高碳资源低碳发展 黑色煤炭绿色发展

小旭

高碳资源低碳发展 黑色煤炭绿色发展

国内外知名学者、专家齐聚太原共话低碳与发展有机结合的最佳模式和方向 　 　　构建气候友好型能源体系是能源革命的正确方向 　　1992年《联合国气候变化框架公约》颁布以来，全人类对气候变化问题的科学性的认知开始趋同，人类活动是形成近年来气候变化的主因，尤其是人类工业化的进程中，大量消耗化石能源所排放的二氧化碳是主要的温室气体，减排温室气体是人类应对气候变化的首要任务。因此，一场以构建气候友好能源体系为宗旨的能源革命正在悄然兴起。 　　气候友好型能源体系建设的内容主要包括通过提高能源效率控制能源消费，尤其是控制高碳的化石能源的消费；推动非化石能源等低碳能源的开发和利用，构建气候友好型能源战略的主要措施技术革命和机制创新。欧盟早在上世纪90年代就推出了以发展可再生能源为核心的能源革命战略，目前又提出了到2050年实现零碳能源体系的设想，成为全球能源革命的领头羊。我国也把能源革命作为国家能源安全的基石，提出了控制能源消费总量，实现能源来源的多元化和低碳化的战略目标。然而，我国气候友好型能源体系建设面临的形势更加严峻，能源的清洁化和低碳化不可能一蹴而就，需要我们在能源革命问题上要有坚定不移的信心，坚持改变的决心和持之以恒的耐心。 　　页岩气开发和低碳发展 　　天然气作为一种清洁能源，近年来得到广泛关注。以煤为主的能源结构导致大气污染物排放总量居高不下，许多专家学者疾呼减少煤炭等化石能源的使用或增加对其进行清洁化利用。而作为一种低碳发展的有效路径，清洁天然气的使用，一方面可以有效降低二氧化碳的排放量，另一方面天然气用量的大幅增加后有助于实现能源结构的优化调整。 　　山西省地质条件特殊，富含泥页岩岩层，具有较好的页岩气开发潜力，同时也是我国实现局部大规模煤层气开发的唯一地区，因此在非常规天然气的开采使用中，大有可为。 　　在技术上，要坚持探索创新。页岩气是以富有机质岩为主的储集岩系中的非常规天然气，由于储层孔隙度低、渗透率极低的特点，须进行压裂增产才能进行工业开发，同时，不同的地质条件，决定了页岩气生产规律的不同。针对不同的页岩气储层特点，实施具有针对性的压裂和开采技术，极为重要。因此，在引进国外技术的同时，我们仍然需要结合我国的实际情况来发展关键技术，包括压裂技术、支撑剂、水处理、微震检测、随钻监测等。同时，页岩气勘探开发的复杂性还需要多学科交叉融合。 　　“碳足迹”和“水足迹”转化为深层次“低碳” 　　能源与水资源是经济社会发展的基础性支撑资源，随着能源消耗的“二氧化碳排放效应”以及水资源短缺问题的加重，“低碳”与“节水”成为当前政治和社会领域的两大重要议题。 　　自然界的水本身不存在“碳足迹”，但当水被抽取并输送国民经济系统中成为资源时，取水、输水过程以及为水资源开发利用而兴建的工程要消耗大量的能源和材料都会产生“碳足迹”。 　　和“碳足迹”类似，“水足迹”是指商品中隐含的水的数量。能源也是一种商品，在生产单位能源的过程中需要消耗一定量的“水”，这些水的多少就是衡量能源“水足迹”的标尺。山西省每年外输电量接近800亿千瓦时，估计每年外输电量的“水足迹”为1.28亿—4.64亿m3。 　　水资源具有“碳足迹”，能源也有“水足迹”，二者的关系是隐式函数关系。节水可以减轻“碳足迹”，“节能”能够减轻“水足迹”，“碳足迹”和“水足迹”的减轻最终可转化为更深层次上“低碳”或“节水”。