我國煤炭供需結構體系建立及節能環保問題探討

丁 華，武琳琳，張 景

(1.煤炭科學技術研究院有限公司 煤化工分院，北京 100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013)

0 引 言

我國能源的發展面臨諸多挑戰，近年來我國能源消費結構持續優化，清潔能源消費比重不斷提升，煤炭消費占能源消費比重持續下降，核電和可再生能源迅速發展。盡管如此，煤炭仍是我國的主體能源。通過對我國的煤炭供需及煤炭進出口現狀進行分析，研究我國煤炭生產、煤炭轉換系統和煤炭消費結構關系，以構建我國煤炭供需結構體系，并針對煤炭轉化過程中存在的相關問題進行探討。

1 中國煤炭供需現狀

由一次能源生產結構可知，我國油氣資源短缺、煤炭資源相對豐富。我國煤炭資源儲量位居世界第三，探明煤炭資源儲量占化石能源的比重達94%，煤炭資源約占我國一次能源消費量的58%[1,2]，而該消費現狀短期內很難改變。2019年我國原煤產量約為38.5億t，相比2018年增幅4.0%；2019年全國煤炭消費量同比增長1%。2000年至2019年中國煤炭產量和消費量變化情況如圖1和圖2所示。

圖1 中國原煤產量(2000～2019年)Fig.1 Raw coal production in China(from 2000 to 2019)

圖2 中國煤炭消費量(2000～2019年)Fig.2 Coal consumption in China(from 2000 to 2019)

近年來，我國經濟呈現快速增長態勢，煤炭的生產和消費總量也明顯呈上升趨勢，我國已成為世界上最大的煤炭生產國和消費國。煤炭作為我國重要的基礎能源，在國民經濟發展中占有重要的戰略地位，但煤炭供需結構性矛盾不可忽視[3-5]。

另外，煤炭作為重要的工業基礎產業，在保障國家安全中的作用不可替代，與下游火電、鋼鐵、建材和煤化工行業有較高的關聯度[6-8]，該四大行業對煤炭的需求量合計約占80%。其中，火電行業占煤炭消費的52%；建材行業占煤炭消費的12%，主要包括水泥、玻璃等產品；鋼鐵消費約占煤炭消費的11%；化工行業約占煤炭消費的4%，產品主要以合成氨為代表。

2 煤炭進出口情況

作為煤炭生產大國，煤炭自產為國內消費提供了充分保障，而煤炭進口為國內消費提供補充。2000年以來中國煤炭進出口數據如圖3所示，2003～2008年期間，煤炭進出口量有明顯的波動，2009年后快速增長，2009年突破1億t，中國煤炭進口量首次超過出口量，2011年成為全球最大的煤炭進口國。2019年全國煤炭進口2.997億t，同比增長6.3%，出口602.5萬t，同比增長22%，凈進口2.94億t，同比增長6.3%。

圖3 中國原煤進出口Fig.3 Coal import and export of China

2019年中國進口煤炭來源如圖4所示，煤炭進口主要來自印度尼西亞、澳大利亞、蒙古國、俄羅斯和菲律賓。其中，印度尼西亞為中國煤炭最大進口國，進口量13 760萬t(同比增9.6%)，占全國煤炭進口量的41.8%；澳大利亞為第二大進口國，進口量7 696萬t(同比降4.9%)，占全國煤炭進口量的23.4%；蒙古為第三大進口國，進口量3 621萬t(同比降0.1%)，占全國煤炭進口量的11.0%；俄羅斯為第四大進口國，進口量3 224萬t(同比增17.9%)，占中國煤炭進口量的9.8%。

圖4 2019年中國進口煤炭來源Fig.4 The sources of China’s imported coal in 2019

2019年中國進口煤炭種類構成如圖5所示。2019年中國進口煤炭分煤種中，31%為褐煤、35%為動力用煙煤、23%為煉焦煤、2%為無煙煤。

3 煤炭供需結構體系構建

煤炭經過煤加工轉化系統、燃煤電站、燃煤熱電聯供系統、燃煤工業鍋爐和煤化工系統等轉換成二次能源。二次能源包括煤炭及其煤制品、熱力、電力、各類天然氣產品、石油制品和氫能等新能源。由煤炭產生的二次能源追溯至消費終端，其主要包括工業能源消費、交通能源消費和建筑能源消費。工業能源消費包括非金屬礦物制品業、化學原料及化學制品制造和機械制造業等；交通能源消費包括鐵路、汽車、航運等；建筑能源消費包括建材、既有建筑電力、既有建筑熱力等。根據煤炭生產、供給與消費結構的關系，初步構建煤炭供需結構體系，其煤炭生產與消費結構如圖6所示。

