日本煤炭工業綜述

翟禹鎵，王 妍

(應急管理部信息研究院，北京市朝陽區，100029)

日本國土面積狹小，自然資源匱乏，除煤炭、天然氣、硫磺等極少量礦產資源外，其他工業生產所需的主要原料、燃料等都需要從海外進口。從20世紀60年代起，日本順應石油替代煤炭的“流體革命”，大量使用廉價的進口石油，關閉了國內煤礦，進口煤量逐步上升，直至2011年東日本大地震后，核電停機，日本煤炭需求量激增。

2018年7月，日本政府公布了最新制定的“第5次能源基本計劃”，根據“3E+S”的指導思想(在“安全”(Security)前提下，首先保證能源穩定供應，通過提高“經濟效益”(Economic Efficiency)實現低成本能源供應，最大限度地追求“環境適宜性”(Environment))，延續2014年“第4次能源基本計劃”的基本框架，即：可再生能源占能源消費總量的22%～24%，核電占20%～22%，火電占56%。

1 經濟社會發展與能源結構

1.1 經濟社會發展

2019年日本GDP為5.154萬億美元。雖然人口僅為1.26億，但日本是世界第五大能源消費國，排名中國、美國、俄羅斯和印度之后，2018年一次能源消費總量約為65.87 Mtce(百萬噸煤當量)，人均一次能源消費高達5.23 tce。

根據已有數據，2005-2018年，日本國內生產總值僅2008年、2009年和2011年是負增長，其余11年雖然有波動，但都是正增長，而同期日本一次能源消費總趨勢是下降的，除個別年份外，基本都是負值。即2005年以來，日本經濟在實現一定增長的同時，能源消費不但沒有增長反而下降。因此，僅從能源消費與經濟社會發展關系來看，自2005年以來，日本經濟社會發展已經邁入了較為理想的狀態[2]，具體見圖1。

圖1 2014-2018年日本經濟增長與能源消費

1.2 能源結構

日本的能源結構是隨國際能源格局的變化以及經濟發展的需要而進行調整和變化的。根據2019年版《世界能源統計評論》[1]的數據，2018年，日本一次能源消費總量為649.4 Mtce，排名世界第5。與2017年相比，2018年日本一次能源消費總量下降157.3 Mtce。

2005年日本能源消費達到峰值，為759.2 Mtce，自此之后直至2018年都沒有超過這一水平，2016年下降到近年來的最低水平，為644.6 Mtce，2017年和2018年有所反彈。2005年和2019年日本的能源消費結構如圖2所示。

圖2 2005年和2019年日本的能源消費結構

日本一次能源消費之所以出現如此結構，主要是受2011年3月11日日本東北太平洋地區里氏9.0級大地震以及福島第一核電站放射性物質泄漏的影響。為此，從2013年起，日本關閉了全部核反應堆，進行強制安全檢查和升級，2013年9月至2015年8月核電在一次能源消費中所占的比重為零。2015年8月至今，日本僅9座核反應堆投入運營，總發電能力為8.7 GW。

一般將2010年視為日本能源消費最正常的一年。2010年，日本能源消費總量為715 Mtce，其中，石油占比40.25%；煤炭占比24.70%；天然氣占比16.99%；核能占比13.22%；水能占比3.83%；可再生能源占比僅為1.02%。

日本能源經濟研究所(IEEJ)預測，2030年日本能源消耗619 Mtce，占世界能源總量的2.6%；2050年為559 Mtce,占世界總量的2%。其中2030年石油消耗215 Mtce，占世界總量的3%，2050年石油消耗164 Mtce，占世界總量的2%。2030年天然氣消耗140 Mtce，占世界總量的1.9%。2030年煤炭消耗160 Mtce，占世界總量的2.6%，2050年煤炭消耗148 Mtce，占世界總量的2.3%。2030年發電量為1 136 TW·h，占世界總量的3.4%，2050年發電量為1 150 TW·h，占世界總量的2.6%。未來隨能源需求的增長，日本能源安全將面臨挑戰。

2 煤炭工業的發展與核電事故

2.1 煤炭生產與煤炭進口

20世紀70年代2次石油危機的發生，迫使日本實施“石油替代政策”，促進能源供給品種的多元化，重新增加煤炭在能源結構中的比重[3]。由于日本國內煤炭生產逐年下降，1989年已降至9.635 Mt，已經無法滿足國內用能，因此日本不得不大量進口煤炭以供給國內的需求。因此，煤炭在一次能源消費中的比重從1973年的15.5%提高到1980年的17%。

