上海煤炭流向圖及其消費總量控制路線

朱漢雄，潘克西，劉治星

（復旦大學能源研究中心，上海 200433）

0 引言

煤炭消費量可決定上海能源消費總量控制目標的層級，可影響上海空氣質量改善的進程，需要對煤炭消費的系統研究，要求方法科學、數據透明、格式一致、結果可比。本文將在全面介紹復旦大學能源研究中心有關“2012年上海煤炭流向與消費總量控制路線圖”和“上海煤炭分用途需求量預測（2014年4月）”（簡稱“SCP201404”）等最新研究成果的基礎上，分析新成果與“2010年上海煤炭流向與先進燃煤發電路線圖［1］”（簡稱“SCF2010”）和“上海煤炭分用途需求量預測（2013年9月）”（簡稱“SCP201309”）預測數據的差異，及其造成這種差異的政策因素和實踐內涵，目的是明晰不同階段上海煤炭消費總量控制的核心任務和戰略部署。

1 上海煤炭流向的主要節點與關鍵數據

上海煤炭流向始于外省市調入和進口，經運輸中轉（主要指市外的水陸聯運、內河與鐵路運輸）、加工轉換（發電、供熱、煉焦、制氣），止于鍋爐窯爐等終端利用設備，具有清晰的、系統的內在聯系和數據相關性，如圖1所示［2－4］。圖1數據來源于復旦大學能源流向與碳排放因子數據庫http：／／dvn.fudan.edu.cn／dvn／dv／FDED。

在圖1中用縱向線分割、標注出上海煤炭流向的5個主要節點、3個關鍵年份及其相關數據，具體為原產地調入量、運輸中轉量、可供消費量、分品種消費量、分用途消費量，以及2015年、2017年和2020年優化情景下的煤炭消費總量控制目標等。圖1中2015年、2017年、2020年的消費量為總量控制的優化目標，對應的基本目標為5500、5400、5200萬tce，強化目標為5200、5000、4700萬tce。

1）原產地調入量 上海煤炭全部由外埠調入，國內為主、進口為輔。2012年上海總計調入煤炭8350.4萬t，其中來自山西、內蒙古、陜西、河北、河南、山東以及東北三省等主產地的煤炭累計7348.1萬t，占調入總量的88.0%；來自安徽、江蘇等鄰近省份的煤炭341.0萬t，占調入總量的4.1%；進口煤炭為661.3萬t，比2010年增長了509.3萬t，繼續呈現快速增加的態勢。

2）運輸中轉量 煤炭通過水陸聯運、鐵路和內河運輸進入上海，其中水陸聯運是最主要的運輸方式。2012年經水陸聯運進入上海的煤炭累計為8125.5萬t。2012年經上海中轉調出煤炭2621.3萬t，主要去向為江蘇、浙江，主要品種為煙煤、褐煤（多為進口之后的中轉調出）。

3）可供本地消費量 2012年，可供上海本地消費的煤炭為5701.89萬t，《上海能源統計年鑒2013》的消費量為5703.22萬t，統計平衡差額為1.30萬t。

4）分品種消費量 上海煤炭消費以煙煤為主，用于發電、供熱、制氣、化工原料和中小鍋爐窯爐等分散燃燒；上海煉焦煤全部用于煉焦；無煙煤主要為寶鋼高爐噴吹、燒結用煤，來源于河南永城、山西晉城；褐煤全部用于電廠摻燒，近年來消費量快速增加，主要為進口。2012年，消費煙煤4309.0萬t、褐煤258.0萬t、煉焦煤951.8萬t、無煙煤184.4萬t。

5）分用途消費量 上海煤炭的主要利用途徑為發電（含自備電廠）、供熱（發電供熱、熱電聯產供熱、集中供熱）、分散鍋爐窯爐、制煤氣、冶金煉焦、寶鋼高爐噴吹和化工原料等；主要用煤部門為電力（包括發電和供熱用煤）、工商業（除電力、寶鋼以外的鍋爐窯爐用煤）、冶金（包括煉焦、高爐噴吹、燒結用煤）、化工（化工原料用煤）等。其中，發電、供熱、鍋爐窯爐為通過燃燒的能源利用，制氣為非燃燒的能源利用，煉焦、高爐噴吹、化工原料為非能源利用（見圖2）。圖2數據來源于復旦大學能源流向與碳排放因子數據庫http：／／dvn.fudan.edu.cn／dvn／dv／FDED。

