上海煤炭流向图及其消费总量控制路线

朱汉雄，潘克西，刘治星

（复旦大学能源研究中心，上海 200433）

0 引言

煤炭消费量可决定上海能源消费总量控制目标的层级，可影响上海空气质量改善的进程，需要对煤炭消费的系统研究，要求方法科学、数据透明、格式一致、结果可比。本文将在全面介绍复旦大学能源研究中心有关“2012年上海煤炭流向与消费总量控制路线图”和“上海煤炭分用途需求量预测（2014年4月）”（简称“SCP201404”）等最新研究成果的基础上，分析新成果与“2010年上海煤炭流向与先进燃煤发电路线图［1］”（简称“SCF2010”）和“上海煤炭分用途需求量预测（2013年9月）”（简称“SCP201309”）预测数据的差异，及其造成这种差异的政策因素和实践内涵，目的是明晰不同阶段上海煤炭消费总量控制的核心任务和战略部署。

1 上海煤炭流向的主要节点与关键数据

上海煤炭流向始于外省市调入和进口，经运输中转（主要指市外的水陆联运、内河与铁路运输）、加工转换（发电、供热、炼焦、制气），止于锅炉窑炉等终端利用设备，具有清晰的、系统的内在联系和数据相关性，如图1所示［2－4］。图1数据来源于复旦大学能源流向与碳排放因子数据库http：／／dvn.fudan.edu.cn／dvn／dv／FDED。

在图1中用纵向线分割、标注出上海煤炭流向的5个主要节点、3个关键年份及其相关数据，具体为原产地调入量、运输中转量、可供消费量、分品种消费量、分用途消费量，以及2015年、2017年和2020年优化情景下的煤炭消费总量控制目标等。图1中2015年、2017年、2020年的消费量为总量控制的优化目标，对应的基本目标为5500、5400、5200万tce，强化目标为5200、5000、4700万tce。

1）原产地调入量 上海煤炭全部由外埠调入，国内为主、进口为辅。2012年上海总计调入煤炭8350.4万t，其中来自山西、内蒙古、陕西、河北、河南、山东以及东北三省等主产地的煤炭累计7348.1万t，占调入总量的88.0%；来自安徽、江苏等邻近省份的煤炭341.0万t，占调入总量的4.1%；进口煤炭为661.3万t，比2010年增长了509.3万t，继续呈现快速增加的态势。

2）运输中转量 煤炭通过水陆联运、铁路和内河运输进入上海，其中水陆联运是最主要的运输方式。2012年经水陆联运进入上海的煤炭累计为8125.5万t。2012年经上海中转调出煤炭2621.3万t，主要去向为江苏、浙江，主要品种为烟煤、褐煤（多为进口之后的中转调出）。

3）可供本地消费量 2012年，可供上海本地消费的煤炭为5701.89万t，《上海能源统计年鉴2013》的消费量为5703.22万t，统计平衡差额为1.30万t。

4）分品种消费量 上海煤炭消费以烟煤为主，用于发电、供热、制气、化工原料和中小锅炉窑炉等分散燃烧；上海炼焦煤全部用于炼焦；无烟煤主要为宝钢高炉喷吹、烧结用煤，来源于河南永城、山西晋城；褐煤全部用于电厂掺烧，近年来消费量快速增加，主要为进口。2012年，消费烟煤4309.0万t、褐煤258.0万t、炼焦煤951.8万t、无烟煤184.4万t。

5）分用途消费量 上海煤炭的主要利用途径为发电（含自备电厂）、供热（发电供热、热电联产供热、集中供热）、分散锅炉窑炉、制煤气、冶金炼焦、宝钢高炉喷吹和化工原料等；主要用煤部门为电力（包括发电和供热用煤）、工商业（除电力、宝钢以外的锅炉窑炉用煤）、冶金（包括炼焦、高炉喷吹、烧结用煤）、化工（化工原料用煤）等。其中，发电、供热、锅炉窑炉为通过燃烧的能源利用，制气为非燃烧的能源利用，炼焦、高炉喷吹、化工原料为非能源利用（见图2）。图2数据来源于复旦大学能源流向与碳排放因子数据库http：／／dvn.fudan.edu.cn／dvn／dv／FDED。

