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IIGF觀點 | 探討煤炭在我國能源轉型中的作用及出路

2022-02-12 09:15:47來源:中央財經大學綠色金融國際研究院 孫李平 閱讀量:13111

導讀:煤炭在確保我國能源供應安全方面發揮了至關重要的作用。我國能源資源特征是“富煤、缺油、少氣”。與石油和天然氣相比,我國的煤炭儲量相對比較豐富,基本依靠國內供應基本可以滿足煤炭消費的需求。
  推進中國能源轉型是減少溫室氣體排放、有效應對氣候變化的關鍵舉措。煤炭是中國能源系統的主力軍。認清能源轉型的本質和特點,充分發揮煤炭在能源轉型中的作用,是確保傳統能源體系向低碳能源體系轉型的關鍵。自從提出“雙碳”目標以來,“談煤色變”的問題非常普遍,曲解煤炭作用的說法并不少見。因此,深入的認識煤炭在我國能源轉型過程中的作用并積極謀劃煤炭產業的發展路徑非常必要。煤電是煤炭的重要形式,2021年底召開的COP26針對煤電的說法將phase out (煤電退出)改為phase down(減少煤電),意味著如何控制煤電的節奏是個普遍關注的焦點問題。
 
  一、 煤炭仍是當前能源的主力軍
 
  (一)煤炭是能源安全的“壓艙石”
 
  煤炭在確保我國能源供應安全方面發揮了至關重要的作用。我國能源資源特征是“富煤、缺油、少氣”。與石油和天然氣相比,我國的煤炭儲量相對比較豐富,基本依靠國內供應基本可以滿足煤炭消費的需求,見圖1。然而,石油和天然氣的進口比例近年來持續攀升。

  圖1  2012-2019年我國煤炭生產量及進口量
 
  煤炭產業發展水平顯著提升。近幾年,我國煤炭行業供給側改革取得了顯著的效果,煤炭產能向生產能力大、技術水平高、生態環境影響小的煤炭大省區集中。淘汰煤炭落后產能的工作正在深入推進,截止 2021 年 11 月,煤炭行業累計退出煤炭產能達到 9.8 億噸。2021年,我國原煤累計產量40.7億噸,同比增長了4.7%,原煤生產增速小幅上漲。2021年,全國規模以上煤炭企業原煤產量超億噸省份共6個,其中,山西(11.93億噸)和內蒙古(10.39億噸)兩省區份均超過10億噸;陜西(7億噸),新疆(3.2億噸),貴州(1.35億噸),安徽(1.13億噸),6省份產量合計35億噸,同比增長6.68%,占全國規模以上煤炭企業原煤產量的85.9%。隨著我國綠色發展理念的逐步推進,煤礦企業要保證能源安全穩定供應和礦區生態文明全面推進。煤炭行業正在向現代化高水平等階段發展,煤炭生產各項指標逐步符合綠色發展的要求,整體技術水平正在向工藝先進、生產效率高、資源利用率高、安全保障能力強、環境保護水平高、單位產品能源消耗低等方向邁進。
 
  儲備能力得到動態調整,煤炭保障供應能力增強。為了緩解用煤緊張形勢,加快先進產能的釋放,國家有關部門積極推動煤礦擴產工作,保障煤炭正常供應,建成超過1億噸政府可調度煤炭儲備能力。同時,不斷加快露天煤礦辦理工作,先后批復60余座露天煤礦復產,涉及產能2.1億噸/年。
 
  (二)燃煤發電效率持續提升
 
  目前我國發電和供熱行業二氧化碳排放量占全國排放量的比重超過 40%,是全國二氧化碳排放的重點行業。燃煤發電提高效率在降低電力領域二氧化碳排放發揮了重要的作用。

  圖2 2006─2019年各種措施累計減少二氧化碳排放量
 
  電力行業是煤炭消耗的主要行業之一,也是國家節能減排工作重點管控行業。“十一五”、“十二五”、“十三五”期間,電力行業按照國家的部署,深入實施煤電節能減排升級改造,火電供電煤耗持續下降。2020 年全國 6000 千瓦及以上火電廠供電煤耗為 305.5克標準煤/千瓦時,比 2015 年下降 9.9 克/千瓦時,比 2010 年下降27.5 克/千瓦時,比 2005 年下降 64.5 克/千瓦時。以 2005 年為基準年,2006—2020 年,供電煤耗降低累計減少電力二氧化碳排放 66.7億噸,對電力二氧化碳減排貢獻率為 36%,有效減緩了電力二氧化碳排放總量的增長。
 
  (三)終端需求側
 
  隨著我國經濟水平的不斷提升,煤炭在生活消費和商業領域的應用占比逐步降低,工業領域的煤炭消費量占比逐步提高。煤炭在工業領域的集中應用既可以提高煤炭的使用效率,也可以顯著降低散燒煤帶來的污染問題。特別顯著的特征是10多年前,北方集中供暖普及率不高,很多居民依靠燒煤自采暖,到了冬天整個城市都彌漫著撲鼻的氣味。隨著散燒煤問題得到解決,我國絕大部分地區空氣質量得到改善。

