我国煤炭供需结构体系建立及节能环保问题探讨

丁 华，武琳琳，张 景

(1.煤炭科学技术研究院有限公司 煤化工分院，北京 100013；2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京 100013)

0 引 言

我国能源的发展面临诸多挑战，近年来我国能源消费结构持续优化，清洁能源消费比重不断提升，煤炭消费占能源消费比重持续下降，核电和可再生能源迅速发展。尽管如此，煤炭仍是我国的主体能源。通过对我国的煤炭供需及煤炭进出口现状进行分析，研究我国煤炭生产、煤炭转换系统和煤炭消费结构关系，以构建我国煤炭供需结构体系，并针对煤炭转化过程中存在的相关问题进行探讨。

1 中国煤炭供需现状

由一次能源生产结构可知，我国油气资源短缺、煤炭资源相对丰富。我国煤炭资源储量位居世界第三，探明煤炭资源储量占化石能源的比重达94%，煤炭资源约占我国一次能源消费量的58%[1,2]，而该消费现状短期内很难改变。2019年我国原煤产量约为38.5亿t，相比2018年增幅4.0%；2019年全国煤炭消费量同比增长1%。2000年至2019年中国煤炭产量和消费量变化情况如图1和图2所示。

图1 中国原煤产量(2000～2019年)Fig.1 Raw coal production in China(from 2000 to 2019)

图2 中国煤炭消费量(2000～2019年)Fig.2 Coal consumption in China(from 2000 to 2019)

近年来，我国经济呈现快速增长态势，煤炭的生产和消费总量也明显呈上升趋势，我国已成为世界上最大的煤炭生产国和消费国。煤炭作为我国重要的基础能源，在国民经济发展中占有重要的战略地位，但煤炭供需结构性矛盾不可忽视[3-5]。

另外，煤炭作为重要的工业基础产业，在保障国家安全中的作用不可替代，与下游火电、钢铁、建材和煤化工行业有较高的关联度[6-8]，该四大行业对煤炭的需求量合计约占80%。其中，火电行业占煤炭消费的52%；建材行业占煤炭消费的12%，主要包括水泥、玻璃等产品；钢铁消费约占煤炭消费的11%；化工行业约占煤炭消费的4%，产品主要以合成氨为代表。

2 煤炭进出口情况

作为煤炭生产大国，煤炭自产为国内消费提供了充分保障，而煤炭进口为国内消费提供补充。2000年以来中国煤炭进出口数据如图3所示，2003～2008年期间，煤炭进出口量有明显的波动，2009年后快速增长，2009年突破1亿t，中国煤炭进口量首次超过出口量，2011年成为全球最大的煤炭进口国。2019年全国煤炭进口2.997亿t，同比增长6.3%，出口602.5万t，同比增长22%，净进口2.94亿t，同比增长6.3%。

图3 中国原煤进出口Fig.3 Coal import and export of China

2019年中国进口煤炭来源如图4所示，煤炭进口主要来自印度尼西亚、澳大利亚、蒙古国、俄罗斯和菲律宾。其中，印度尼西亚为中国煤炭最大进口国，进口量13 760万t(同比增9.6%)，占全国煤炭进口量的41.8%；澳大利亚为第二大进口国，进口量7 696万t(同比降4.9%)，占全国煤炭进口量的23.4%；蒙古为第三大进口国，进口量3 621万t(同比降0.1%)，占全国煤炭进口量的11.0%；俄罗斯为第四大进口国，进口量3 224万t(同比增17.9%)，占中国煤炭进口量的9.8%。

图4 2019年中国进口煤炭来源Fig.4 The sources of China’s imported coal in 2019

2019年中国进口煤炭种类构成如图5所示。2019年中国进口煤炭分煤种中，31%为褐煤、35%为动力用烟煤、23%为炼焦煤、2%为无烟煤。

3 煤炭供需结构体系构建

煤炭经过煤加工转化系统、燃煤电站、燃煤热电联供系统、燃煤工业锅炉和煤化工系统等转换成二次能源。二次能源包括煤炭及其煤制品、热力、电力、各类天然气产品、石油制品和氢能等新能源。由煤炭产生的二次能源追溯至消费终端，其主要包括工业能源消费、交通能源消费和建筑能源消费。工业能源消费包括非金属矿物制品业、化学原料及化学制品制造和机械制造业等；交通能源消费包括铁路、汽车、航运等；建筑能源消费包括建材、既有建筑电力、既有建筑热力等。根据煤炭生产、供给与消费结构的关系，初步构建煤炭供需结构体系，其煤炭生产与消费结构如图6所示。