图12012 年上海煤炭流向与消费总量控制路线图（图中数据单位为万t）

2012年上海发电用煤3397.3万t，比2011年减少270.3万t，是近10年来下降幅度最大的一年。这主要是由于外来电的增加速度快于本市电力消费的增长速度，因此压减了本地燃煤机组的发电量。供热用煤322.6万t，其中包括发电供热18.9万t、热电供热231.4万t和集中供热72.1万t。这是由于天然气置换煤气工作的大面积完成，2012年制气用煤依旧维持较低水平，仅为9.2万t。炼焦用煤继续保持长期的递减趋势比2011年再减5.7万t；化工原料用煤比2011年增加21.7万t，上升15.87%。

图22001 —2012年上海煤炭分用途消费量变化趋势图

直接燃烧用煤主要由工商业分散中小锅炉窑炉用煤、宝钢高炉喷吹用煤、宝钢罗泾综合板厂Corex炉用煤、市内配送损失量以及规模以下企业用煤估算量等构成。2012年，直接燃烧用煤合计828.9万t，比2011年下降185.2万t，是近10年来下降量和下降幅度最大的一年。高炉喷吹用煤（包括烧结用煤）由宝钢本部和宝钢不锈钢厂用煤两部分组成，2012年为339.6万t；2012年宝钢Corex炉消耗块煤64.2万t，伴随宝钢罗泾综合板厂2号Corex炉的关停（2012年9月），以后Corex炉的煤炭消费量将归零；工商业分散中小锅炉窑炉消费的洗块煤长期稳定在每年15.0万t左右，消费的原煤由10年前的每年700.0万t左右，逐步减少到2012年的409.5万t。值得指出的是，目前统计在册的中小燃煤锅炉窑炉的煤炭消费量仅约250.0万t，剩余的约150.0万t计作规模以下企业煤炭消费的估算量，准确数据需进一步核实、查证。

2 消费总量控制目标与需求情景分析

2013年9月以来，上海市相继出台了一系列大气污染防治政策，责任清晰、时限明确、行动有力，对未来影响重大。为此，有必要对“SCP201309”中的相关数据进行修正（见表1）。“SCP201309”给出的照常情景是考虑上海煤炭按照2012年以前利用模式和消费趋势惯性发展的情景，正如“SCL2010”所述“不会出现，也不允许出现”。因此，在“SCP201404”中取消了照常情景，并将原来的基准情景微调为规划情景，增设基础情景。

2.1 规划情景

按照《上海市能源发展“十二五”规划》、《上海市电力发展“十二五”规划》、《上海市节能和应对气候变化“十二五”规划》、《上海市环境保护和生态建设“十二五”规划》等政府规划，规划情景以2015年上海煤炭消费总量5800万t为控制目标，并对2017年、2020年煤炭消费总量的负增长进行分项测算。

表1 上海煤炭分用途需求量预测表 万t

随着上海焦化厂、浦东煤气厂的关闭，上海炼焦用煤全部为宝钢的炼焦用煤。按照宝钢的生产计划测算，2015年比2012年削减炼焦用煤约为100万t。根据《上海市钢铁产业“十二五”发展规划》以及宝钢集团的企业规划，2012—2017年将完成钢铁产业结构调整，宝钢在上海地区减少铁产能约580万t，钢产能约660万t（约为目前产能的三分之一），相应减少煤炭消费量约为110万t，主要包括2015年比2012年减少Corex炉用煤64.21万t，2017年削减完毕宝钢不锈钢厂高炉喷吹煤减少42万t。伴随着天然气置换工作的进行，到2015年人工煤气用煤将归零，比2012年削减煤炭消费量约为10万t。2015年上海中小锅炉窑炉的分散燃煤基本削减完毕，累计减量约为280万t。同时按照集中供热锅炉关停计划，到2015年削减供热燃煤约20万t。化工原料用煤全部为华谊集团的煤化工用煤，2012年底华谊集团位于吴泾的4号工程建成，年耗煤量有所增加，预计2015年化工原料用煤为220万t。根据上海的产业结构调整规划，煤化工项目将逐步迁出上海，并且未来将不再新建煤化工项目。因此，今后化工原料用煤量将主要随市场需求波动，2015—2020年按煤化工产能负荷80%测算，预计化工原料用煤量约在200万t。

此外，按照《上海市电力发展“十二五”规划》，预计到2017年新增超超临界煤机360万k W，相应增加电煤约600万t，但实际未予建设。因此，鉴于当前的控煤减量形势，规划情景将不会出现。