未来水资源的开发利用不仅要关注经济、社会、生态效益，还要核算水资源开发利用过程中的“碳足迹”，科学平衡初期建设阶段的“碳足迹”和工程运行阶段的“碳足迹”，资源开发利用工程的全生命周期实现整体“低碳”的目标。 　　高端转型 绿色发展 　　煤炭的转化就是转型，对潞安集团来说，就是要着力构建高端化、低碳化、国际化、创新型、循环型、效益型发展新模式。 　　以新型煤化工带动传统煤化工升级增值。将焦化厂副产的焦炉煤气作为煤制油原料，将焦炉煤气优势转化成为新型煤化工的成本优势；在国内率先采用钴基固定床费托合成技术对甲醇装置合成部分进行改造。 　　布局构建 “一中心三平台四基地”。“一中心”，即国家煤基合成工程技术研究中心。“三平台”，即与中科院上海高研院共建 “低碳转化科学与工程重点实验室”，与中科院山西煤化所合作构建煤基多联产应用基础研究平台，与中科合成油公司合作构建高新技术公司平台。“四基地”，即21万吨煤基合成油工业试验基地、天脊集团200万吨硝基化工示范基地、30万吨焦炉气制油示范基地和180万吨油化电热示范基地。 　　打造与城市和谐共存的钢铁企业典范 　　太钢作为地处太原市城区的特大型钢厂，如何与城市和谐共存已成为企业面临的首要问题。对此，太钢建立起以粉煤灰、钢渣及高炉水渣综合利用为主的固体废弃物循环经济产业链，以工业废水、生活污水、酸再生为主的液体废弃物循环经济产业链，以焦炉煤气脱硫制酸、烧结烟气脱硫脱硝、余压余热发电为主的气体废弃物循环经济产业链，能耗、水耗、污染物排放等关键指标行业领先。 　　其中，自主设计建造具有国际先进水平的碳钢渣处理线，每年可处理碳钢渣60万吨；高炉矿渣超细粉二期生产线建成投产，每年可减少水泥行业250万吨原矿资源用量，大幅度减少温室气体排放量；自主集成完成的烧结烟气活性炭脱硫脱硝与制酸一体化项目，每年可减少二氧化硫排放1.6万吨，减少粉尘排放2000多吨…… 　　协同创新走出循环发展之路 　　协同创新指明了政产学研用相结合的发展路径，高校要提升科技创新能力，必须走协同创新之路。近年来，山西大学紧密围绕区域经济社会发展需求，大力开展协同创新工作，与省内多个地市签订了产学研战略合作协议，与多家大型企事业单位建立产学研战略协作关系。培育了八个校级协同创新中心，四个协同创新基地获得省教育厅支持。 　　让科技创新引领低碳发展 　　山西先进能源技术和低碳技术的发展落后于国内很多省份，我们经常是等技术成熟推广后才会采用。是否能够专门成立一个机构，如“低碳技术推进组”，一个能够使技术开发者和企业都可依托的机构，其主要职能是组织专家论证低碳技术、引导企业示范低碳技术，从而切实直接服务低碳技术推进，为实现山西引领世界低碳技术的宏伟目标发挥积极作用。 　　推进山西低碳创新高地建设 　　目前是山西推进低碳转型的关键时期。建议省委、省政府抓住契机，以技术创新为灵魂，多管齐下、综合调控，打造国内低碳创新高地。一是加快推进煤炭清洁利用，重点解决产业发展中的清洁生产、节能降耗、劣质煤与煤系共伴生矿产加工转化以及生态环境治理等重点问题，延伸拓展煤炭产业链，全面打造国家新型能源基地。二是推进能源结构多元化发展，加快煤层气、焦炉煤气、煤制天然气等能源的开发，加速发展天然气，在有条件的地区深入开发风能、太阳能、地热能和生物质能等可再生能源，逐步构建清洁、低碳能源供应体系。三是大力发展文化旅游和新型装备制造、现代煤化工、现代物流等新兴产业和高新技术产业，推进产业结构低碳化。四是不断创新经济政策，争取国家投入，用好省内转型基金，发挥市场作用引导外资与民间资金，扩大投融资来源。