來(lái)源：中國煤炭報

近日，中國工程院院士謝和平在《煤炭學(xué)報》上發(fā)表了題為《碳中和目標下煤炭行業(yè)機遇》的論文。論文分析了美國碳達峰前后現代化進(jìn)程、能源消費、碳排放強度等基本特征和變化規律，提出我國能源優(yōu)化發(fā)展的三大路徑：持續提高能源效率，減少能源消費；大力發(fā)展新能源，優(yōu)化電力結構；增強能源自給能力，保障能源安全。論文研判了我國能源消費格局演變趨勢及不同時(shí)段煤炭消費規模，即我國能源消費格局演變分為三個(gè)階段，煤炭由基礎能源（2021~2030年）、保障能源（2031~2050年）轉向支撐能源（2051~2060年），新能源對應由補充能源、替代能源成為主體能源。論文闡明，即使全面實(shí)現了碳中和，仍需要煤炭作為電力調峰、碳質(zhì)還原劑和保障能源安全的兜底能源；碳中和目標下，我國煤炭行業(yè)將迎來(lái)三大機遇，即實(shí)現煤炭高質(zhì)量發(fā)展的機遇、煤炭升級高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的機遇、煤炭搶占新能源主陣地的機遇。

就此，本報記者對謝和平院士進(jìn)行了專(zhuān)訪(fǎng)。

“雙碳”目標下，我們能源需求總量將呈現怎樣的發(fā)展趨勢？

謝和平：從GDP、產(chǎn)業(yè)結構、就業(yè)結構、城鎮人口占比等經(jīng)濟社會(huì )指標綜合來(lái)看，目前我國現代化程度與美國1950~1970年相當。我國現代化進(jìn)程的持續推進(jìn)仍然需要強勁的能源支撐。除了個(gè)別異常年份外，改革開(kāi)放以來(lái)，我國能源消費彈性系數一直維持在0.5左右，充分顯示了我國經(jīng)濟增長(cháng)與能源消費唇齒相依的關(guān)系。主要發(fā)達國家的歷史經(jīng)驗表明，在工業(yè)化階段和現代化的前期階段，能源消費彈性系數維持在較高水平。按照《國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展第十四個(gè)五年規劃和2035年遠景目標綱要》提出的“到2035年基本實(shí)現社會(huì )主義現代化”的目標，若屆時(shí)人均GDP達到3萬(wàn)美元左右的中等發(fā)達國家水平，我國GDP將增長(cháng)到200萬(wàn)億元以上。即使能源消費彈性系數保持在美國1949~1999年0.31左右的水平，到2035年我國能源需求也將接近60億噸標準煤，單位GDP能耗與美國2019年相當。預計人均GDP達到3萬(wàn)美元后，經(jīng)濟增長(cháng)開(kāi)始與能源消費脫鉤，我國能源消費量先保持穩定而后有所下降，預計到2060年仍保持在55~60億噸標準煤。

“雙碳”目標下，我國能源優(yōu)化發(fā)展有哪些路徑？

謝和平：能源轉型是我國實(shí)現“雙碳”目標的核心所在，但不意味著(zhù)要完全退出煤炭，完全退出化石能源。借鑒美國碳達峰前后的能源消費、碳排放強度等基本特征和變化規律，結合我國能源資源稟賦和經(jīng)濟社會(huì )所處發(fā)展階段，“雙碳”目標下，我國能源發(fā)展將主要有三大路徑。

一是持續提高能源效率，減少能源消費。

美國能源消費碳排放強度在碳達峰前期、碳達峰平臺期下降幅度較小，實(shí)現碳達峰核心是提高能源效率，降低單位GDP能耗，在不大幅度增加能源消費的前提下，支撐經(jīng)濟增長(cháng)。2019年美國單位GDP能耗僅相當于1949年的3.9%。