日本國內煤炭生產量在1961年達到55.41 Mt歷史最高值后，受“煤炭-石油”能源轉換趨勢的影響，又由于煤炭的價格優勢，到2014年，國內僅生產1.308 Mt煤炭。而進口煤炭量則在1970年超越國內生產量，1988年更是超出100 Mt。此后日本進口煤炭量逐步增加，2010年達到184 Mt，日本國內煤炭產量與進口量的變化見表1。

表1 日本煤炭國內產量與進口量的變化

2011年東日本大地震后，由于核電站停機，日本煤炭需求量激增。2013年日本煤炭進口量進一步增加到192 Mt，主要進口國為澳大利亞(63.43%)、印度尼西亞(19.1%)、俄羅斯(6.43%)和加拿大(5.14%)，中國僅占1.35%[4]。

2.2 核電事故

日本是世界第3核電大國，僅次于美國和法國，高峰時核發電量曾占發電總量的30%。至2010年，日本共有54座核反應堆，總裝機容量為47 GW，核能占日本一次能源消費的13.22%。

2018年，日本一次能源消費結構中，核能所占比重之所以排名最后且僅為2.32%，主要原因是2011年3月11日日本東北太平洋地區發生里氏9.0級大地震，福島第一和第二核電站受到嚴重影響，其中福島第一核電站的放射性物質泄漏到外部，被定為核事故最高分級7級，與切爾諾貝利核事故同級。為此，日本50年來首次關閉了全部核反應堆，進行強制安全檢查和升級，2013年9月至2015年8月核能在一次能源消費中所占的比重為零。2000-2017年日本發電構成如圖3所示。

圖3 2000-2017年日本發電構成

2015年8月和10月，日本鹿兒島縣的仙臺1號和2號反應堆，首批重啟投入運營[5]。自此之后，日本核反應堆陸續重新啟動。2018年，日本有5座核反應堆投入運營。截至目前，日本投入運營的核反應堆共有9座，總發電能力為8.7 GW。

根據2014年4月批準的長期能源規劃，2030年日本核電要占全國總發電量的20%～22%，為此屆時需要25～30座核反應堆投入實際運營。福島核事故后，日本有20座核反應堆永久退役。目前，日本共有35座核反應堆，其中9座在運營，6座得到日本核監管局的初步批準，12座仍在考察中，8座僅僅完成重啟申請。

2.3 核電站關閉對化石燃料發電的影響

2013年9月至2015年8月，由于日本關閉了全部核電站，只能以煤炭、石油和天然氣等化石燃料發電來替代核發電。2010年，化石燃料發電占日本總發電量的比例為62%，2015年上升到82%，2017上升到85.63%。

福島核事故之前，煤電占日本總發電量的23%，2015年增長到31%，2017年增長到33%。日本政府計劃到2030年，煤電占總發電量的比例仍維持在26%的水平。

受核電站關閉影響，天然氣發電在所有化石燃料發電中所占比重增長最快。2010年，天然氣發電占日本總發電量的比例為30%，2015年迅速上升到42%，2017年下降到37%。日本政府計劃到2030年，液化天然氣發電占日本總發電量的比例將達到27%。

2011年大地震之前，由于運營成本高、設備老化和環保壓力大，日本發電企業開始拆除燃油發電站。不過，隨著核電站的關閉，日本部分燃油電站又投入使用。2010年，日本發電用的燃料油和原油消費量為2.38萬t/d，2012年上升到8.03萬t/d，燃油發電占發電總量的比重為18%。隨著那一時期油價的不斷攀升和燃料替代，2015年日本發電用的石油消費量下降到3.67萬t/d，燃油發電占發電總量的比重也下降到9%。

2011-2013年，由于發電用的煤炭和油氣進口量的大幅度增長，加之這一期間石油價格的不斷走高，日本發電企業每年增加300億美元的費用用于支付額外增加的進口化石燃料。

3 煤炭消費及需求預測

3.1 煤炭消費

日本的煤炭消費峰值是2013年達到的，為173.3 Mtce，自此之后逐漸走低，2018年創出煤炭消費的新低，為168.0 Mtce。日本的煤炭消費主要集中在發電領域。依據2019年版《世界能源統計年鑒》，2018年日本的總發電量為1 051.6 TW·h，其中天然氣是最大的發電用能源，占比36.79%；煤炭排第2，為33.02%；可再生能源排第3，為10.66%。2018年日本發電能源構成如圖4所示。