五是大力推进科技创新，集中力量攻克一批重大关键技术。六是加强国际合作交流，进一步扩展和加强同低碳创新领先国家与集团的合作。 　　开拓低碳发展推动发展方式转型 　　绿色低碳发展已经成为发达国家推动技术进步、增强国家经济竞争力、改善能源和经济安全和支撑经济发展的推动力。 　　山西过去的经济发展过多依靠煤炭和煤基重化工产业，经济结构偏重。今后我国能源消费增速将继续降低，山西煤炭和煤基产业扩张的空间进一步受到压缩，产业结构必须加快调整。绿色低碳发展可以给山西的经济转型提供驱动力和新的发展空间。低碳发展将推动终端需求的升级，为一大批新兴产业提供了广大市场。新型低碳城市化可以大幅度提高建筑物的能效标准，一方面可以提高居民的实际生活质量，另一方面，可以拉动从建筑设计、施工工艺、新型建筑材料等多方面技术进步，产生新的市场需求。山西工业低碳化的潜力巨大，在节能新技术、新工艺、新材料等方面都大有可为，可以进一步全面提升工业技术水平，提高工业的整体竞争力。 　　低碳发展需要政府调整政策不要过高过快，理顺市场信号，进行有效引导，也需要社会各界的共同努力，包括企业调整投资方向，加大低碳技术开发和应用的投入，低碳发展还需要大家的共同参与，改变高碳行为方式。 　　推动能源生产和消费革命 　　我国当前面临着日趋强化的资源紧缺、环境污染、生态退化的严峻局面，推进能源生产和消费的革命，既是我国顺应世界趋势的战略选择，也是国内推进生态文明建设和实现可持续发展的内在需求和关键着力点。 　　推动能源生产和消费革命，需要有创新的能源战略和前瞻性部署。首先要控制能源消费总量，全国各地在能源消费控制的“天花板”下，进行产业升级和结构调整，大幅度降低单位GDP能耗强度和碳强度。同时大力发展新能源和可再生能源以及天然气等低碳能源，以能源结构的多元化和低碳化，支撑经济社会的持续发展和低碳转型。国家设立并向各地区分解控制能源消费量和碳排放量的目标，有利于形成促进低碳转型的体制和机制，加快经济发展方式的根本性转变。 　　有些地区历史上形成了以高耗能产业为支柱的高碳产业体系，当前在转型中受到技术、人才、市场等多方面的制约和阻碍，甚至困难重重。但是应该看到，新趋势下，低碳产业将是新的经济增长点和新的就业机会，低碳技术和低碳产品意味着不断扩张的市场需求和市场竞争力。我国只有加快实施创新驱动战略，顺应并引领潮流，打造低碳发展的核心竞争力，才能顺势发展强大，由经济大国转变为经济强国，实现中华民族的永续发展。 　　实施煤炭可持续发展战略 　　煤炭一直是我国的主体能源。通过煤炭产业链整体的清洁高效，不仅能够使煤炭成为可以清洁利用的能源，而且可以保证我国长期的能源供应安全。 　　目前，我国单位能源产出效率仅是世界平均水平的一半，能效提高到世界平均水平，就可少用一半能源。提高能效就是节能，节能即减排。我国的能源消费结构以高碳性为主，产业结构高碳性占比也不低，这种状况今后几十年难以根本性转变。因此，当前的主要任务应该是在大力推进煤炭清洁高效可持续开发利用，为实现高碳能源低碳化利用的同时，着力发展非煤低碳能源。 　　通过“科技驱动、科学开发、全面提质、输运优化、先进发电、转化升级、节能降耗”七项举措，可以推进煤炭开发利用领域的七大转变：一是煤炭发展由要素驱动为主向科技驱动方式转变；二是煤炭开发由以需定产向科学开发方式转变；三是煤炭由粗放供给向提质后对口配送方式转变；四是煤炭输运由单一输煤向输煤输电并举转变；五是燃煤发电由局部领先向整体节能环保转变；六是煤化工由低效高污染向高效清洁发展转变；七是高耗能行业节煤由单一技术向结构、技术、管理集约转变。