對于煤炭來說，關鍵的驅動力在于靈活性、低成本、可靠性、低碳排放。環境問題將是煤炭行業未來發展的瓶頸。突破環保瓶頸，需要建設更清潔的燃煤電廠，尋找煤化工碳減排路徑，繼續探索更加適合自身發展的國家方案。

當前，我國煤炭生產和消費量占全世界的50%左右，是世界上最大的煤炭生產和消費國。日前，在京召開的2018世界煤炭協會技術委員會會議透露，2017年我國原煤產量35.2億噸，進口煤炭2.7億噸。

“中國是產煤大國，但不是產煤強國，如何實現煤炭清潔開采與利用，是煤炭行業需要不斷思考的問題。”世界煤炭協會技術委員會主席梁嘉琨說。

全球主要地區煤炭需求

煤炭發展需突破環保瓶頸

根據GE Power Marketing統計數據，預計到2025年，在全世界工業電力的來源中，化石能源依然占60%以上，新能源不會超過50%。其中，煤炭能源占整個化石能源的57.9%。

GE電力亞洲運營主管帕斯卡爾·拉杜(Pascal Radue)表示，對于煤炭來說，關鍵的驅動力在于靈活性、低成本、可靠性、低碳排放。

“在資源環境約束成為中國經濟社會發展瓶頸的今天，公眾對于生活質量的要求不斷提高，高消耗、高污染、高排放的粗放型增長方式已經難以為繼。”國家氣候變化戰略研究和國際合作中心副主任馬愛民說。

2013年6月，國務院頒布了史上最嚴的大氣污染防治十條措施，宏觀調控部門、能源管理部門、環境保護部門形成全面控制污染的合力，環保產業尋找新的經濟增長點，產業引導污染減排的力量強勁。與此同時，超低排放電價政策同步實施。

2016年，《國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》勾畫了不同階段應對氣候變化的藍圖，提出應對氣候變化的指導思想、原則、目標、行動重點和政策措施，并明確了能源消費總量強度、二氧化碳排放強度、非化石能源占比等約束性指標。

“環境問題將是煤炭行業未來發展的瓶頸。”馬愛民說，“推動煤炭清潔高效利用，實施低碳發展戰略是當務之急，需要依靠科技進步來推動。”

“中國煤炭資源的可靠性、價格的低廉性、利用的可潔凈性，決定了中國‘煤為基礎，多元發展’的能源戰略方針。”梁嘉琨說，“長期以來，中國推進煤炭工業改革與轉型升級發展，取得了顯著成效。”

目前，我國特厚煤層綜放開采、年產2000萬噸級大型露天和年產1000萬噸級的礦井建設、生態脆弱區地表生態保護等關鍵技術及成套裝備取得突破，煤礦智能化開采技術裝備已達到國際先進水平。

神華集團(已合并重組更名為國家能源集團)百萬噸級煤炭直接液化項目建成，兗礦百萬噸級和神寧年產400萬噸煤炭間接液化項目相繼建成投產，新疆伊犁、內蒙古克旗煤制氣項目建成投產，煤炭利用原料和燃料并重的格局正在形成。

此外，我國建成了國家能源集團國華臺山電廠、華能玉環電廠、浙江能源嘉興電廠等一批高標準的燃煤電廠超低排放示范工程。這些技術改造電廠的煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放指標均低于燃氣電廠的排放標準，大幅減輕了煤炭燃燒對于大氣環境的影響。

建設更清潔的燃煤電廠

根據中電聯統計快報，截至2017年底，全國全口徑發電裝機容量17.77億千瓦。其中，煤電發電裝機量占比55.2%。2017年，全國發電量為6.42萬億千瓦時，其中煤電發電量占比64.5%。

中國電力聯合會常務理事長王志軒表示，我國主要發電集團完成煤電超低排放改造的機組容量占全國的比率超過80%，是推進煤電超低排放的主力。

《工業領域應對氣候變化行動方案(2012—2020年)》提出，到2020年，單位工業增加值二氧化碳排放量比2005年下降50%左右，基本形成以低碳排放為特征的工業體系。

如何減少燃煤電廠的二氧化碳排放量?近年來，我國一直在探索CCS與CCUS技術，為減緩氣候變化、減少二氧化碳排放做出努力。

CCS，即二氧化碳捕集與封存，其雛形是20世紀70年代在美國興起的用二氧化碳驅油以提高石油采收率的技術。CCUS，即二氧化碳的捕集、利用與封存，是中國結合本國實際提出的概念，即在CCS基礎上增加了二氧化碳利用的環節。

