保持平穩(wěn)或略有增長(zhǎng)，維持在35億噸/年至45億噸/年；2031年至2050年，煤炭利用逐步向電力調(diào)峰、碳質(zhì)還原劑以及保障能源安全等集中，煤炭消費(fèi)量下降到35億噸/年左右；2051年至2060年，煤炭仍需用于電力調(diào)峰、碳質(zhì)還原劑以及保障能源安全等不能被替代的用途，煤炭消費(fèi)量仍會(huì)保持在25億噸/年左右；2060年實(shí)現(xiàn)碳中和后，為了應(yīng)對(duì)油氣進(jìn)口受限和可再生能源非正常波動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，仍需保持一定規(guī)模的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)。
“屆時(shí)，煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)不單純是從煤炭利用本身出發(fā)，而是將其作為應(yīng)急儲(chǔ)備、戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備等。特別是俄烏沖突后，歐洲各國(guó)‘重啟’煤電應(yīng)對(duì)能源危機(jī)。因此，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和并不意味著現(xiàn)在要大幅退出煤炭。”謝和平說(shuō)。
大力提升科學(xué)產(chǎn)能先進(jìn)產(chǎn)能
“碳中和目標(biāo)下，我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展仍然需要依靠煤炭，只是需要的是科學(xué)產(chǎn)能的煤炭和清潔低碳利用的煤炭。”謝和平指出，過(guò)去10年，我國(guó)煤炭科學(xué)產(chǎn)能規(guī)模不斷增加，有力支撐了國(guó)家能源安全與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。碳中和目標(biāo)賦予煤炭科學(xué)產(chǎn)能，即先進(jìn)產(chǎn)能新的內(nèi)涵，也將強(qiáng)化生態(tài)環(huán)境約束、安全高效集約化生產(chǎn)約束，使一些產(chǎn)能和資源不再符合煤炭科學(xué)產(chǎn)能的要求，甚至加快一些地方整體性退出煤炭生產(chǎn)，需要深入思考與分析碳中和目標(biāo)下煤炭科學(xué)產(chǎn)能資源量、煤炭科學(xué)產(chǎn)能規(guī)模能否支撐我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程。
“碳中和目標(biāo)下亟須提高煤炭科學(xué)產(chǎn)能、先進(jìn)產(chǎn)能的支撐能力。”謝和平說(shuō)，從我們近期完成的咨詢(xún)研究項(xiàng)目成果可以看出，如果只考慮現(xiàn)有在產(chǎn)煤礦符合生態(tài)環(huán)境約束、安全高效集約化生產(chǎn)約束、先進(jìn)產(chǎn)能等要求的剩余資源量，按照現(xiàn)有技術(shù)水平和回采率，滿(mǎn)足40億噸/年的產(chǎn)量規(guī)模，僅可支撐15年左右；通過(guò)提高科學(xué)產(chǎn)能水平，提高煤炭資源采出率等，可延長(zhǎng)時(shí)間，也僅能支撐到碳達(dá)峰時(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)煤炭的需要。因此，迫切需要加大符合科學(xué)產(chǎn)能要求的煤炭資源勘探力度，摸清煤炭科學(xué)產(chǎn)能的資源量。統(tǒng)籌考慮碳中和目標(biāo)下煤炭資源量、賦存條件、生態(tài)紅線等多種因素疊加下的產(chǎn)能規(guī)模。
“應(yīng)以陜西、山西、內(nèi)蒙古、新疆等為重點(diǎn)，謀劃煤炭科學(xué)產(chǎn)能支撐基地布局。建立健全煤炭科學(xué)產(chǎn)能的戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備、產(chǎn)能儲(chǔ)備、產(chǎn)品儲(chǔ)備體系和以煤炭科學(xué)產(chǎn)能為支撐的柔性供給能力。加大綠色開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，以技術(shù)為抓手，提高煤炭科學(xué)產(chǎn)能保障能力，支撐煤炭碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。”謝和平說(shuō)。
煤炭碳中和發(fā)展的戰(zhàn)略藍(lán)圖
隨著技術(shù)進(jìn)步，面對(duì)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，煤炭實(shí)現(xiàn)碳中和的愿景是什么，煤炭企業(yè)、礦區(qū)、煤炭行業(yè)將呈現(xiàn)什么發(fā)展態(tài)勢(shì)？