  圖3  2001─2019年電力二氧化硫排放情況
 
  二、支撐電力能源的低碳化轉型是關鍵
 
  促進傳統能源與可再生能源深度融合是能源轉型最理想的情景。二者深度融合帶來的好處主要體現在二方面:一方面是充分發揮傳統能源的靈活性和儲能的價值;另一方面是避免煤電資產被擱淺造成資源的浪費,降低能源轉型帶來的風險和轉型的成本。
 
  (一)保證能源和電力安全穩定供應
 
  實現能源轉型最終的目的是推動能源產業高質量的發展。能源轉型的前提保證能源和電力安全穩定供應。不能因為當前煤炭是主要的碳排放來源,我們就與煤炭一刀兩斷,徹底拋棄煤炭。而是應該用系統的眼光來看待煤炭在能源轉型過程中的作用。充分認識到實現煤炭消費比例的降低是個循序漸進的過程。從當前以煤電為主的能源系統到未來構建以新能源為主體的新型電力系統的過程中,煤電仍將發揮著穩定器和緩沖器的作用。
 
  能源轉型意味著電力能源結構發生顯著的變化。從電源側來看,與傳統的電力系統差異巨大,高比例的太陽能和風力發電等可再生能源電源給新型電力安全穩定運行帶來了極大的挑戰。新型電力系統將呈現出大裝機容量、大峰谷差以及機組可用率顯著降低等特征,這些電力系統新的特征導致其對靈活性電源、調峰能力等提出了更高的要求。從電力終端消費來看,能源轉型后電氣化水平將得到大幅度的提升,即使相同的全社會能源消費量條件下,全社會用電量將顯著增加,倒逼電源側提供更多的電量,電力系統的發電裝機規模和發電量都顯著的增加。因此,發揮好煤電在新型電力系統中穩定電力運行安全的作用至關重要。
 
  (二)生物質能與煤炭混合發電有助于降低存量煤電的排放
 
  未來碳達峰之后碳排放要求越來越嚴格,生物質能是非常寶貴的負排放技術,可以中和必須保留的煤電排放的二氧化碳。生物質能可以與燃煤混合燃燒或者單獨燃燒生物均可以實現提供電源的靈活性,同時滿足碳排放降低的條件約束。
 
  (三)燃煤發電與碳捕捉技術結合提供零碳的靈活性電源
 
  能源行業是一個更替周期時間比較長的行業。從全系統的角度來看,為了提供充足的調峰能力,燃煤發電在很長一段時間將存在,即使是達到碳中和目標的時候仍將保留一定容量的燃煤發電機。由于煤電機組排煙體積流量大、煙氣中二氧化碳分壓低、煙氣成分復雜等原因,其碳捕集難度大、成本高當前燃煤發電機組碳捕捉技術成本仍然較高,仍需在多個方面進行技術突破。但是,為了確保到2060年煤電機組能夠提供低碳甚至零碳電力,燃煤發電需要提前布局碳捕捉技術的研發、示范和商業推廣。
 
  三、工業過程實現綠氫和綠電替代
 
  煤炭的消費主要分布在發電和工業領域。與發電領域相比,工業領域降碳技術儲備相對不足,工業領域特別是鋼鐵和水泥領域的降碳難度更大。采用綠氫和綠電替代煤炭是降低工業碳排放的主要途徑。
 
  (一)工業過程使用綠氫替代煤炭
 
  碳減排是中國鋼鐵行業目前面臨的一項核心挑戰。2021年,中國粗鋼產量達10.3億噸,其中大約8億噸是以煤炭為主要能源從鐵礦石中生產出來的,占78%,其余22%由廢鋼生產而來。傳統的高爐煉鐵通過焦炭燃燒提供還原反應所需要的熱量并產生還原劑一氧化碳,將鐵礦石還原得到鐵,并產生大量的二氧化碳氣體。而氫能煉鋼則利用氫氣替代一氧化碳做還原劑,其還原產物為水,沒有二氧化碳排放。如果采用風電或者太陽能發電制氫成本達到鋼鐵行業可以接受的程度,煤炭將大幅度的被替代。
 
  但是,當前氫冶金尚處于示范階段,有待于后期開展技術創新推動氫冶金成本達到商業應用可以接受的程度。國外目前較為成功的項目有:瑞典鋼鐵 HYBRIT 項目、薩爾茨吉特 SALCOS 項目和奧鋼聯H2FUTURE 項目。其中HYBRIT 項目工藝成本比傳統工藝高 20%——30%。國內來看,主要的鋼鐵企業均開始著手探索不同的技術路徑加快實現氫冶金的商業化。2020 年,河鋼集團與卡斯特蘭薩共同建設 120萬 噸氫冶金示范性工程項目,該項目將使噸鋼碳排放降至 125 公斤。2019 年,中國寶武與中核集團、清華大學簽訂合作協議,開發“核能制氫”技術。同時,酒鋼也成立了氫冶金研究院,積極探索“煤基氫冶金理論”。
 