由于電廠煙氣為低氧工業廢氣，以煤炭為燃料的火力發電廠運行會產生大量含氧4.5%左右的煙氣，其惰性氣體(二氧化碳+氮氣)濃度高達95.5%，是很好的防滅火材料。

據國華電力集團總工程師陳寅彪介紹，60萬千瓦機組產生的煙氣量1.935×106Nm3/h ，按單個工作面注氮量3000m3/h計算，可滿足600個工作面的防滅火使用。由于二氧化碳的強吸附特性，將電廠煙氣注入采空區，煤體能夠吸附大量二氧化碳，可抑制煤自燃的物理吸氧過程，同時還可減少二氧化碳排放量。

“電廠煙氣氣源充足、注入量限制少、注氣成本低廉，是優良的防火惰氣源。理論和實驗研究表明，煙氣中有害氣體成分在煤表面的吸附能力更強。將電廠煙氣注入采空區能夠吸附大量二氧化碳、二氧化硫等，同時抑制煤自燃的物理吸氧過程。”陳寅彪說，“電廠煙氣比氮氣更適用于預防采空區遺煤自燃。將電廠煙氣注入井下用于預防采空區煤炭自燃，可減少因大量制氮造成的能源浪費，為企業節省大量資金。”

《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》明確，加快現役燃煤發電機組超低排放改造步伐;到2020年，全國所有具備改造條件的燃煤電廠力爭實現超低排放。目前，山東、河北、上海、河南四省(直轄市)已將超低排放限值納入地方火電廠排放標準。

國家能源集團于2017年11月完成“基于富氧燃燒的百萬噸級碳捕集燃煤電廠技術研發和系統集成”項目驗收;陜西國華錦界電廠15萬噸/年CCS全流程示范項目，2017年8月獲得科技部重點研發計劃項目立項批復。

世界煤炭協會會長巴菲爾表示，建設健康清潔的燃煤電廠是一項世界性任務，不僅對于煤炭行業很重要，而且對全球的氣候環境都有重要意義。CCUS技術在未來有巨大的潛力，在中國也已經得到較好的發展。

尋找煤化工碳減排路徑

煤化工作為碳排放大戶，是碳減排的重點對象，也是推動中國煤炭清潔高效利用的重要方式。

在我國，現代煤氣化技術向大型化長周期邁進，液化技術向高效化和高端化發展，煤制烯烴、芳烴技術實現多項新的突破。兗礦爐日處理煤3000噸、航天爐日處理煤2000噸、神寧爐日處理煤2200噸;國家能源集團開發超清潔特種油品;中科合成油公司研發了煤炭分級液化工藝;“納米限域催化”創造性地構建了硅化物晶格限域的單鐵中心催化劑，是一項“即將改變世界”的新技術。

據世界煤炭協會技術委員會副主席劉峰介紹，目前，我國煤化工項目示范和升級示范發展已形成一定規模。煤制天然氣產能達到51億立方米/年，煤制油產能達到693萬噸/年，煤(甲醇)制烯烴產能達到1242萬噸/年，煤制乙二醇產能達到270萬噸/年。

對于中國煤化工的發展，國際能源署潔凈煤中心主任明切納認為，如果中國將CCUS提上日程，將給其他國家提供寶貴的經驗。

在劉峰看來，中國能源以煤為基礎的格局短期內難以改變。為了解決碳排放問題，中國正在加快發展碳匯、碳中和、碳捕捉、碳循環利用和碳市場，“煤化工生產過程中的二氧化碳比較集中，純度高便于捕集”。目前，我國正在這方面加大技術研發和資金投入力度，鼓勵CCS和CCUS技術的創新與突破。

除了在煤化工領域發展二氧化碳的捕集、利用與封存技術，我國還在積極探索推進低階煤分質分級利用新模式。相對煤炭直接燃燒，低階煤分級分質利用的優勢是能夠實現物質、能量的梯級利用，提高煤炭利用效率，增加煤炭附加值。對成煤時期晚、揮發分含量高、反應活性高的低階煤，通過熱解、半焦利用、焦油加氫等技術進行分質分級利用，探索形成油、氣、化、電多聯產的新模式，提升煤炭清潔高效利用整體水平。

劉峰建議，鼓勵使用高硫和劣質煤進行化工轉化。高硫煤等劣質煤也是煤炭產品，高硫煤燃燒是導致“酸雨”的禍首，但是通過現代煤化工技術，可以很好地回收和利用其中的硫資源，創造出更高的價值，為高硫煤資源找到很好的利用途徑。

“中國煤化工發展需要走出一條適合中國的化工發展之路。一方面，要加強現代煤化工與煉油產業融合發展，利用煤制油品的特性與清潔性協助煉油產業成品油質量升級，降低煉油成本。”劉峰說，“另一方面，建議設立國家油品產能戰略儲備平衡基金，將煤制油列為保障國家能源安全的戰略儲備產能。”

