謝克昌：科學(xué)發(fā)展煤基能源化工 助力構(gòu)建現(xiàn)代能源體系

——中國工程院院士謝克昌建言能源“金三角”清潔低碳安全高效發(fā)展

　　7月2日，在中國化工報社主辦的“能源化工‘金三角’產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展大型主題調(diào)研閉門會議”上，中國工程院院士、美國工程院外籍院士謝克昌作了題為《科學(xué)發(fā)展煤基能源化工 助力構(gòu)建現(xiàn)代能源體系》的主旨報告。該報告系統(tǒng)地介紹了我國能源革命與能源體系、能源體系構(gòu)建中的煤基能源化工發(fā)展的現(xiàn)狀及前景，并提出了可持續(xù)發(fā)展的清潔、低碳、安全、高效發(fā)展的措施和目標(biāo);同時對能源化工“金三角”產(chǎn)業(yè)協(xié)同、差異化發(fā)展進(jìn)行了總結(jié)，并提出了希望和建議。

　　該報告對“金三角”特別是榆林地區(qū)的戰(zhàn)略發(fā)展具有很強的現(xiàn)實指導(dǎo)意義;對推進(jìn)我國能源結(jié)構(gòu)改善和經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，提升國家能源安全保障水平，保障區(qū)域協(xié)調(diào)、健康、可持續(xù)發(fā)展也有重要的借鑒意義。

　　構(gòu)建能源體系：發(fā)展綠色能源化工是實質(zhì)

　　黨中央在2012年11月的十八大報告中提出了“推動能源生產(chǎn)和消費革命”。2014年6月，習(xí)近平總書記在中央財經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第六次會議上提出“四個革命+一個合作”的能源革命豐富內(nèi)涵：一是推動能源消費革命，抑制不合理能源消費;二是推動能源供給革命，建立多元供應(yīng)體系;三是推動能源技術(shù)革命，帶動產(chǎn)業(yè)升級;四是推動能源體制革命，打通能源發(fā)展快車道;五是全方位加強國際合作，實現(xiàn)開放條件下能源安全。黨的十八屆五中全會提出“要建設(shè)清潔、低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系”;在十九大報告中強調(diào)，推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，通過推動能源革命來推動全社會的可持續(xù)發(fā)展，而構(gòu)建該能源體系就是推動能源革命要解決的問題。

　　我國能源生產(chǎn)和消費面臨著供需格局、生態(tài)環(huán)境、技術(shù)、安全、效率等一系列挑戰(zhàn)，必須推動能源生產(chǎn)和消費革命，這是我國能源發(fā)展的國策，能源革命是過程，能源體系是目標(biāo)。

　　中國工程院《推動能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略研究(Ⅰ)》提出中國的能源革命將經(jīng)歷三個階段。第一階段是2020年前，為能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化期，主要是煤炭的清潔高效可持續(xù)開發(fā)利用，淘汰落后產(chǎn)能，提高煤炭利用集中度，到2020年煤炭、油氣、非化石能源消費比例達(dá)6∶2.5∶1.5，能源消費總量約50億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。第二階段是2020~2030年，為能源領(lǐng)域變革期，主要是清潔能源尤其是可再生能源替代煤炭戰(zhàn)略，到2030年煤炭、油氣、非化石能源消費比例達(dá)5∶3∶2。能源消費總量控制在60億噸標(biāo)準(zhǔn)煤以內(nèi)。第三階段是2030~2050年，為能源革命定型期，形成“需求合理化、開發(fā)綠色化、供應(yīng)多元化、調(diào)配智能化、利用高效化”的新型能源體系，到2050年煤炭、油氣、非化石能源消費比例達(dá)4∶3∶3，能源消費總量預(yù)計約57億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中化石能源占比70%，非化石能源占比30%。可以看出，化石能源的重要地位未來難以改變，化石能源對于中國未來發(fā)展來說仍是不可替代的主體能源，非化石能源成為能源的增量。