圖5 2019年中國進口煤炭種類構成圖Fig.5 Species compositions of China’s imported coal in 2019

圖6 煤炭生產與消費結構圖Fig.6 The structure of coal production and consumption

4 煤炭加工轉化過程中的節能環保問題

4.1 煤加工轉換系統

煤炭作為一次能源經過轉換系統可得到焦炭、洗精煤、型煤、噴吹煤等二次能源。而焦炭生產過程對環境影響較大，主要是廢水的排放。焦化廢水的主要來源包括焦化、氣體凈化和化學產品精煉過程，蒸汽中產生的含氨廢水是廢水主要來源[9-11]。

煤炭經洗選加工后可得到質量更高的精煤產品，此外還可有效去除煤炭產品中的雜質，減少煤炭在后續燃燒過程中的污染物釋放。2019年全國原煤入洗率已達73.2%。

洗煤行業由于運輸量大、產能大，存在生活廢水散排、揚塵污染嚴重、部分污染物排放超標和洗矸堆存占用大量土地等較多環境問題[12]。另外，型煤加工過程產生的粉塵也不容忽視。

4.2 燃煤工業鍋爐與電站及燃煤熱電聯供系統

現階段發達國家燃煤工業鍋爐能效水平普遍約在80%～85%，我國燃煤工業鍋爐的整體能效水平普遍偏低，基本處于60%～65%范圍且煤的消耗量較高。此外，我國燃煤工業鍋爐的運行排放了大量的污染物，年排放600余萬t SO2、200余萬t煙塵以及大量的氮氧化物[13]。

我國一次能源結構決定了發電以煤電為主的基本格局，我國目前已建成全球最清潔高效的煤電體系，80%的煤電機組實現超低排放，供電煤耗處于世界先進水平，整體而言，發電效率和清潔化已成為煤電的優勢。但煤電行業仍受低碳的制約，污染物排放總量有待進一步降低。當前國內火力發電行業需解決的兩大突出問題為高能耗和嚴重的環境污染。目前影響燃煤電廠效率主要受參數容量以及負荷率影響，另外煤質波動也會影響燃煤電廠效率。

4.3 煤化工系統

我國煤化工產業在快速發展的同時，也存在一系列亟需解決的矛盾和問題，主要包括水資源約束問題、環保問題、能效問題等。

煤化工企業高耗水問題已成為限制行業可持續發展的重要影響因素，我國典型煤化工裝置單位產品水耗分別如下:煤制烯烴單位產品水耗約為27.2 t；煤制天然氣單位產品水耗居中，約為8.1 t；煤制油包括煤直接液化和新建煤間接液化單位產品，其水耗分別約為5.8 t和6.1 t[14]。目前我國西部地區水資源短缺現象嚴重，難以承載過多煤化工項目。關于煤化工取水定額相關標準，已頒布實施的國標包括GB/T 18916.33—2018《取水定額 第33部分:煤間接液化》、GB/T 18916.34—2018《取水定額 第34部分:煤直接液化》、GB/T 18916.35—2018《取水定額 第33部分:煤制甲醇》、GB/T 18916.36—2018《取水定額 第33部分:煤制乙二醇》、GB/T 37759—2019《節水型企業 現代煤化工行業》。但部分標準的實施效果較差，存在監督檢查體系和體制不健全的問題。

環保方面主要包括廢氣污染、廢水污染、廢渣污染3個方面的綜合治理。我國中西部富煤地區生態環境較脆弱，大量的污染排放將會造成嚴重的環境影響。

能效方面，近幾年現代煤化工項目在優化工藝流程基礎上通過不斷完善和優化，能源利用水平持續提高。2013年以來，已經頒布多項煤化工能耗限額系列國家標準[15]，包括GB 29436.1-2012《甲醇單位產品能源消耗限額 第1部分：煤制甲醇》、GB 30179-2013 《煤制天然氣單位產品能源消耗限額》、GB 30180-2013《煤制烯烴單位產品能源消耗限額》等。標準實施近7年，目前上述標準正依據產業發展情況進行修訂。

5 結 論

(1)2009年以前中國是煤炭凈出口國，進口量增長緩慢，2009年中國煤炭進口量首次超過出口量，2011年我國成為全球最大的煤炭進口國。2019年原煤產量同比增長4%，煤炭消費量同比增長1%。印度尼西亞為2019年中國煤炭最大進口國。從2019年進口煤種分析，其大多數為動力煤。

(2)通過梳理中國煤炭生產和供給結構體系，確定了中國煤炭生產和消費結構圖框架。

(3)我國未來的能源消費結構將依然以煤炭為主，面對煤炭轉化系統、燃煤工業鍋爐、燃煤電站及煤化工系統存在的環保問題尤為嚴重的現狀，應積極采取環境污染防治措施，實現煤炭生產和消費的高質量發展。