图5 2019年中国进口煤炭种类构成图Fig.5 Species compositions of China’s imported coal in 2019

图6 煤炭生产与消费结构图Fig.6 The structure of coal production and consumption

4 煤炭加工转化过程中的节能环保问题

4.1 煤加工转换系统

煤炭作为一次能源经过转换系统可得到焦炭、洗精煤、型煤、喷吹煤等二次能源。而焦炭生产过程对环境影响较大，主要是废水的排放。焦化废水的主要来源包括焦化、气体净化和化学产品精炼过程，蒸汽中产生的含氨废水是废水主要来源[9-11]。

煤炭经洗选加工后可得到质量更高的精煤产品，此外还可有效去除煤炭产品中的杂质，减少煤炭在后续燃烧过程中的污染物释放。2019年全国原煤入洗率已达73.2%。

洗煤行业由于运输量大、产能大，存在生活废水散排、扬尘污染严重、部分污染物排放超标和洗矸堆存占用大量土地等较多环境问题[12]。另外，型煤加工过程产生的粉尘也不容忽视。

4.2 燃煤工业锅炉与电站及燃煤热电联供系统

现阶段发达国家燃煤工业锅炉能效水平普遍约在80%～85%，我国燃煤工业锅炉的整体能效水平普遍偏低，基本处于60%～65%范围且煤的消耗量较高。此外，我国燃煤工业锅炉的运行排放了大量的污染物，年排放600余万t SO2、200余万t烟尘以及大量的氮氧化物[13]。

我国一次能源结构决定了发电以煤电为主的基本格局，我国目前已建成全球最清洁高效的煤电体系，80%的煤电机组实现超低排放，供电煤耗处于世界先进水平，整体而言，发电效率和清洁化已成为煤电的优势。但煤电行业仍受低碳的制约，污染物排放总量有待进一步降低。当前国内火力发电行业需解决的两大突出问题为高能耗和严重的环境污染。目前影响燃煤电厂效率主要受参数容量以及负荷率影响，另外煤质波动也会影响燃煤电厂效率。

4.3 煤化工系统

我国煤化工产业在快速发展的同时，也存在一系列亟需解决的矛盾和问题，主要包括水资源约束问题、环保问题、能效问题等。

煤化工企业高耗水问题已成为限制行业可持续发展的重要影响因素，我国典型煤化工装置单位产品水耗分别如下:煤制烯烃单位产品水耗约为27.2 t；煤制天然气单位产品水耗居中，约为8.1 t；煤制油包括煤直接液化和新建煤间接液化单位产品，其水耗分别约为5.8 t和6.1 t[14]。目前我国西部地区水资源短缺现象严重，难以承载过多煤化工项目。关于煤化工取水定额相关标准，已颁布实施的国标包括GB/T 18916.33—2018《取水定额 第33部分:煤间接液化》、GB/T 18916.34—2018《取水定额 第34部分:煤直接液化》、GB/T 18916.35—2018《取水定额 第33部分:煤制甲醇》、GB/T 18916.36—2018《取水定额 第33部分:煤制乙二醇》、GB/T 37759—2019《节水型企业 现代煤化工行业》。但部分标准的实施效果较差，存在监督检查体系和体制不健全的问题。

环保方面主要包括废气污染、废水污染、废渣污染3个方面的综合治理。我国中西部富煤地区生态环境较脆弱，大量的污染排放将会造成严重的环境影响。

能效方面，近几年现代煤化工项目在优化工艺流程基础上通过不断完善和优化，能源利用水平持续提高。2013年以来，已经颁布多项煤化工能耗限额系列国家标准[15]，包括GB 29436.1-2012《甲醇单位产品能源消耗限额 第1部分：煤制甲醇》、GB 30179-2013 《煤制天然气单位产品能源消耗限额》、GB 30180-2013《煤制烯烃单位产品能源消耗限额》等。标准实施近7年，目前上述标准正依据产业发展情况进行修订。

5 结 论

(1)2009年以前中国是煤炭净出口国，进口量增长缓慢，2009年中国煤炭进口量首次超过出口量，2011年我国成为全球最大的煤炭进口国。2019年原煤产量同比增长4%，煤炭消费量同比增长1%。印度尼西亚为2019年中国煤炭最大进口国。从2019年进口煤种分析，其大多数为动力煤。

(2)通过梳理中国煤炭生产和供给结构体系，确定了中国煤炭生产和消费结构图框架。

(3)我国未来的能源消费结构将依然以煤炭为主，面对煤炭转化系统、燃煤工业锅炉、燃煤电站及煤化工系统存在的环保问题尤为严重的现状，应积极采取环境污染防治措施，实现煤炭生产和消费的高质量发展。