在謝和平看來(lái)，應(yīng)在深刻理解碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)要求和準(zhǔn)確把握我國(guó)能源消費(fèi)需求的基礎(chǔ)上，科學(xué)謀劃、系統(tǒng)布局，提出符合實(shí)際、切實(shí)可行的煤炭碳中和發(fā)展目標(biāo)、路線圖、施工圖，并重點(diǎn)推進(jìn)碳中和“技術(shù)為王”的科技創(chuàng)新，加大加快煤炭開(kāi)發(fā)利用減碳、用碳、固碳、零碳、負(fù)碳等技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，探索出全新的、可行的煤炭碳中和路徑。
他認(rèn)為，煤炭碳中和的相關(guān)基礎(chǔ)研究和技術(shù)儲(chǔ)備不足，短期內(nèi)還未能展現(xiàn)碳減排碳中和的潛力。應(yīng)綜合碳中和目標(biāo)、國(guó)家能源安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行應(yīng)急三大要求，立足我國(guó)國(guó)情實(shí)際，堅(jiān)持系統(tǒng)觀念，統(tǒng)籌煤炭低碳發(fā)展和能源保供，準(zhǔn)確把握減碳與發(fā)展、減碳與安全的關(guān)系，正確處理短期和中長(zhǎng)期的關(guān)系，科學(xué)謀劃“能源安全兜底、綠色低碳開(kāi)發(fā)、清潔高效利用、煤與新能源多能互補(bǔ)”四大戰(zhàn)略方向。
推進(jìn)煤炭企業(yè)成為“煤炭+CCUS”與風(fēng)、光、電多能互補(bǔ)的清潔能源生產(chǎn)基地，即按需靈活產(chǎn)生煤炭、風(fēng)能、太陽(yáng)能、氫能以及碳材料等，并實(shí)現(xiàn)井下巷道儲(chǔ)能，平抑可再生能源波動(dòng)。“煤炭+CCUS”與可再生能源互補(bǔ)，穩(wěn)定供應(yīng)多元化清潔能源。推進(jìn)礦區(qū)成為井下—地上資源一體化開(kāi)發(fā)、立體化利用、零碳排放的碳中和示范區(qū)，即地下空間碳固化、碳封存，就地處置煤炭利用產(chǎn)生的二氧化碳，地面可再生能源利用、零碳排放，礦區(qū)植被形成碳匯，負(fù)碳排放。推進(jìn)煤炭行業(yè)成為煤炭低碳、零碳、固碳和負(fù)碳技術(shù)突破的發(fā)源地，即突破煤礦智能化低碳綠色開(kāi)采、井下無(wú)人開(kāi)采、流態(tài)化開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)，形成煤炭開(kāi)發(fā)利用低碳零碳技術(shù)體系、煤炭+多能互補(bǔ)的零碳負(fù)碳技術(shù)體系。
煤炭碳中和發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)
實(shí)現(xiàn)煤炭碳中和需要布局哪些重點(diǎn)任務(wù)？
謝和平介紹，需要布局六大重點(diǎn)任務(wù)。
一是加大力度勘探符合煤炭科學(xué)產(chǎn)能要求的煤炭資源（資源保障）。探索應(yīng)用國(guó)內(nèi)外、行業(yè)內(nèi)外先進(jìn)勘探技術(shù)，進(jìn)一步增強(qiáng)煤炭資源勘探手段和方法，提高煤炭資源探明程度，加快新增符合科學(xué)產(chǎn)能條件的煤炭資源量勘查，提高煤炭科學(xué)產(chǎn)能資源接續(xù)能力。
二是建設(shè)煤炭科學(xué)產(chǎn)能全國(guó)支撐基地（產(chǎn)能保障）。統(tǒng)籌考慮煤炭資源量、賦存條件、生態(tài)紅線劃設(shè)等多重因素，建設(shè)山西、陜北、內(nèi)蒙古東部、內(nèi)蒙古西部、新疆五大煤炭科學(xué)產(chǎn)能支撐基地。
三是推進(jìn)柔性煤炭科學(xué)產(chǎn)能建設(shè)（經(jīng)濟(jì)運(yùn)行應(yīng)急保障）。圍繞煤炭產(chǎn)量需求波動(dòng)幅度加大的新形勢(shì)新要求，支持和鼓動(dòng)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)在煤礦的應(yīng)用，推進(jìn)可低成本寬負(fù)荷調(diào)節(jié)的無(wú)人柔性煤炭科學(xué)產(chǎn)能礦井建設(shè)，實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)提高煤炭供應(yīng)調(diào)節(jié)能力，為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行應(yīng)急提供保障。
四是研究制定能源安全下的煤炭科學(xué)產(chǎn)能儲(chǔ)備戰(zhàn)略（國(guó)家能源安全保障）。科學(xué)研判可再生能源發(fā)展、地緣政治變化等復(fù)雜形勢(shì)下，保障我國(guó)能源安全對(duì)煤炭科學(xué)產(chǎn)能的最大需求，研究制定能源安全下煤炭科學(xué)產(chǎn)能儲(chǔ)備戰(zhàn)略。統(tǒng)一規(guī)劃支撐科學(xué)產(chǎn)能的煤炭資源調(diào)查評(píng)價(jià)、勘查和開(kāi)發(fā)利用，建立安全可靠的資源儲(chǔ)備、產(chǎn)能儲(chǔ)備。