圖12012 年上海煤炭流向與消費總量控制路線圖（圖中數據單位為萬t）

2012年上海發電用煤3397.3萬t，比2011年減少270.3萬t，是近10年來下降幅度最大的一年。這主要是由于外來電的增加速度快于本市電力消費的增長速度，因此壓減了本地燃煤機組的發電量。供熱用煤322.6萬t，其中包括發電供熱18.9萬t、熱電供熱231.4萬t和集中供熱72.1萬t。這是由于天然氣置換煤氣工作的大面積完成，2012年制氣用煤依舊維持較低水平，僅為9.2萬t。煉焦用煤繼續保持長期的遞減趨勢比2011年再減5.7萬t；化工原料用煤比2011年增加21.7萬t，上升15.87%。

圖22001 —2012年上海煤炭分用途消費量變化趨勢圖

直接燃燒用煤主要由工商業分散中小鍋爐窯爐用煤、寶鋼高爐噴吹用煤、寶鋼羅涇綜合板廠Corex爐用煤、市內配送損失量以及規模以下企業用煤估算量等構成。2012年，直接燃燒用煤合計828.9萬t，比2011年下降185.2萬t，是近10年來下降量和下降幅度最大的一年。高爐噴吹用煤（包括燒結用煤）由寶鋼本部和寶鋼不銹鋼廠用煤兩部分組成，2012年為339.6萬t；2012年寶鋼Corex爐消耗塊煤64.2萬t，伴隨寶鋼羅涇綜合板廠2號Corex爐的關停（2012年9月），以后Corex爐的煤炭消費量將歸零；工商業分散中小鍋爐窯爐消費的洗塊煤長期穩定在每年15.0萬t左右，消費的原煤由10年前的每年700.0萬t左右，逐步減少到2012年的409.5萬t。值得指出的是，目前統計在冊的中小燃煤鍋爐窯爐的煤炭消費量僅約250.0萬t，剩余的約150.0萬t計作規模以下企業煤炭消費的估算量，準確數據需進一步核實、查證。

2 消費總量控制目標與需求情景分析

2013年9月以來，上海市相繼出臺了一系列大氣污染防治政策，責任清晰、時限明確、行動有力，對未來影響重大。為此，有必要對“SCP201309”中的相關數據進行修正（見表1）。“SCP201309”給出的照常情景是考慮上海煤炭按照2012年以前利用模式和消費趨勢慣性發展的情景，正如“SCL2010”所述“不會出現，也不允許出現”。因此，在“SCP201404”中取消了照常情景，并將原來的基準情景微調為規劃情景，增設基礎情景。

2.1 規劃情景

按照《上海市能源發展“十二五”規劃》、《上海市電力發展“十二五”規劃》、《上海市節能和應對氣候變化“十二五”規劃》、《上海市環境保護和生態建設“十二五”規劃》等政府規劃，規劃情景以2015年上海煤炭消費總量5800萬t為控制目標，并對2017年、2020年煤炭消費總量的負增長進行分項測算。

表1 上海煤炭分用途需求量預測表 萬t

隨著上海焦化廠、浦東煤氣廠的關閉，上海煉焦用煤全部為寶鋼的煉焦用煤。按照寶鋼的生產計劃測算，2015年比2012年削減煉焦用煤約為100萬t。根據《上海市鋼鐵產業“十二五”發展規劃》以及寶鋼集團的企業規劃，2012—2017年將完成鋼鐵產業結構調整，寶鋼在上海地區減少鐵產能約580萬t，鋼產能約660萬t（約為目前產能的三分之一），相應減少煤炭消費量約為110萬t，主要包括2015年比2012年減少Corex爐用煤64.21萬t，2017年削減完畢寶鋼不銹鋼廠高爐噴吹煤減少42萬t。伴隨著天然氣置換工作的進行，到2015年人工煤氣用煤將歸零，比2012年削減煤炭消費量約為10萬t。2015年上海中小鍋爐窯爐的分散燃煤基本削減完畢，累計減量約為280萬t。同時按照集中供熱鍋爐關停計劃，到2015年削減供熱燃煤約20萬t。化工原料用煤全部為華誼集團的煤化工用煤，2012年底華誼集團位于吳涇的4號工程建成，年耗煤量有所增加，預計2015年化工原料用煤為220萬t。根據上海的產業結構調整規劃，煤化工項目將逐步遷出上海，并且未來將不再新建煤化工項目。因此，今后化工原料用煤量將主要隨市場需求波動，2015—2020年按煤化工產能負荷80%測算，預計化工原料用煤量約在200萬t。

此外，按照《上海市電力發展“十二五”規劃》，預計到2017年新增超超臨界煤機360萬k W，相應增加電煤約600萬t，但實際未予建設。因此，鑒于當前的控煤減量形勢，規劃情景將不會出現。