我國單位GDP能耗自1988年以來(lái)呈現快速下降趨勢，由29.8噸標準煤/萬(wàn)美元降低到2019年的3.4噸標準煤/萬(wàn)美元，降低了88.6%，但仍是世界平均水平的1.4~1.5倍，是美國的2倍。若能達到世界平均水平，每年可少用能13億噸標準煤，減排二氧化碳34億噸，約占2020年我國碳排放量的1/3。因此，提高能源效率，減少能源消費，是我國實(shí)現碳達峰碳中和的最重要途徑。

二是大力發(fā)展新能源，優(yōu)化電力結構。

能源結構優(yōu)化核心是電力結構優(yōu)化。1949~2015年，煤炭一直是美國發(fā)電能源的第一大來(lái)源，從2016年起天然氣成為第一大發(fā)電能源。到2020年，天然氣發(fā)電占比達到40%，可再生能源占21%，核電占19%，燃煤發(fā)電19%，化石能源仍占59%。在碳達峰前期，燃煤發(fā)電在美國的電力結構中占據主導地位，但占比呈下降趨勢，天然氣發(fā)電呈增加趨勢，其他能源發(fā)電占比變化不大。在碳達峰平臺期，燃煤發(fā)電占比呈現下降趨勢，天然氣發(fā)電占比穩步增加，天然氣對煤炭的替代是推動(dòng)美國碳達峰的重要原因。在碳達峰后期，燃煤發(fā)電占比由2009年的45.7%迅速降低到2020年的19.9%，天然氣發(fā)電由2009年的22.1%增加到2020年的39.3%，可再生能源發(fā)電穩步增加了10.5個(gè)百分點(diǎn)。天然氣和可再生能源持續替代煤炭發(fā)電，支撐了美國碳達峰后期碳排放量下降。

近年來(lái)，我國大力發(fā)展新能源技術(shù)，非化石能源發(fā)電在我國電力結構中的占比顯著(zhù)上升，但依然沒(méi)有改變我國以煤電為主的電力結構，2020年我國電力結構中火電發(fā)電量占比大于60%。與美國碳達峰前后電力結構對比，我國電力結構還有很大優(yōu)化空間。然而，我國天然氣增產(chǎn)有限，難以像美國那樣作為發(fā)電的第一大能源?！半p碳”目標下，我國應大力發(fā)展風(fēng)能、太陽(yáng)能、地熱能等可再生能源發(fā)電技術(shù)，逐步提高非化石能源發(fā)電占比，持續優(yōu)化電力結構。

三是增強自給能力，保障能源安全。

能源安全穩定供應是一個(gè)國家強盛的保障和安全的基石，美國制定前瞻性的能源戰略并通過(guò)立法長(cháng)期推進(jìn)“能源獨立”。自1973年尼克松總統提出能源獨立計劃，此后歷屆美國政府均將能源獨立作為能源政策的重要內容。2020年，美國的能源自給率達到103%。

我國油氣對外依存度持續上升，能源安全面臨嚴峻挑戰?；谀茉促Y源稟賦條件，我國不能簡(jiǎn)單復制美國發(fā)展非常規油氣的能源獨立模式，但可借鑒其成功經(jīng)驗。煤炭具備適應我國能源需求變化的開(kāi)發(fā)能力，具有開(kāi)發(fā)利用的成本優(yōu)勢，煤炭清潔高效轉化技術(shù)經(jīng)過(guò)2005年以來(lái)的“技術(shù)示范”“升級示范”已較為成熟，具備短期內形成大規模油氣接續能力的基礎，應當充分發(fā)揮煤炭在平衡能源品種中的作用，推進(jìn)煤炭與油氣和新能源互補耦合發(fā)展，保障我國能源安全。

“雙碳”目標下，我國能源消費格局將如何演變？

謝和平：借鑒美國等西方國家現代化進(jìn)程、能源消費、碳排放強度等基本特征和變化規律，結合我國能源發(fā)展趨勢和相關(guān)政策，預計今后一段時(shí)期我國能源消費格局變化將主要有三個(gè)階段。