  (二)改變工藝流程更多使用綠電
 
  與發電和鋼鐵相比,水泥行業的減碳難度更大。水泥行業是我國國民經濟的重要基礎產業,也構成了現代城市建筑的軀干。從全球來看,水泥行業貢獻了碳排放總量的7%。如果將全球水泥行業碳排放量與國家排放相比,那么它將是僅次于中國和美國的第三大碳排放國。我國生產了全球近六成水泥,水泥行業碳排放量也逾全球水泥產業碳排放總量的一半。水泥生產過程中的二氧化碳排放主要源于熟料生產過程,其中石灰石煅燒產生生石灰的過程所排放的二氧化碳,約占全生產過程碳排放總量的55-70%;高溫煅燒過程需要燃燒燃料,因此產生的二氧化碳,約占全生產過程碳排放總量的25-40%。目前,中國水泥行業碳排放量占全國碳排放總量的約9%,是制造業中主要的二氧化碳排放源。
 
  近期來看能效提升是降低水泥行業碳減排的重要抓手,并要增加替代燃料和碳捕捉技術的研發為遠期加速推動水泥行業碳減排做技術儲備。
 
  四、政策建議
 
  (一)大力發展轉型金融支持“棕色資產”有序實現綠色轉型
 
  能源轉型勢必需要大量的資金的支持,傳統金融以及當前的綠色金融難以滿足能源轉型對金融的需求。轉型金融是助推能源轉型重要的金融創新。從金融體系的發展和創新方面分析,我國綠色金融體系的建立為引導資金流向綠色領域提供了便利的渠道。然而,目前的綠色金融體系更側重對符合《綠色產業指導目錄》及相關目錄標準的“綠色”項目提供資金支持,傳統高碳排放行業缺乏轉型過程的資金支持。轉型金融可針對性地為“棕色”領域轉型提供資金支持,補充覆蓋煤炭、鋼鐵、水泥等高碳領域,并輔以較高的信息披露與轉型關鍵指標要求,引導和督促“棕色”領域的轉型發展,加速全社會實現碳達峰與碳中和目標的進程。
 
  (二)制定促進煤炭相關人員下崗再就業的政策
 
  能源轉型必須實現公平轉型才能可持續并最終實現。煤炭相關產業者的利益訴求必須得到尊重和保護,從而有利于在社會穩定的情形下推動能源轉型。煤炭開采地區的居民承擔了最大的污染損害,同時也面臨更大的轉型成本。建議國家和地方政府結合當地的轉型需要為煤炭相關產業的人員提供適應新就業機會的培訓幫助其實現更好的穩定就業。從全社會的角度來看,這些人群屬于社會最脆弱的人群之一,采取政府補貼提供培訓有利于積極的解決社會問題。
 
  (三)支持科技創新提升減排、工業等技術創新
 
  COP26大會召開以來,控制甲烷排放問題逐步成為全球熱議的焦點。然而,當前煤礦開采中釋放到大氣中的甲烷尚無有效的技術手段來抑制。建議支持產學研結合加快煤礦開采中甲烷收集或者利用技術的開發。尤其我國作為世界上最大的煤炭生產國,若不能有效的控制煤炭開采過程中的甲烷排放,我國煤炭產業的發展將面臨非常大的國際壓力。
 
  當前我國工業領域整體技術水平不高,特別是碳排放比較高的水泥行業。建議支持水泥行業以降碳為契機,提高水泥行業在原料和燃料領域的替代水平,降低水泥行業的污染物排放和二氧化碳排放水平,嘗試探索水泥行業與碳捕捉技術的結合,最終實現零碳排放的水泥工業。促進水泥窯協同處置生活垃圾更高水平的應用,實現生態環境改善和降低碳排放的協同效應。
 
  (四)積極培育新的戰略新興產業
 
  原有的煤礦建設項目大幅減少, 傳統的煤炭建設工程縮減、市場空間壓縮,煤炭采選業固定投資逐步放緩,煤礦新建、改擴建市場不斷縮減,煤炭相關的就業人充分群面臨嚴峻的生活壓力,煤炭產業集中的地區經濟增長嚴重受限,地方發展可持續發展面臨嚴重挑戰。積極培育大數據、人工智能等數字技術與傳統煤炭產業融合的戰略新興產業,既可以滿足生態保護的要求,也可以提升煤炭產業的整體技術水平,延伸煤炭產業價值鏈,孕育新的產業集群,形成新的經濟增長點,大幅增加就業。
 
  (五)制定新形勢下煤電存續發展的政策條件
 
  建議從統籌考慮煤炭自身發電量的價值和其為能源系統提供靈活性的調峰價值,認可其的雙重或者多重價值身份。
 
  一直以來,發電收入是基本是煤電廠的唯一收入。隨著煤電定位的調整,角色的轉變,煤電發揮其作用的環境更復雜,必須堅持有針對性的政策補貼措施,推動煤電企業積極進行電廠的改造滿足新形勢下的技術要求。
 
  制定和完善煤符合新發展階段的煤電機組靈活性和排放標準,促進行業標準和技術發展的動態銜接,盡早將煤炭靈活性改造的技術創新成果推廣應用到實際中去。
 
  原標題:IIGF觀點 | 探討煤炭在我國能源轉型中的作用及出路

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