从而实现煤的清洁高效可持续开发利用，为推动中国能源生产和消费革命发挥重要作用。 　　低碳经济需要能源科技的支撑 　　低碳经济是人类社会可持续发展的出路所在，是世界产业发展的大趋势。低碳经济的发展依赖于产业结构、能源结构及消费结构的调整，需要政策法规的支持与扶植，更需要科技创新的支撑。 　　能源科技是解决日益严重的环境和能源问题的根本出路，发展能源科技，要早谋划、早安排，建立能源科技储备，当前要瞄准低碳能源和低碳能源技术，积极开展研究开发和示范工作。一方面依托现有最佳实用技术，淘汰落后技术、推动产业升级，实现技术进步与效率改善；另一方面大力推动相关技术创新，通过理论、原理、方法、评价指标等方面的创新，寻求技术突破，以更大限度提高资源生产率及能源利用率。据悉全球已有50多家金融机构投资13亿美元进行低碳技术开发，以期在低碳经济上占领技术制高点。 　　我国有广阔的市场，应欢迎并引进国外的先进理念、技术和资金到中国来，共同示范，共享成果，争取双赢，为我国低碳经济技术发展开创新的道路创造条件。我们应积极参与国际上关于低碳能源和低碳能源技术的交流，尤其是要加强与发达国家在低碳能源技术和碳捕获与碳封存技术方面的交流合作。 　　煤炭清洁高效转化利用 　　煤炭的清洁高效利用一直是一个十分重要的科学和技术问题，其中煤转化制液体燃料和化学品是煤炭清洁利用的主要方向。 　　煤转化利用符合我国国情，是在“富煤、贫油、少气”的资源条件下，保障国家油气供应安全和推动能源结构调整的迫切需要和现实选择，并规划到2020年煤制油产能达到3000万吨/年，占当年成品油消费总量的7.7%；煤制油应以生产高品质油品为目标，主要采用煤炭间接液化技术。此外，煤制甲醇（二甲醚）、煤经甲醇制烯烃、芳烃等煤炭深加工过程，直接或间接节省了石油用量，符合国家石油替代战略。 　　中国科学院山西煤炭化学研究所面向国家能源重大战略需求，以协调解决煤炭利用效率与生态环境问题为目标，开展定向基础研究、关键核心技术研发和重大系统集成创新。重点研究煤的热化学转化、煤基液体燃料与化学品合成、煤炭利用中的污染物控制及其相关新材料制备等过程中的关键科学和工程技术问题，并通过基础研究与技术开发的紧密结合和集成创新，为我国煤炭高效洁净利用提供核心技术和解决方案，为国家能源安全和可持续发展做出了实质性贡献。 　　打造中国先进低碳清洁装备 　　循环流化床燃烧技术是清洁煤技术中商业化程度最好的优选技术之一。它具有煤种适应性强、负荷调节范围大、燃烧稳定、低成本实现和SO2低NOX排放等优点。在我国以煤作为主要一次能源的发电格局中，对高效、低污染的劣质煤利用发电起到了不可替代的作用。 　　我国的循环流化床燃烧技术研究开发在基础研究、设计理论、设计制造、运行调试等方面取得了长足的进步，形成了包括循环流化床锅炉气固两相流动、燃烧、换热、污染物生成与控制的基本理论体系。通过技术创新，在此基础上又形成了以定态设计为核心概念的循环流化床锅炉设计理论、设计导则、设计方法，使我国在循环流化床燃烧技术全面赶上了世界先进水平。 　　我国严峻的大气污染状况对循环流化床燃烧技术提出了新挑战。循环流化床燃煤技术在中国今后的燃煤发电市场的基本需求没有改变。其主要对象仍然是低热值劣质煤的利用，这个需求在现有强化污染排放控制的形势下，侧重点有所转移。节能环保是重点发展方向。 　　