第一階段是緩慢過(guò)渡期（2021~2030年）。適應碳達峰的要求，風(fēng)、光等新能源是滿(mǎn)足能源增量需求的主體，規模增長(cháng)速度快，但是由于基數小，在能源消費結構中的占比提高緩慢，逐步由15%向30%靠近，成為補充能源。而由于我國支撐經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的能源需求持續增長(cháng)，新能源增量很難趕上能源需求增量，煤炭消費量保持平穩或略有增長(cháng)，維持在45~35億噸/年，但是煤炭在能源消費中的占比逐步下降到50%左右，由主體能源轉變?yōu)榛A能源。

第二階段是關(guān)鍵過(guò)渡期（2031~2050）。新能源不僅是滿(mǎn)足能源增量需求的主體，并且開(kāi)始替代化石能源，新能源在能源消費中的占比提高到30%~49%，成為替代能源。與此同時(shí)，受碳排放約束，煤炭消費一定程度上被替代，逐步轉變?yōu)殡娏φ{峰、碳質(zhì)還原劑以及保障經(jīng)濟運行的能源平穩安全供應等兜底能源，煤炭消費量下降到35~25億噸/年，由基礎能源轉變?yōu)楸Ｕ夏茉础?/span>

第三階段是過(guò)渡結束期（2050~2060）。隨著(zhù)進(jìn)入碳中和攻堅期，新能源大幅度代替傳統化石能源，新能源在能源消費中的占比提高到50%~80%，成為主體能源。與此同時(shí)，受碳排放約束，煤炭只剩下電力調峰、碳質(zhì)還原劑以及保障能源供應安全等不能被替代的用途，煤炭消費量下降到15~12億噸/年，由保障能源轉變?yōu)橹文茉础?/span>

“雙碳”目標實(shí)現后，我國哪些領(lǐng)域還將需要煤炭？

謝和平：美國在2007年碳達峰后，煤炭年消費長(cháng)期保持在7~10億噸，2018年后才快速下降，到目前為5億噸左右。德國在1990年碳達峰后，煤炭消費多年保持在2億噸左右。日本在2013年碳達峰后，煤炭仍長(cháng)期占能源消費的20%以上。美國、德國、日本發(fā)展歷程表明，即使有可替代煤炭的能源，碳達峰后仍然會(huì )使用煤炭，只是煤炭的用途發(fā)展了變化。鑒于我國能源資源稟賦和經(jīng)濟社會(huì )所處階段，煤炭消費量占比雖下降，但煤炭在能源體系中的“壓艙石”和“穩定器”作用越來(lái)越凸顯。在不考慮CCS/CCUS技術(shù)進(jìn)步緩解煤炭利用碳排放約束的情況下，借鑒發(fā)達國家的發(fā)展歷程，預計我國在2060年完全實(shí)現碳中和后，仍需要煤炭作為電力調峰、碳質(zhì)還原劑以及保障油氣供應安全的兜底能源。

碳中和后仍需要燃煤發(fā)電作為調峰電源平抑電力波動(dòng)。

碳中和目標下，風(fēng)、光等可再生能源發(fā)電成為增量電力供應的主要來(lái)源，煤炭單純作為電力來(lái)源的需求將逐步下降。然而，受氣候、天氣、光照等人為不可控的自然條件影響，可再生能源波動(dòng)性較大，提供的主要是能源量，能源供應和調節能力有限?？稍偕茉创蟊壤尤腚娋W(wǎng)，將給電網(wǎng)的安全穩定運行帶來(lái)嚴峻挑戰，需要燃煤發(fā)電作為調峰電源平抑電力波動(dòng)。

我國2020年燃煤發(fā)電量占比降到60.8%，未來(lái)燃煤發(fā)電在電力結構中占比的下降速度將取決于可再生能源電量對煤電的替代、可再生能源電力對煤電調峰的需求兩個(gè)方面。即使可再生能源最大能力發(fā)展，到2060年實(shí)現碳中和后，煤炭不再單純作為電力來(lái)源，僅作為電力調峰的形式存在，按可再生能源電力調峰需求一半由燃煤發(fā)電來(lái)滿(mǎn)足，我國燃煤發(fā)電裝機規模仍需保持3~4億千瓦，年耗煤量3.9~6.4億噸。