2.2 基础情景

基础情景着重考虑上海煤炭消费行业、企业的实际情况。未来，上海将禁止新建除煤炭等量替代发电项目和整体煤气化联合循环发电系统以外的燃煤、用煤设施，电力需求增量主要通过增加外来电和本市现役机组出力等方式满足。同时，鉴于近年来全市电煤平均热值下降，获得同等电量需要消耗更多实物量煤炭的具体情况，预计2015年、2017年发电用煤会在2012年基础上小幅增加。

供热用煤到2017年将削减至200万t，主要是通过进一步关停集中供热机组和小的热电联供机组来实现。强化中小锅炉窑炉等分散燃煤设备的关停、替代力度，到2017年将相关用煤减至80万t。适度控制炼焦用煤，以宝钢现役焦炉产焦率73.5%，焦炭产能553万t，并考虑产量波动，测算到2017年、2020年炼焦用煤分别比规划情景减少30、50万t。化工原料用煤需求属于刚性需求，在产量不出现较大波动的情况下，耗煤量应稳定在200万t左右。

综上，基础情景下2015年、2017年、2020年上海煤炭消费总量将分别比2012年削减200、300、500万t，控制目标比较客观、易于实现。

2.3 优化情景

优化情景考虑到了国家《大气污染防治行动计划》、《上海市清洁空气行动计划》等一系列控制煤炭消费总量、改进煤炭利用方式的政策措施和目标时限，特别是用煤行业承担的源头治理责任。

在中短期内，上海发电用煤控制在3600万t以内。供热用煤到2020年比基础情景再压减100万t，主要为上海石化、金山石化热电联产机组的改造替代减量。通过进一步加强中小锅炉窑炉等分散燃煤和规模以下企业用煤估算量的数据测算和核实，确保2015年、2020年比基础情景再分别压减50、20万t。

与“SCP201309”相比，“SCP201404”着重考虑了规模以下企业煤炭消费的不确定性及其监管的不可达性，分散燃煤不会完全归零；炼焦和高炉喷吹用煤均为宝钢炼铁工艺用煤，由于宝钢炼铁工艺已经达到世界先进水平，在产量不变的前提下，用煤需求较为刚性，因此压减潜力很小。如果宝钢不锈钢厂提前至2015年停产，可减少高炉喷吹用煤约50万t。2020年考虑工艺进步可再减少30万t。相较于“SCP201309”，“SCP201404”着重考虑了宝钢集团上海地区铁产量和烧结矿的增加，以及高炉喷吹用煤的刚性约束。

综上，优化情景下2015年、2017年、2020年上海煤炭消费总量将分别比2012年削减300、500、700万t，控制目标高于现实，但只要政府组织得力、企业响应积极，应当能够实现。

2.4 强化情景

强化情景是在优化情景上的进一步挖潜，以更强的政策决心、更快的行动速度减煤控量。这主要潜力来自电力部门。

1）严格控制电煤消费实物量，将2015年、2017年的电煤消耗量控制在3550万t以下，2020年控制在3500万t以下。

2）强化关闭和改造供热机组的具体措施，2015年比优化情景减少集中供热和热电联产机组用煤约100万t，2017年将再进一步压减至100万t，到2020年全部关闭或改造除发电供热之外的所有燃煤供热机组，主要为高桥石化、金山石化的热电联产机组（目前年耗量约为180万t）。

3）细化分散用煤管理，到2015年基本消除在册中小锅炉窑炉的用煤。设定炼焦煤消费上限，缺口焦炭通过外购弥补。可将化工生产负荷降低至70%，再减少煤耗30万t。

综上，强化情景下2015年、2017年、2020年上海煤炭消费总量将分别比2012年削减500、700、1000万t，控制目标主要源于政府的治污决心，但因涉及众多利益相关方，会导致耗费巨大的社会成本，工作难度极高。

3 发电用煤将成为上海煤炭消费总量控制的最不确定因素

3.1 大量掺烧低热值煤炭的影响

生产相同量的电力，所用煤炭热值越低，消耗的煤炭实物量就会越高，见表2。参照以往年平均发电小时，现役上海燃煤机组年发电量最大可达到938亿k Wh，扣除电厂自用电，年供电量约为900亿k Wh。按2012年市内燃煤电厂平均供电煤耗307g／k Wh计算，应消费电煤2763万tce。但是如果使用不同热值的煤炭，比如采用热值为21.77 MJ／kg（5200 kcal／kg）和19.25 MJ／kg（4600 kcal／kg）的原煤，所消费的煤炭实物量分别为3719万t和4205万t，差额高达486万t。