圖4 2018年日本發電用能源構成

2018年，日本90座以上燃煤電廠生產了317 TW·h 的電力。煤電在日本2018年發電量中所占的比重創出了2011年福島核事故以來的新高。2010年，煤電占日本總發電量的25%，核電占29%。

3.2 煤炭需求預測

2011年之前，日本經濟產業省計劃，2030年減少燃煤發電一半以上，由核電替代減少的煤電，核電屆時占日本總發電量的50%。然而，由于福島核事故和隨后核電站的陸續關閉，未來10年，日本發電企業計劃建設20 000 MW燃煤發電能力。

日本政府承諾，2030年二氧化碳排放量將減少26%。因此，發電企業新建燃煤電站，將面臨日本政府環境政策的壓力，并取決于日本二氧化碳減排具體實施的努力程度。此外，與人口中心城市的距離，也決定新的燃煤電站能否開工建設。

當前，日本政府鼓勵發展更加高效的燃煤技術，如超超臨界燃煤電廠，以滿足環保的需要。超超臨界燃煤電廠的二氧化碳排放，比傳統的燃煤電廠要少得多，但仍是天然氣發電排放的近2倍。日本經濟產業省目前計劃到2030年，燃煤發電量中的50%將來源于超超臨界燃煤電廠[6]。

4 煤炭供應戰略與進口

4.1 煤炭供應戰略與規劃

日本能源供應嚴重依賴進口。對于煤炭資源，日本政府主要通過出資、債務擔保、技術實證、技術轉移、收集并提供信息、產煤國共同調查、民間聯合調查等方式，促進煤炭資源供給的多渠道化，確保安定的煤炭供給。從經濟產業省提出預算到底層企業獲得生產權益，每一個實施流程都有日本石油天然氣金屬礦產資源機構(JOGMEC)直接或間接的參與。2018年日本煤炭能源中心(JCOAL)信息戰略部發文提出，日本已解決了煤炭利用過程中產生的 SOx、NOx、 煤塵等地區環境清潔煤技術(CCT)課題。今后將向以煤炭為能源的發展中國家提供環境設備以及普及運行和維護管理技術。在此基礎上，把日本可靠的高效化 CCT推廣到需要增加煤炭使用推動經濟發展的發展中國家。因此日本計劃在外國政府以及相關機構的適當干預下，根據需要開展包括港灣等基礎設施建設以及一攬子發電廠項目。

日本將從保證資源開發人才的觀點出發，通過煤炭、鋼鐵、石灰石等行業橫向聯合，持續推進人才培養工作。另外，由于日本國內資源開發規模縮小，有必要與海外資源開發現場合作培養資源開發人才。在澳大利亞昆士蘭州政府及昆士蘭大學的協助下，利用煤礦以及相關設施對企業年輕人進行培訓。另一方面，CCT 普及對抑制全球二氧化碳排放將發揮重要作用，所以培養掌握和運用 CCT 的人才將成為今后人才培養的主要方向。

4.2 煤炭進口前景

由于國內煤炭生產企業基本全部關閉，日本消費的煤炭幾乎全部依賴進口，進口動力煤滿足發電需求，進口冶金煤用以生產粗鋼。2018年，日本進口了190 Mt左右的煤炭，排名在中國和印度之后，位列世界第三大煤炭進口國。2000-2017年日本煤炭進口量如圖5所示。根據2019版《世界能源統計年鑒》的數據，澳大利亞是日本主要的煤炭進口來源國，2018年向日本出口了116.12 Mt的煤炭，占日本當年煤炭需求的61%。同年，印度尼西亞向日本出口了29.03 Mt煤炭，俄羅斯出口19.05 Mt，美國出口11.79 Mt，加拿大出口8.71 Mt，日本從這4個國家進口的煤炭總計占其煤炭進口量的35%，具體如圖6所示。

圖5 2000-2017年日本煤炭進口量

圖6 2011-2018年日本煤炭進口來源

2018年，美國對日本出口動力煤增長了20%。截至2019年3月底，美國動力煤對日本的出口量比2018年全年增長了38%。

5 低碳綠色發展與煤炭清潔利用

2014年4月，為了應對福島核電站事故，日本政府制定了2030年“第4次能源基本計劃”，目標是到2030年，實現煤炭占整個國家供能的26%、核能占20%～22%、可再生能源占22%～24%、天然氣占27%、石油占3%的能源足額計劃。