劉峰表示，在國際油價低于某一節點價格時，增加原油煉化產量，調減煤制油等非常規油品產量，維持基本負荷運轉并進行補貼;當國際油價高于該節點價格時，對煤制油等非常規油品恢復征收燃油稅，并適當壓減原油進口和煉化，利用平衡基金給予一定補貼，這樣既保證相關企業的正常運營，又穩定了國家的燃油能源安全。

仍需探索適合各自國家的方案

在明切納眼中，沒有萬能的氣候變化解決方案。“每個國家都有更適合自己的探索路徑。支持使用更有效的燃煤發電技術是必要的，因為這是減少二氧化碳排放的唯一現實途徑。高效低排潔凈煤技術在商業上是可行的，正在被更多國家特別是中國、德國、日本和韓國所采用。”明切納說。

明切納認為，煤炭必須成為全球能源結構的一部分，因為它是發展中國家實現脫貧，確保電力、工業和化學品/未來燃料生產的可靠能源來源。同時，應該通過提高效率和CCS技術盡可能減少二氧化碳排放。

未來煤炭清潔開采與利用之路是怎樣的?

對于煤炭清潔利用，明切納給出了全球范圍的時間軸——短期內，采用高效低排HELE技術，而不是亞臨界機組的新應用和改造。對所有子系統進行評估并做出改進。根據中長期的規劃，則要建立國際合作和創新機制，引領高效、低環境影響技術發展，將煤的利用過程與有發展前景和改進的CCS技術關聯并結合起來。

我國的CCS技術研究已取得成績，但差距尚存。美國能源部化石能源主任安杰洛斯表示，在CCS技術攻關方面，美國材料探索、合成、工藝設計同步進行。美國國家實驗室、學術界與行業展開合作，西北太平洋實驗室主要負責溶劑研究，勞倫斯伯克利實驗室主要負責材料研究，勞倫斯利弗莫實驗室則負責制造商方面的溝通與探究。同時，美國已經嘗試采用先進的技術處理手段，使用機器人實現快速合成和分析。

在煤炭清潔開采方面，中國礦業大學校長葛世榮大膽假設，未來煤炭開采將實現化學開采。什么是化學開采?即把煤炭燃燒的過程和二氧化碳產生的過程，全部留在地下，打破長期以來煤炭的開采方式。

煤炭化學開采有三種技術：地下氣化、地下熱解和生物溶解。煤炭地下氣化開采利用可控的燃燒技術，將煤炭在地下直接通過燃燒轉化為合成氣。地下煤炭原位熱解開采是將熱量直接導入地下并加熱煤層，使煤炭的固態有機質受熱發生裂解，產生液態和氣態有機質并被抽取至地面進行加工處理。煤炭生物開采原理是讓地下的煤發生分子氧化解聚反應，從而把固體煤還原為有機液體或氣體。

“早在上世紀80年代初，中國礦業大學就提出了‘長通道、大斷面、兩階段’地下氣化工藝。2000年以來，我們又提出了煤炭地下導控氣化化學開采新技術。”葛世榮說，“化學開采是人類未來清潔開發利用煤炭的革命性技術。煤炭地下氣化作為化學開采技術之一，經過100多年的研究，目前已具備規模化工業生產水平。”

目前，煤炭化學開采技術已先后在重慶中梁山、甘肅華亭、貴州盤縣等地進行了產業化示范開發，省去傳統的開采、運輸、洗選等工藝環節，燃油和煤化工成本降低50%以上。預計今年年底，盤江煤電的煤炭地下氣化項目將點火運行。

當然，煤炭清潔開采還離不開數字化與智能化。據了解，西方國家上世紀80年代開始實施井下工作面的無人采礦，目前我國不少礦山尚未實現100%機械化作業。但從總體上看，我國的采礦技術在許多方面已接近或達到國際先進水平。如兗礦集團、黃陵礦業、同煤集團等，依靠兩化融合轉變傳統采礦方式，在礦山工業智能方面持續發力，已取得不小成績。

2016年11月，國土資源部發布《全國礦產資源規劃(2016—2020年)》，明確提出未來5年要大力推進礦業領域科技創新，加快建設數字化、智能化、信息化、自動化礦山，采礦業的智能化建設開始進入新階段。

“智慧礦山是煤炭版的‘工業4.0’，是煤炭行業的‘中國制造2025’，是智能‘工業物聯網(IIOT)’技術在礦山領域的全面應用。”華夏天信智能低碳技術研究院院長高強說，“智能化生產正逐漸成為煤炭行業兩化融合發展核心。智能化生產已不僅限于傳統的智慧礦山建設，而且已延伸到選煤廠、化工廠、煤機制造廠等領域。”