五是加快煤炭科學(xué)產(chǎn)能支撐力科技攻關(guān)（技術(shù)保障）。厘清煤炭勘查、開(kāi)發(fā)、利用碳減排相關(guān)技術(shù)的研究基礎(chǔ)和攻關(guān)需求，篩選一批有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、有較強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作依托、有配套投入保障、有研發(fā)平臺(tái)和人才隊(duì)伍支撐的重點(diǎn)方向，集中資源予以立項(xiàng)支持。鼓勵(lì)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)聯(lián)合開(kāi)展綠色低碳開(kāi)采各領(lǐng)域基礎(chǔ)研究、前沿探索，提高煤炭科學(xué)產(chǎn)能關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)能力，支撐高水平的煤炭科學(xué)產(chǎn)能建設(shè)。
六是構(gòu)建適應(yīng)碳中和要求的多能互補(bǔ)的煤礦清潔能源系統(tǒng)。探索風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源制氫耦合煤清潔轉(zhuǎn)化新路徑，通過(guò)氫能從產(chǎn)業(yè)鏈上實(shí)現(xiàn)可再生能源與煤轉(zhuǎn)化耦合，與煤化工的CCUS集成，形成綜合轉(zhuǎn)化技術(shù)體系。充分利用煤炭的穩(wěn)定性和可再生能源的低/零碳排放優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建適應(yīng)碳中和要求的多能互補(bǔ)的煤礦清潔能源系統(tǒng)。
將技術(shù)突破作為核心變量
“碳中和目標(biāo)下，我國(guó)能源發(fā)展應(yīng)該重點(diǎn)落在技術(shù)創(chuàng)新上，即大力發(fā)展節(jié)能技術(shù)，提高能源利用效率，減少能源增量；大力發(fā)展新能源技術(shù)（‘風(fēng)電/光電+儲(chǔ)能’技術(shù)等），優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)；大力發(fā)展低碳清潔煤炭開(kāi)發(fā)利用（‘清潔煤電+CCUS’技術(shù)等），大力發(fā)展少碳—用碳—零碳能源原理創(chuàng)新與顛覆性技術(shù)。”謝和平說(shuō)。
“我國(guó)治理酸雨的二氧化硫減排實(shí)踐為煤炭碳中和提供了借鑒。以政策倒逼技術(shù)進(jìn)步，以先進(jìn)技術(shù)推進(jìn)減排。”謝和平舉例。
20世紀(jì)90年代，我國(guó)一些地區(qū)燃用高硫煤，設(shè)備未采取脫硫措施，致使二氧化硫排放量不斷增加，造成嚴(yán)重的酸雨污染。1995年，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)劃定酸雨控制區(qū)與二氧化硫污染控制區(qū)；1996年，提出實(shí)施包括二氧化硫在內(nèi)的污染物排放總量控制。此后逐步嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)、收縮排放總量控制限制，以政策倒逼燃煤污染物控制技術(shù)進(jìn)步。2000年以后，加快已有燃煤電廠脫硫設(shè)施建設(shè)，持續(xù)研發(fā)并應(yīng)用燃煤二氧化硫超低排放技術(shù)，逐漸建成全球最大的清潔煤電供應(yīng)體系，煤炭消費(fèi)量增長(zhǎng)15.8%，二氧化硫排放量下降近80%。
“技術(shù)進(jìn)步徹底顛覆了‘控制二氧化硫排放必然減少煤炭消費(fèi)’的原有認(rèn)識(shí)，突破了二氧化硫減排對(duì)煤炭消費(fèi)的約束。”謝和平說(shuō)。
“逐步強(qiáng)化的政策措施將倒逼煤炭從以往的鼓勵(lì)性自主碳排放控制轉(zhuǎn)向政策硬約束的強(qiáng)制性碳減排碳處理。因此，應(yīng)加大加快煤炭開(kāi)發(fā)利用減碳、用碳、固碳、零碳、負(fù)碳等技術(shù)研發(fā)應(yīng)用。”謝和平認(rèn)為，在少碳方面，發(fā)展化石能源清潔低碳新技術(shù)、二氧化碳捕集新原理與新技術(shù)等；在用碳方面，發(fā)展二氧化碳礦化發(fā)電顛覆性技術(shù)、二氧化碳驅(qū)油氣利用原理與技術(shù)等；在無(wú)碳方面，近零碳排放的直接煤固體燃料電池發(fā)電新技術(shù)、新能源技術(shù)如風(fēng)能太陽(yáng)能生物質(zhì)地?zé)岚l(fā)電海水制氫等。
據(jù)了解，謝和平團(tuán)隊(duì)在上述技術(shù)方面，正在從基礎(chǔ)研究走向工業(yè)擴(kuò)試。以二氧化碳電化學(xué)捕捉新技術(shù)為例，初步成果顯示，該技術(shù)能耗僅為67千瓦時(shí)/噸，成本約為9.4美元/噸二氧化碳。此外，自2011年開(kāi)始，四川大學(xué)、深圳大學(xué)等院校，也在探索碳中和新原理新技術(shù)攻關(guān)，包括低能耗二氧化碳捕集新原理新技術(shù)、二氧化碳礦化發(fā)電顛覆性技術(shù)、二氧化碳能源化資源化利用催化轉(zhuǎn)化技術(shù)、零碳排放的直接煤燃料電池發(fā)電技術(shù)等。