碳中和前后我國鋼鐵生產(chǎn)的碳質(zhì)還原劑還將主要由煤炭提供。

鋼鐵是現代化進(jìn)程中的必需品，煤炭是煉鋼所需碳質(zhì)還原劑的最主要來(lái)源。雖然氫能被寄予厚望，但是目前全球氫冶金技術(shù)尚處于研發(fā)、試驗階段，據預測，到2050年前后高純氫能冶煉鋼鐵可實(shí)現工業(yè)化。我國雖然出臺了一系列政策推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，但政策主要著(zhù)力于交通領(lǐng)域，在工業(yè)領(lǐng)域的應用還處于政策制定和規劃之中。因此，到2060年實(shí)現碳中和前后，我國鋼鐵生產(chǎn)的碳質(zhì)還原劑還將主要由煤炭提供。

自2017年我國推進(jìn)供給側結構性改革及收緊廢鋼進(jìn)口政策，國產(chǎn)廢鋼的利用得到快速發(fā)展，廢鋼煉鋼比由2017年的17.8%，增加到2020年的21.2%，但仍遠低于美國的72.1%和世界平均水平的48.3%。假設未來(lái)40年我國的人均粗鋼表觀(guān)需求量達到美國能源信息署公布的美國1980~2020年的水平，我國廢鋼煉鋼比在2050年前后達到70%~80%后保持穩定，預計到2060年碳中和前后，我國作為碳質(zhì)還原劑的煤炭需求仍將為3.0~3.7億噸。

碳中和后為緩解油氣對外依存度，仍需煤炭保障能源安全。這是我國特有的能源資源稟賦所決定的。

近20年來(lái)，我國油氣消費日益增長(cháng)，油氣進(jìn)口不斷加大，對外依存度逐年提高，2020年已上升到73%和43%，油氣的安全穩定供應已成為我國能源安全的核心問(wèn)題。從能源安全的視角，我們團隊完成了《緩解油氣對外依存度的煤炭作為研究》課題研究，聚類(lèi)歸納出煤炭接續油氣的主要路徑，分析評估了煤炭接續油氣的發(fā)展潛力，預測到2060年緩解油氣對外依存度的煤炭需求將達到4.9~5.2億噸。

綜合測算，到2060年，我國年煤炭需求量為11.8~15.3億噸。

提出挑戰的同時(shí)，“雙碳”目標給煤炭行業(yè)帶來(lái)了哪些機遇？

謝和平：我國曾多次出臺政策措施減少煤炭消費，但效果并不明顯。經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展對煤炭的高強度持續需求，推動(dòng)了煤炭行業(yè)被動(dòng)式超負荷運行?！半p碳”目標促進(jìn)煤炭消費減量，帶動(dòng)煤炭生產(chǎn)強度下降，給煤炭行業(yè)帶來(lái)發(fā)展空間受限的嚴峻挑戰，也為煤炭行業(yè)留出降低發(fā)展速度、提升發(fā)展質(zhì)量的時(shí)間和空間，給煤炭行業(yè)帶來(lái)轉型發(fā)展的機遇。

一是回歸高質(zhì)量發(fā)展的機遇。

煤炭行業(yè)70年負載運行，超負荷生產(chǎn)，為經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展貢獻了925億噸煤炭產(chǎn)品，在支撐經(jīng)濟社會(huì )快速發(fā)展的同時(shí)，也帶來(lái)了一系列嚴重的問(wèn)題。一些煤礦高負荷甚至超能力生產(chǎn)，安全生產(chǎn)事故時(shí)有發(fā)生。井下工程和采空區規模超出地質(zhì)承載力，嚴重破壞了地下水系，造成大面積地表沉陷和植被破壞。