2.2 基礎情景

基礎情景著重考慮上海煤炭消費行業、企業的實際情況。未來，上海將禁止新建除煤炭等量替代發電項目和整體煤氣化聯合循環發電系統以外的燃煤、用煤設施，電力需求增量主要通過增加外來電和本市現役機組出力等方式滿足。同時，鑒于近年來全市電煤平均熱值下降，獲得同等電量需要消耗更多實物量煤炭的具體情況，預計2015年、2017年發電用煤會在2012年基礎上小幅增加。

供熱用煤到2017年將削減至200萬t，主要是通過進一步關停集中供熱機組和小的熱電聯供機組來實現。強化中小鍋爐窯爐等分散燃煤設備的關停、替代力度，到2017年將相關用煤減至80萬t。適度控制煉焦用煤，以寶鋼現役焦爐產焦率73.5%，焦炭產能553萬t，并考慮產量波動，測算到2017年、2020年煉焦用煤分別比規劃情景減少30、50萬t。化工原料用煤需求屬于剛性需求，在產量不出現較大波動的情況下，耗煤量應穩定在200萬t左右。

綜上，基礎情景下2015年、2017年、2020年上海煤炭消費總量將分別比2012年削減200、300、500萬t，控制目標比較客觀、易于實現。

2.3 優化情景

優化情景考慮到了國家《大氣污染防治行動計劃》、《上海市清潔空氣行動計劃》等一系列控制煤炭消費總量、改進煤炭利用方式的政策措施和目標時限，特別是用煤行業承擔的源頭治理責任。

在中短期內，上海發電用煤控制在3600萬t以內。供熱用煤到2020年比基礎情景再壓減100萬t，主要為上海石化、金山石化熱電聯產機組的改造替代減量。通過進一步加強中小鍋爐窯爐等分散燃煤和規模以下企業用煤估算量的數據測算和核實，確保2015年、2020年比基礎情景再分別壓減50、20萬t。

與“SCP201309”相比，“SCP201404”著重考慮了規模以下企業煤炭消費的不確定性及其監管的不可達性，分散燃煤不會完全歸零；煉焦和高爐噴吹用煤均為寶鋼煉鐵工藝用煤，由于寶鋼煉鐵工藝已經達到世界先進水平，在產量不變的前提下，用煤需求較為剛性，因此壓減潛力很小。如果寶鋼不銹鋼廠提前至2015年停產，可減少高爐噴吹用煤約50萬t。2020年考慮工藝進步可再減少30萬t。相較于“SCP201309”，“SCP201404”著重考慮了寶鋼集團上海地區鐵產量和燒結礦的增加，以及高爐噴吹用煤的剛性約束。

綜上，優化情景下2015年、2017年、2020年上海煤炭消費總量將分別比2012年削減300、500、700萬t，控制目標高于現實，但只要政府組織得力、企業響應積極，應當能夠實現。

2.4 強化情景

強化情景是在優化情景上的進一步挖潛，以更強的政策決心、更快的行動速度減煤控量。這主要潛力來自電力部門。

1）嚴格控制電煤消費實物量，將2015年、2017年的電煤消耗量控制在3550萬t以下，2020年控制在3500萬t以下。

2）強化關閉和改造供熱機組的具體措施，2015年比優化情景減少集中供熱和熱電聯產機組用煤約100萬t，2017年將再進一步壓減至100萬t，到2020年全部關閉或改造除發電供熱之外的所有燃煤供熱機組，主要為高橋石化、金山石化的熱電聯產機組（目前年耗量約為180萬t）。

3）細化分散用煤管理，到2015年基本消除在冊中小鍋爐窯爐的用煤。設定煉焦煤消費上限，缺口焦炭通過外購彌補。可將化工生產負荷降低至70%，再減少煤耗30萬t。

綜上，強化情景下2015年、2017年、2020年上海煤炭消費總量將分別比2012年削減500、700、1000萬t，控制目標主要源于政府的治污決心，但因涉及眾多利益相關方，會導致耗費巨大的社會成本，工作難度極高。

3 發電用煤將成為上海煤炭消費總量控制的最不確定因素

3.1 大量摻燒低熱值煤炭的影響

生產相同量的電力，所用煤炭熱值越低，消耗的煤炭實物量就會越高，見表2。參照以往年平均發電小時，現役上海燃煤機組年發電量最大可達到938億k Wh，扣除電廠自用電，年供電量約為900億k Wh。按2012年市內燃煤電廠平均供電煤耗307g／k Wh計算，應消費電煤2763萬tce。但是如果使用不同熱值的煤炭，比如采用熱值為21.77 MJ／kg（5200 kcal／kg）和19.25 MJ／kg（4600 kcal／kg）的原煤，所消費的煤炭實物量分別為3719萬t和4205萬t，差額高達486萬t。