　　基于此，構(gòu)建以清潔、低碳、安全、高效為要義的能源體系是推進(jìn)能源革命的根本目標(biāo)。能源體系構(gòu)建與對能源化工發(fā)展的要求是一致的，即清潔低碳、安全高效，實質(zhì)就是要發(fā)展綠色能源化工。所謂綠色能源化工就是在能源化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，從工藝源頭上就運用環(huán)保的理念，推行源頭削減、進(jìn)行生產(chǎn)過程的優(yōu)化集成，廢物再利用與資源化，從而降低成本與消耗，減少廢棄物的排放和毒性，其宗旨是減少產(chǎn)品全生命周期對環(huán)境的不良影響。這要求運用全生命周期的方法對企業(yè)進(jìn)行綠色管理，從產(chǎn)品設(shè)計、原料生產(chǎn)到消費、回收都進(jìn)行綠色技術(shù)升級，重點攻克重大節(jié)能環(huán)保技術(shù)、資源綜合利用技術(shù)、再制造技術(shù)、低碳技術(shù)等，致力于打造綠色產(chǎn)品、綠色工廠、綠色園區(qū)、綠色企業(yè)、綠色供應(yīng)鏈的“五綠”戰(zhàn)略。

　　綠色能源化工是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一項重要戰(zhàn)略，是解決資源能源緊缺、環(huán)境惡化的重要途徑，是提高人類生存質(zhì)量和保證國家與民眾安全的核心基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)。目前綠色化工技術(shù)中的綠色催化技術(shù)、綠色分離技術(shù)、生物工程技術(shù)等一系列技術(shù)都取得了長足的發(fā)展，未來綠色化工與清潔生產(chǎn)工藝技術(shù)將向節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展。化學(xué)與材料、生命、信息、能源、資源、環(huán)境等領(lǐng)域的結(jié)合將開辟新的發(fā)展方向，為提高人類生活質(zhì)量和環(huán)境改善提供多種途徑。

　　綠色能源化工中從原料到反應(yīng)條件再到產(chǎn)品的無毒無害、反應(yīng)的高選擇性、“零排放”等要求都與現(xiàn)代能源體系的清潔、低碳、安全、高效不謀而合。因此，在現(xiàn)代能源體系的大背景下，可以利用其技術(shù)和理念優(yōu)勢，大力推進(jìn)綠色能源化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展，通過產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)造更大效益，實現(xiàn)“資源—產(chǎn)品—再生資源”的循環(huán)物質(zhì)流動規(guī)模化生產(chǎn)。

　　構(gòu)建能源體系：以清潔、低碳、安全、高效為要義

　　發(fā)展煤基能源化工產(chǎn)業(yè)具有重大戰(zhàn)略意義，它是能源革命的重要組成部分，要在能源體系構(gòu)建中以清潔、低碳、安全、高效為要義推進(jìn)其發(fā)展。

　　清潔：實現(xiàn)清潔高效利用的煤炭就是清潔能源?！毒G色產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄(2019年版)》提出了綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點，煤炭清潔利用、煤炭清潔生產(chǎn)赫然在列。

　　清潔主要是指能源的開發(fā)利用全過程*大程度地減少對生態(tài)的破壞和環(huán)境的污染。結(jié)合中國以化石能源特別是煤為主的國情，“清潔”要求實現(xiàn)煤炭的科學(xué)開發(fā)和清潔利用，提高煤炭使用集中度和清潔度。我們必須保持清醒的認(rèn)識：當(dāng)今如果沒有煤，日子更難過，因此能源革命*不是革煤炭的命，但煤炭作為主體能源一定要革命，要在全產(chǎn)業(yè)鏈上實現(xiàn)綠色開發(fā)清潔高效利用，實現(xiàn)了清潔高效利用的煤炭就是清潔能源。