根據世界經濟發展、能源環境變化以及節能技術創新等趨勢，2018年7月，日本內閣批準了“第5次能源基本計劃”，作為日本2030年新能源政策和2050年進一步發展的基礎[7]。該計劃遵循“3E+S”原則，即首先保證能源穩定供應，在“安全”的前提下，通過提高經濟效益實現低成本能源供應，最大限度地追求環境適宜性。

5.1 低碳綠色發展

(1)全面實現節能型社會，保障資源安全。促進化石燃料獨立發展，構筑強勁完善的企業體系；通過資源外交等多方面的發展，夯實資源采購環境基礎；通過建立高度靈活和透明的國際貿易市場，改善資源采購條件；促進日本海洋能源和礦產資源的開發。實施以《節能法》為基礎的綜合措施和相關支撐政策。

(2)促進可再生能源的利用。將可再生能源作為主要能源，推進技術研發，克服電網約束保證負荷跟蹤能力及脫碳措施，繼續積極推動可再生能源發展，保證可再生能源有效利用。

(3)重新確立核能政策。努力爭取社會對核能的信任，建立穩定的運行環境，進一步加快福島核電站的恢復重建。

(4)全面建設“氫社會”。建立國際氫氣供應鏈，開發能源載體技術，引進氫氣發電，實現低成本氫氣利用。推進能源體制改革，加大能源系統合理競爭，推動電力、燃氣和熱力改革。

(5)提高國內能源供應網絡的彈性。建立國家儲備、民間儲備、第三方儲備的綜合石油儲備模式，并由過去注重數量向注重機動性轉變。

5.2 煤炭清潔利用技術研發與應用

日本煤炭主要應用于發電、煉鋼等領域。煤炭的利用易造成粉塵、SOx與NOx等區域性大氣污染，也會造成溫室氣體大量排放。清潔煤技術則主要在這些方面為企業提供了煤炭清潔高效利用的方法，可以有效減少對環境的負外部性。

清潔煤技術有很多種，例如煤氣化與煤熱解技術、煤炭液化技術，也有在工程末端的排氣處理技術，而從應用領域進行分類則有煤炭發電技術、煉鋼與焦炭制造技術等。氣化與熱分解技術是煤炭液化與整體煤氣化聯合循環發電系統(IGCC)、聯合煤氣化燃料電池發電系統(IGFC)等技術的基礎。日本擁有一種最新的技術，即煤炭加氫熱分解氣化技術(ECOPRO)，這種技術能夠在高效生成合成氣、降低氧氣使用量的同時減少CO2排放量，并可以使用低階煤(次煙煤和褐煤)。在煤炭液化技術(CTL)方面，日本研發了著名的NEDOL法與褐煤液化方法(BCL)，做到了充分利用低階煤。特別是已實用化的煤制二甲醚(DME)技術更是受到各國關注。在排氣處理技術方面，日本的排煙脫硫裝置早已于1973年開始應用。至今，依靠燃燒粉煤的火力發電廠基本都使用了濕式石灰石—石膏法的脫硫裝置。全球煤炭利用主要有以下2種技術發展方向。

(1)亞臨界(SUB-SC), 超臨界(SC), 超超臨界(USC)直至高級超超臨界(A-USC)發電。當前世界各國應用的技術主要是SC，而日本正在推行USC。USC技術可以較SC提高約5%的發電效率，其熱效率可以達到45.2%的世界最高水平。日本的USC技術早在1993年4月就在中部電力的碧南火力發電所3號機開始商用。根據JCOAL統計，2018年日本的煤炭火力發電廠中USC占比已超過煤炭總發電功率的50%。從20世紀90年代起，日本的燃煤發電效率就一直是世界最高水平，2018年已高達42%。

(2)IGCC和IGFC發電。這兩種技術可以促進使用低階煤中的次煙煤和褐煤，更有助于資源的充分利用。需要提到的是，2013年4月，常磐共同火力株式會社已將IGCC設備開始商用。日本計劃在2030年前后大量推廣IGCC和IGFC，其發電效率達到50%～55%。此外，煤炭與生物燃料混燒發電技術也已經被日本的很多公司使用，如：北陸電力、關西電力和中國電力等。而在煉焦與制鐵、制鋼技術方面，日本研發的面向21世紀的高效生產與環保的超級焦爐(SCOPE21)已經投入生產。據新日鐵公司估計，SCOPE21可以將低階煤的使用率從20%升至50%，氮氧化物的排放減少30%。