表2 不同供電煤耗水平下不同熱值及原煤耗量

不同于鋼鐵、化工部門對所用煤炭質量要求嚴格，發電用煤對質量要求比較松。同時，國家政策也“鼓勵低熱值煤發電”（《2014年能源工作指導意見》）。一方面由于現代燃燒技術的進步，發電鍋爐能夠大量摻燒低熱值煤；另一方面，伴隨發電終端處理設施的不斷改造升級，除塵、脫硫、脫硝率分別達到99%、95%、80%以上，將發電燃煤對大氣的污染降低到了較低限度，能夠滿足環保的要求。由于在技術上可行、環保上達標，加大電廠低熱值經濟性煤種摻燒力度就成為當前發電企業的工作重點和追求利益最大化的主要做法。由此，近年來發電用煤熱值快速下降成為必然，2010—2013年上海發電用煤熱值變化趨勢圖見圖3。

圖32010 —2013年上海發電用煤熱值變化趨勢

不同于以熱量為基準的國際通行方法，我國煤炭一直沿用前蘇聯20世紀30年代的實物計量方法，導致虛高的煤炭生產量、消費量，由此對當前消費總量的測算、考核也造成極其不利的影響，需要特別關注［5］。

3.2 數學建模能夠提高中遠期發電用煤估算的準確性

上海的煤炭消費近期主要通過削減分散燃煤來控制總量，中遠期主要通過將低效、高污染用煤轉向高效發電機組集中清潔利用來控制總量。在優化情景下，上海發電用煤占比將從2012年的不足60%上升至2017年、2020年的70%左右，因此發電用煤估算量的準確性對上海煤炭消費總量估算的準確性影響重大。

在估算電力部門煤炭消費量時，需要綜合考慮機組類型、機組容量、機組效率、成本（包括燃料、人力、設備、管理與維護等）、廠用電、電網損失等諸多因素，同時也要考慮電力需求量、資源量（包括土地、能源等）、污染物排放容量等約束條件。數學建模一般都以系統成本最小為目標函數，綜合權衡經濟、環境、社會成本的基礎上，在裝機量、發電量、設備服役退役時間、機組類型選擇、調度規則（優先順序／發電占比）等方面進行仿真、模擬，進而提供決策備選方案，直觀、動態展示問題的多維度、復雜性，有助于發電用煤估算量準確性的提高。

4 結論

1）上海煤炭消費在2011年出現“飽和點”之后，負增長的態勢逐步鞏固。2015年之前消費總量控制以削減中小鍋爐窯爐等分散燃煤為主；2017年之前的減控難點在于集中供熱、熱電聯產鍋爐的關停和替代改造；2020年之前的主要任務在于將分散燃煤集中于電力、鋼鐵、化工等部門。

2）上海煤炭消費總量在基礎情景下，2015年、2017年和2020年比2012年分別削減200、300、500萬t，控制目標比較客觀、易于實現；在優化情景下，2015年、2017年和2020年比2012年分別削減300、500、700萬t，控制目標高于現實，如果政府組織得力、企業響應積極，應當能夠實現。

3）借助于現代燃燒技術的進步和終端處理設施的升級，發電企業為追求經濟利益最大化，大量摻燒低熱值煤，技術上可行、環保上達標，導致近年來發電用煤熱值快速下降，需要研究有針對性的消費總量測算、考核辦法。

4）我國長期使用的煤炭實物計量方法，導致虛高的生產量、消費量，對當前消費總量的測算、考核造成極其不利的影響，需要特別關注。

5）先進的數學模型能夠直觀、動態地展示問題的多維度、復雜性，有助于發電用煤估算量準確性的提高。

［1］ 潘克西，朱漢雄，常征，等.上海煤炭流向與先進燃煤發電路線圖分析［J］.上海節能，2014（1）：18-24.

［2］ 國家統計局能源統計司.中國能源統計年鑒［M］.北京：中國統計出版社，2012.

［3］ 上海市統計局.上海工業能源交通統計年鑒［M］.上海：上海市統計局，2012.

［4］ 上海市統計局.上海能源統計年鑒［M］.上海，上海市統計局，2012.

［5］ 王慶一.我國煤炭供需應按商品煤計量［J］.煤炭經濟研究，2013（7）：32-35.