煤炭行業(yè)專(zhuān)家學(xué)者早在20世紀末就提出推進(jìn)煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的愿望。中國工程院院士錢(qián)鳴高等提出煤炭科學(xué)開(kāi)采和建設科學(xué)產(chǎn)能，應該根據地質(zhì)條件、技術(shù)水平建設科學(xué)產(chǎn)能，煤炭產(chǎn)量控制在合理規模。我們團隊也提出涵蓋生產(chǎn)安全度、生產(chǎn)綠色度、生產(chǎn)機械化程度三個(gè)層面的科學(xué)產(chǎn)能評價(jià)指標體系，經(jīng)評價(jià)，2010年全國煤炭生產(chǎn)總量34.28億噸，其中符合科學(xué)產(chǎn)能標準的是10.78億噸，僅占比31%；到2020年，全國煤炭生產(chǎn)總量39億噸，其中符合科學(xué)產(chǎn)能標準的接近30億噸，占比71%。

盡管目前科學(xué)產(chǎn)能的理念已被廣泛接受，但是建設步伐不及預期。碳達峰碳中和目標下，煤炭行業(yè)可放下產(chǎn)量超負荷增長(cháng)的包袱，回歸到合理規模，走自己的高質(zhì)量發(fā)展之路，這為煤炭行業(yè)回歸高端發(fā)展提供了難得機遇。煤炭行業(yè)需要盡快從擴大產(chǎn)能產(chǎn)量追求粗放型效益為第一目標的增量時(shí)代，邁向更加重視生產(chǎn)、加工、儲運、消費全過(guò)程安全性、綠色性、低碳性、經(jīng)濟性的存量時(shí)代，快速提升發(fā)展質(zhì)量。

二是煤炭行業(yè)升級高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的機遇。

2015年以來(lái)，煤炭行業(yè)主動(dòng)提出煤炭革命、自我革命。理念上，推進(jìn)煤炭開(kāi)發(fā)利用一體化、礦井建設與地下空間利用一體化、煤基多元清潔能源協(xié)同開(kāi)發(fā)和煤炭潔凈低碳高效利用。目標和藍圖上，通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新、理念創(chuàng )新實(shí)現零生態(tài)損害的綠色開(kāi)采、零排放的低碳利用，建設多元協(xié)同的清潔能源基地，實(shí)現采掘智能化、井下“無(wú)人化”、地面“無(wú)煤化”，推進(jìn)煤炭成為清潔能源；煤礦成為集合光、風(fēng)、電、熱、氣多元協(xié)同的清潔能源基地；煤炭行業(yè)成為社會(huì )尊重、人才向往的高新技術(shù)行業(yè)。技術(shù)路線(xiàn)上，分智能化無(wú)人開(kāi)采、流體化開(kāi)采、地下空間開(kāi)發(fā)利用、清潔低碳利用四大領(lǐng)域，提出了升級與換代、拓展與變革、引領(lǐng)與顛覆三階段、三層次技術(shù)裝備攻關(guān)清單。攻關(guān)重點(diǎn)上，提出了煤炭資源深部原位流態(tài)化開(kāi)采的定義、內涵、關(guān)鍵詞，系統闡述了深部原位流態(tài)化開(kāi)采構想、基礎理論和關(guān)鍵技術(shù)體系，并給出了核心顛覆性技術(shù)構想。

煤炭革命的理念已獲廣泛認可，大量高校、科研院所已開(kāi)始研究，一些研究團隊取得了一定進(jìn)展，但尚未取得重大突破。深圳大學(xué)提出了一種可適用于現場(chǎng)施工的固體資源流態(tài)化開(kāi)采新方法—迴行開(kāi)采結構及方法，進(jìn)行深部煤炭資源流態(tài)化開(kāi)采時(shí)只需布置一個(gè)水平大巷和一個(gè)流態(tài)化資源井下中轉站，不需要建設用于煤炭提升、運輸的井巷。中國礦業(yè)大學(xué)提出了鉆井式煤與瓦斯物理流態(tài)化同采方法，通過(guò)地面鉆井對突出等煤層實(shí)施高壓射流原位破煤，碎煤顆粒以流態(tài)形式輸運至地面，同時(shí)涌出瓦斯經(jīng)鉆井抽采利用，并將地面固廢材料回填至采煤空穴，實(shí)現近零生態(tài)損害的煤與瓦斯協(xié)同開(kāi)采，顛覆傳統的煤炭井工開(kāi)采模式?！半p碳”目標倒逼煤炭行業(yè)改變過(guò)去幾十年引進(jìn)—消化—吸收—再創(chuàng )新的路徑延續式創(chuàng )新模式，煤炭行業(yè)將迎來(lái)實(shí)現顛覆性創(chuàng )新的機遇，可以集聚優(yōu)勢創(chuàng )新資源，輕裝上陣主攻自主原創(chuàng )的革新技術(shù)及裝備，早日成為高精尖技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