　　煤基能源化工必須堅持防治結(jié)合、提高工藝技術(shù)和管理水平。隨著煤基能源化工轉(zhuǎn)化工藝以及污染物控制技術(shù)的進(jìn)步，未來我國煤基能源化工產(chǎn)品的污染物排放系數(shù)將進(jìn)一步降低。結(jié)合未來煤炭轉(zhuǎn)化以及燃燒過程污染物控制技術(shù)發(fā)展?jié)摿?，提?020年、2035年與2050年我國煤基能源化工產(chǎn)業(yè)污染氣體排放的清潔發(fā)展目標(biāo)，如表1所示。

　　低碳：節(jié)能減排和提高能效是中國低碳化過程的重中之重。低碳主要是指能源的生產(chǎn)和消費過程中*大程度地減少碳排放。實現(xiàn)化石能源的清潔高效轉(zhuǎn)化、高碳能源的低碳化利用、提高非化石能源比重是能源低碳化的根本保證。當(dāng)前，節(jié)能減排和提高能效是中國低碳化過程的重中之重。根據(jù)2010年IEA能源技術(shù)展望估算，2010~2030年，通過節(jié)能可以減少碳排放總量的56.9%。

　　通過節(jié)能和高效技術(shù)的進(jìn)步，未來我國煤基能源化工產(chǎn)品的CO2排放系數(shù)將進(jìn)一步降低。根據(jù)物料平衡核算，2020年、2035年與2050年我國煤基能源化工產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展目標(biāo)如表2所示。

　　安全：煤基能源化工是能源安全戰(zhàn)略保障。新型能源安全觀的內(nèi)涵包括能源供給安全(由“單純增加供應(yīng)”到“供給側(cè)和需求側(cè)雙向制約”)、能源環(huán)境與生態(tài)安全(由“片面強調(diào)保供”到“生態(tài)、環(huán)境、氣候約束供應(yīng)”)、能源科技安全和能源經(jīng)濟安全(由“粗放型能源生產(chǎn)與消費”到“提高能效、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、降低能源成本”)等內(nèi)容。近期需要將能源環(huán)境安全放到更重要的位置，中遠(yuǎn)期則要建成高效、綠色、低碳的能源體系。

　　根據(jù)結(jié)構(gòu)模型預(yù)測結(jié)果和能源安全戰(zhàn)略目標(biāo)，2020年、2030年和2050年我國煤基能源化工產(chǎn)業(yè)的規(guī)模發(fā)展目標(biāo)如表3所示。

　　如果設(shè)定我國石油對外依存度為60%(國際慣例)為安全閾值，超過閾值的為煤替油的潛在替代量。據(jù)此推算，2020年、2030年、2050年煤替油的當(dāng)量大約在0.7億噸、1.1億噸和0.7億噸;設(shè)定天然氣對外依存度的警戒值為40%，煤替氣的潛力值分別是126億立方米、256億立方米和435億立方米。

　　高效：提高能源利用率是實現(xiàn)高效低碳發(fā)展的關(guān)鍵路徑。高效指的是能源生產(chǎn)、轉(zhuǎn)化、利用的效率都要高，提高能源利用率是實現(xiàn)高效發(fā)展、低碳發(fā)展的關(guān)鍵路徑。2018年，我國單位GDP能耗是世界平均水平的1.4倍，如果我國能源利用效率達(dá)到世界平均水平，就可以減少消耗13.3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，并可大幅減少34.6億噸CO2排放，節(jié)能提效潛力巨大。

　　隨著煤基能源化工轉(zhuǎn)化工藝與節(jié)能節(jié)水技術(shù)的進(jìn)步，未來我國煤基能源化工產(chǎn)品的物耗系數(shù)將進(jìn)一步降低，能效水平明顯提高。2020年、2035年與2050年我國煤基能源化工產(chǎn)業(yè)高效發(fā)展目標(biāo)如表4所示。