表2 不同供电煤耗水平下不同热值及原煤耗量

不同于钢铁、化工部门对所用煤炭质量要求严格，发电用煤对质量要求比较松。同时，国家政策也“鼓励低热值煤发电”（《2014年能源工作指导意见》）。一方面由于现代燃烧技术的进步，发电锅炉能够大量掺烧低热值煤；另一方面，伴随发电终端处理设施的不断改造升级，除尘、脱硫、脱硝率分别达到99%、95%、80%以上，将发电燃煤对大气的污染降低到了较低限度，能够满足环保的要求。由于在技术上可行、环保上达标，加大电厂低热值经济性煤种掺烧力度就成为当前发电企业的工作重点和追求利益最大化的主要做法。由此，近年来发电用煤热值快速下降成为必然，2010—2013年上海发电用煤热值变化趋势图见图3。

图32010 —2013年上海发电用煤热值变化趋势

不同于以热量为基准的国际通行方法，我国煤炭一直沿用前苏联20世纪30年代的实物计量方法，导致虚高的煤炭生产量、消费量，由此对当前消费总量的测算、考核也造成极其不利的影响，需要特别关注［5］。

3.2 数学建模能够提高中远期发电用煤估算的准确性

上海的煤炭消费近期主要通过削减分散燃煤来控制总量，中远期主要通过将低效、高污染用煤转向高效发电机组集中清洁利用来控制总量。在优化情景下，上海发电用煤占比将从2012年的不足60%上升至2017年、2020年的70%左右，因此发电用煤估算量的准确性对上海煤炭消费总量估算的准确性影响重大。

在估算电力部门煤炭消费量时，需要综合考虑机组类型、机组容量、机组效率、成本（包括燃料、人力、设备、管理与维护等）、厂用电、电网损失等诸多因素，同时也要考虑电力需求量、资源量（包括土地、能源等）、污染物排放容量等约束条件。数学建模一般都以系统成本最小为目标函数，综合权衡经济、环境、社会成本的基础上，在装机量、发电量、设备服役退役时间、机组类型选择、调度规则（优先顺序／发电占比）等方面进行仿真、模拟，进而提供决策备选方案，直观、动态展示问题的多维度、复杂性，有助于发电用煤估算量准确性的提高。

4 结论

1）上海煤炭消费在2011年出现“饱和点”之后，负增长的态势逐步巩固。2015年之前消费总量控制以削减中小锅炉窑炉等分散燃煤为主；2017年之前的减控难点在于集中供热、热电联产锅炉的关停和替代改造；2020年之前的主要任务在于将分散燃煤集中于电力、钢铁、化工等部门。

2）上海煤炭消费总量在基础情景下，2015年、2017年和2020年比2012年分别削减200、300、500万t，控制目标比较客观、易于实现；在优化情景下，2015年、2017年和2020年比2012年分别削减300、500、700万t，控制目标高于现实，如果政府组织得力、企业响应积极，应当能够实现。

3）借助于现代燃烧技术的进步和终端处理设施的升级，发电企业为追求经济利益最大化，大量掺烧低热值煤，技术上可行、环保上达标，导致近年来发电用煤热值快速下降，需要研究有针对性的消费总量测算、考核办法。

4）我国长期使用的煤炭实物计量方法，导致虚高的生产量、消费量，对当前消费总量的测算、考核造成极其不利的影响，需要特别关注。

5）先进的数学模型能够直观、动态地展示问题的多维度、复杂性，有助于发电用煤估算量准确性的提高。

［1］ 潘克西，朱汉雄，常征，等.上海煤炭流向与先进燃煤发电路线图分析［J］.上海节能，2014（1）：18-24.

［2］ 国家统计局能源统计司.中国能源统计年鉴［M］.北京：中国统计出版社，2012.

［3］ 上海市统计局.上海工业能源交通统计年鉴［M］.上海：上海市统计局，2012.

［4］ 上海市统计局.上海能源统计年鉴［M］.上海，上海市统计局，2012.

［5］ 王庆一.我国煤炭供需应按商品煤计量［J］.煤炭经济研究，2013（7）：32-35.