三是搶占新能源主陣地的機遇。

煤炭與可再生能源具有良好的互補性。煤炭的主要利用方式是發(fā)電，可再生能源利用的主要方式也是發(fā)電，燃煤發(fā)電與可再生能源發(fā)電優(yōu)化組合，可充分利用燃煤發(fā)電的穩定性，為可再生能源平抑波動(dòng)提供基底，規避可再生能源發(fā)電的不穩定性；利用可再生能源的碳綜合能力，為燃煤發(fā)電提供碳減排途徑，在很大程度上減輕單純燃煤發(fā)電的碳減排壓力。除了電力外，煤炭與可再生能源在燃燒和化學(xué)轉化方面的耦合，也逐步形成模式，突破了一系列新原理新技術(shù)，為煤炭與可再生能源深度耦合提供了良好基礎。

煤礦區具有發(fā)展可再生能源的先天優(yōu)勢。煤礦區除了豐富的煤炭資源外，還有大量的土地、風(fēng)、光等其他資源。我國目前已有及未來(lái)預計新增的采煤沉陷區面積超過(guò)6萬(wàn)平方千米，可為燃煤發(fā)電和風(fēng)光發(fā)電深度耦合提供土地資源。煤礦井巷落差大，可用于抽水蓄能，為可再生能源調峰。我國煤礦井巷和采空區形成的地下空間大，體積超過(guò)156億立方米，且有不少的殘煤。殘余煤炭二氧化碳吸附能力強，有利于井下碳吸附、碳儲存。此外，井下溫度較高且穩定，可發(fā)展地熱開(kāi)發(fā)利用技術(shù)。過(guò)去很多年，煤炭企業(yè)發(fā)展新能源基礎弱，也沒(méi)有動(dòng)力、決心，碳中和目標倒逼煤炭企業(yè)主動(dòng)發(fā)展新能源，進(jìn)入新能源主陣地?？梢猿浞职l(fā)揮煤礦區優(yōu)勢，以煤電為核心，與太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)電協(xié)同發(fā)展，構建多能互補的清潔能源系統，將煤礦區建設成為地面—井下一體化的風(fēng)、光、電、熱、氣多元協(xié)同的清潔能源基地。

煤炭行業(yè)應把握“雙碳”目標為行業(yè)留出的降低過(guò)去超負荷發(fā)展速度的窗口期，作為提升自身發(fā)展質(zhì)量的時(shí)間和空間，抓住轉型機遇，碳達峰碳中和進(jìn)程也將是煤炭行業(yè)轉型升級乃至顛覆式發(fā)展的過(guò)程。實(shí)現碳中和后，煤炭有望成為精品，雖然產(chǎn)量降低，但價(jià)格回歸到應有的本真價(jià)值，反映地表無(wú)塌陷、生態(tài)無(wú)損傷條件下的綠色低碳煤炭生產(chǎn)完全成本；煤礦有望成為現代化能源供應系統，按需靈活生產(chǎn)煤炭、電力、碳材料等，井下巷道儲能，平抑可再生能源波動(dòng)，煤炭與可再生能源互補，穩定供應清潔能源；煤礦區有望成為零碳/負碳清潔能源生產(chǎn)基地，地下空間碳固化、碳封存，就地處置煤炭利用產(chǎn)生的二氧化碳，地面可再生能源利用，零碳排放，礦區植被形成碳匯，負碳排放；煤炭企業(yè)有望成為清潔能源和高端材料供應商，成為新能源開(kāi)發(fā)的主陣地、煤基高端碳材料的引領(lǐng)者。