　　能源化工“金三角”產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略

　　能源“金三角”，要在國家能源體系構(gòu)建中布局謀篇，做到“綠色創(chuàng)新、高端發(fā)展、產(chǎn)業(yè)協(xié)同、深度融合?！敝袊こ淘骸赌茉础敖鹑恰卑l(fā)展戰(zhàn)略研究》課題組，在6位院士、100余位區(qū)內(nèi)外*的研究和參與下，對能源“金三角”的發(fā)展形成六個核心觀點。

　　核心觀點一：能源“金三角”地區(qū)煤炭相關(guān)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢明顯。該地區(qū)是國家重要的能源供應(yīng)基地，重點滿足能源需求和保障能源安全，但遠(yuǎn)期面臨煤炭需求峰值等挑戰(zhàn)。要繼續(xù)保持可持續(xù)煤炭外供能力作為戰(zhàn)略基礎(chǔ)，提高電力外送在能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的戰(zhàn)略地位，更加謹(jǐn)慎的控制煤化工發(fā)展規(guī)模和差異化技術(shù)路線。

　　核心觀點二：因地制宜、因煤而異是地區(qū)差異化發(fā)展的重要方向。同質(zhì)化嚴(yán)重影響產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，差異化是出路。近中期改進(jìn)，遠(yuǎn)期摒棄同質(zhì)化，推動產(chǎn)業(yè)差異化發(fā)展，而差異化發(fā)展重點是因煤而異、因地制宜。

　　因煤而異、推動特色資源對口高效利用。以煤定化，適度有序發(fā)展現(xiàn)代煤化工和煤化工多聯(lián)產(chǎn);低灰、低硫的優(yōu)質(zhì)煤炭資源宜作為化工用煤使用;對焦油產(chǎn)率高的優(yōu)質(zhì)塊煤資源優(yōu)先熱解干餾提取焦油，焦油加氫深加工;高硫煤和中低灰劣質(zhì)煤優(yōu)先氣化制合成天然氣和化工品;劣質(zhì)煤、矸石、煤泥等用于循環(huán)流化床發(fā)電;高鋁粉煤灰可采用酸堿法提取氧化鋁，拓展鋁產(chǎn)業(yè)鏈。

　　因地制宜、突出產(chǎn)業(yè)差異化發(fā)展重點方向。寧東以優(yōu)質(zhì)動力氣化煤為主，應(yīng)重點發(fā)展煤制烯烴及下游、間接制油等;鄂爾多斯以長焰煤、不黏煤為主，應(yīng)重點發(fā)展高鋁煤發(fā)電、煤制氣、直接液化;榆林以不黏煤、弱黏煤為主，應(yīng)重點發(fā)展煤電、分質(zhì)轉(zhuǎn)化、煤油氣鹽協(xié)同。

　　核心觀點三：只有大力推行科學(xué)產(chǎn)能才能實現(xiàn)能源資源可持續(xù)開發(fā)。區(qū)域能源快速開發(fā)引發(fā)問題突出，要以科學(xué)產(chǎn)能指導(dǎo)地區(qū)的能源資源開發(fā)。

　　提高煤炭科學(xué)產(chǎn)能是適應(yīng)生態(tài)文明建設(shè)、環(huán)境保護(hù)的必然要求;若3個地區(qū)在2020年達(dá)到90%科學(xué)產(chǎn)能目標(biāo)，需投入1334億元;若不從資金、政策等方面盡早投入，隨著問題的積累、環(huán)境的惡化，治理、改造落后產(chǎn)能的投入成本會越來越高。

　　核心觀點四：能源清潔高效轉(zhuǎn)化利用是地區(qū)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必由之路。一方面要推進(jìn)供需適配，科技驅(qū)動發(fā)展。供需適配有利于提高煤炭綜合利用水平;技術(shù)創(chuàng)新與工程示范是實現(xiàn)煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化的重要支撐;因地制宜和有序發(fā)展煤炭轉(zhuǎn)化，趨勢是大型化、低成本、低排放;煤分級轉(zhuǎn)化多級聯(lián)產(chǎn)是煤炭轉(zhuǎn)化重點方向。