跳出传统工业化思维 　　工业革命发展基于物质财富生产和消费的工业化模式。这种发展模式依靠物质资源的消耗，化石能源、矿产品等有形的资源被视为经济发展的基础，而环境、文化等无形资源，则被无视或破坏。作为资源大省的山西，也具有浓厚的传统发展模式的特征。 　　进入新时代后，很多人还习惯在传统工业化思维下思考经济发展。以资源为例，在发展理念和思维发生变化后，资源的概念就会发生深刻变化。过去一提到发展，就联想到机器轰鸣、浓烟滚滚，就想到开矿挖煤。随着资源枯竭，经济就会陷入困境，而环境也被破坏殆尽，发展不可持续。其实，除了传统的煤炭资源，山西更有丰富的文化底蕴，一些地方也保有非常良好的生态环境。这些其实是发展经济更为宝贵的资源，可以转化为财富。借助互联网、ICT、大数据、快速交通和物流体系，就可以在好的环境和丰富文化资源的基础上，发展起大量新兴的绿色产业，从而将这些绿色资源转化为财富。目前，山西一些地方正进行这方面的探索，从挖煤转变到“挖”文化和生态，取得了非常明显的效果。可见，只要跳出传统工业化思维，山西就可以走出一条更宽的发展道路。 　　资源有限创新无限 　　晋煤集团是一家有着56年发展历史的国有特大型煤炭企业集团，我们认为，能源革命的核心不是“去煤”、而是“净煤”，根本目的是实现高碳产业低碳发展、黑色煤炭绿色发展。 　　资源有限，创新无限。一直以来，我们坚持以科技创新引领低碳发展，提升产业升级。晋煤大力开展一次采全高工作面设备配套研发，研制出具有自主知识产权的短壁采煤机、8G采煤机，以及系列液压支架等产品，创造性地提出并实践形成了“采气采煤一体化”的瓦斯综合治理模式，有力地促进煤炭产业的安全高效发展。在无烟煤气化技术方面，晋煤开展航天炉全烧晋城无烟末煤技术试验，用实践验证了气流床气化技术对高灰、高硫、高灰熔点、低挥发份煤的适用性。 　　下一步，我们将以山西科技创新城建设为契机，不断加大煤炭清洁高效开采、无烟煤气化、煤层气抽采利用等技术研究和攻关力度，进一步强化科技创新对煤炭低碳绿色发展的驱动作用。 　　超重力技术煤化工领域显身手 　　随着煤化工的发展，建设生态经济和实现可持续发展的要求更为迫切，化工过程强化目前已成为实现化工过程高效安全、环境友好、密集生产的新兴技术。超重力技术正是应运而生，超重力技术作为一项强化“三传一反”的新型技术，其基本原理是利用旋转造成的一种稳定的、可以调节的超重力场，是一种利用超重力作用强化传递与微观混合的高效多相反应与分离技术。 　　与传统技术相比，设备高度降低，设备体积缩小，单台设备节约钢材，能耗降低。超重力技术已在煤化工领域中的焦炉煤气脱硫、脱氨除湿、煤锁气除尘、VOC净化等方面得到了很好的应用，达到了大幅度减小设备尺寸、简化流程、减少装置数目，节省投资、降低能耗、资源回收和减少污染的效果。 　　探索变废为宝的低碳路径 　　目前，循环流化床焚烧炉是生活垃圾处理的重要途径，其燃烧温度超过850℃，可分解掉99%的二噁英，但单独的垃圾焚烧发电厂装机容量小，厂用电率高。我们探索出一种清洁低碳的发展思路：利用CFB锅炉进行低热值煤伴烧垃圾发电，把分选后的可燃干垃圾直接投入锅炉燃烧。一、利用垃圾燃料的热值，节约资源；二、由于CFB机组炉内温度均匀，可有效抑制二噁英生成；三、用石灰石进行炉内脱硫时，石灰石可与含氯物质生成氯化钙，减少污染物排放；四、采用布袋除尘装置可严格控制部分污染物的排放；五、既可以解决城市生活垃圾堆放问题，又无需再新建垃圾焚烧发电厂，节约了投资和土地。