　　另一方面是要多能協(xié)同轉(zhuǎn)化，適度提高就地轉(zhuǎn)化率。適度提高就地轉(zhuǎn)化率是提高能效和推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要途徑，多能協(xié)同轉(zhuǎn)化是提高地區(qū)能源系統(tǒng)綜合效率的重要手段，適度提高就地轉(zhuǎn)化率，可更多解決當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè)、提高財政收入和促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。

　　核心觀點五：保障水資源供給和優(yōu)化配置是提升產(chǎn)業(yè)規(guī)模的必要措施。寧東地區(qū)水資源量相對充裕，鄂爾多斯為了保障已有在建項目和2020年規(guī)劃目標(biāo)的實現(xiàn)，需至少新增0.7億~1.7億m3/a的供水能力，榆林地區(qū)需至少新增0.4億~0.9億m3/a的供水能力。

　　核心觀點六：區(qū)域土地資源、大氣容量等均有一定承載力。區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題突出，溫室氣體減排壓力大，故而開創(chuàng)一條適合中國國情的低碳化利用之路，是能源“金三角”地區(qū)今后必須著力解決的重大問題。

　　榆林能源化工產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展建議

　　榆林的發(fā)展，要置身能源“金三角”做好功課，做到正視問題、勇于“革命”、發(fā)揮優(yōu)勢、著眼“替代”、擔(dān)當(dāng)重任、綠色創(chuàng)新、差異發(fā)展、高端發(fā)展。

　　榆林能源化工發(fā)展優(yōu)勢一是能源資源豐富，政策支持有力。榆林地區(qū)的探明儲量：煤炭1460億噸，石油3.6億噸，天然氣1.18萬億立方米;當(dāng)?shù)卣雠_了《榆林市推進(jìn)煤化工產(chǎn)業(yè)高端發(fā)展拖桿政策》，編制出臺“1+3”規(guī)劃(基地總體，空氣質(zhì)量，國土空間，疏干水綜合利用)。二是技術(shù)創(chuàng)新明顯，項目示范重大，包括百萬噸級間接液化，10萬噸級高溫費托合成;45萬噸/年煤油共煉;低溫煤焦油加氫等項目。三是能源外供增長，轉(zhuǎn)化質(zhì)量提升。能源化工基地建設(shè)以來，累計外輸29億噸標(biāo)準(zhǔn)煤化石能源;現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模，總產(chǎn)能近600萬噸。四是產(chǎn)業(yè)集群形成，基地園區(qū)初具。煤炭分質(zhì)利用、煤基燃料等六大產(chǎn)業(yè)群基本形成;榆橫、榆神兩個工業(yè)園區(qū)初具規(guī)模。

　　榆林能源化工發(fā)展存在的問題有以下幾點，一是是高端技術(shù)支撐不足，創(chuàng)新要素難于集聚;二是本地消納能力低下，產(chǎn)品市場終端較遠(yuǎn);三是環(huán)境容量嚴(yán)重受限，可控水源難以滿足;四是產(chǎn)業(yè)發(fā)展同質(zhì)重疊，民營經(jīng)濟發(fā)展滯緩;五是示范項目進(jìn)展滯緩，蘭炭生產(chǎn)技術(shù)落后。

　　對此，我對榆林能源化工發(fā)展提出如下建議：一是充分認(rèn)識自身優(yōu)勢，堅持能源資源的科學(xué)開發(fā)、集約開發(fā)、綠色開發(fā)，強化資源勘探、水資源建設(shè)和生態(tài)保護(hù)三大基礎(chǔ)。二是做大做強煤炭、電力、油氣和化工四大產(chǎn)業(yè)，特別要強化能源化工產(chǎn)業(yè)支柱地位，全力推進(jìn)重點工業(yè)園區(qū)和重大項目建設(shè)。三是有效發(fā)揮當(dāng)?shù)孛?、油、氣、鹽組合資源優(yōu)勢，構(gòu)建“一(煤炭熱解)”“推四(煤制烯烴、煤制芳烴、煤制油與煤油共煉、煤鹽化一體化)”五大高端產(chǎn)業(yè)鏈體系，打造基于煤炭干餾—氣化—加氫—發(fā)電一體化、多聯(lián)產(chǎn)綜合利用的具有榆林特色的現(xiàn)代能源化工基地。四是高度重視煤炭中低溫干餾(蘭炭)的大型化、現(xiàn)代化發(fā)展，大力推進(jìn)煤焦油加氫規(guī)?；?，在為增加煤基油氣替代燃料和減少化學(xué)品對油氣消耗，緩解國家不斷攀升的油氣對外依存度做出重要貢獻(xiàn)的同時，形成清潔、高效、高質(zhì)的蘭炭產(chǎn)業(yè)鏈。五是陜北缺水、生態(tài)環(huán)境脆弱，在推進(jìn)國家安排的“十三五”重大示范項目和規(guī)劃“十四五”項目與落地高端能源化工項目時，要充分考慮與協(xié)調(diào)好水資源和環(huán)境的約束。六是榆林能源化工發(fā)展起步早、水平高，有特色、前景好，在能源“金三角”地區(qū)要堅持協(xié)同發(fā)展、差異發(fā)展、升級發(fā)展、規(guī)模發(fā)展，力求你無我有、你有我強、你強我特，勇做煤炭清潔高效可持續(xù)開發(fā)利用的排頭兵和推進(jìn)能源革命與構(gòu)建能源體系的生力軍。

　　核心觀點

　　●中國工程院和國外機構(gòu)的戰(zhàn)略研判均表明，到2030年，化石能源在中外一次能源中占比都在80%左右，其中煤炭占中國一次能源結(jié)構(gòu)的50%左右，中國能源面臨生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟、安全等方面的挑戰(zhàn)，能源革命勢在必行。

　　●能源革命是應(yīng)對能源挑戰(zhàn)必然途徑，但不是一蹴而就的過程，其*目標(biāo)是建成清潔低碳安全高效的能源體系。能源技術(shù)革命是推動能源革命的基礎(chǔ)、構(gòu)建能源體系的支撐，其實質(zhì)是能源轉(zhuǎn)換的革命，其目標(biāo)是對能源的有效駕馭和高效轉(zhuǎn)換;只有顛覆性技術(shù)才能有效促進(jìn)能源的低碳轉(zhuǎn)型。

　　●“國情還是以煤為主，我們對煤的注意力不要分散”(習(xí)近平); “煤炭清潔高效開發(fā)利用是能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的立足點和首要任務(wù)”(李克強)。

　　●“逢煤必反”是錯誤的，因為煤炭清潔生產(chǎn)和利用都是綠色產(chǎn)業(yè)，煤基燃料是煤炭清潔高效利用歸宿之一，實現(xiàn)了清潔高效利用的煤炭就是清潔能源;“聞化色變”是片面的，因為現(xiàn)代能源化工和綠色高端化工可以滿足清潔低碳、安全高效的要求。

　　●開發(fā)、示范和推廣創(chuàng)新性技術(shù)，延長產(chǎn)品鏈和產(chǎn)業(yè)鏈，節(jié)能降耗、提質(zhì)增效是能源化工高端化發(fā)展的重要途徑。

　　表1 我國煤基能源化工產(chǎn)業(yè)清潔發(fā)展目標(biāo)

　　表2 我國煤基能源化工產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展目標(biāo)

　　表3 我國煤基能源化工產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展目標(biāo)

　　表4 ?我國煤基能源化工產(chǎn)業(yè)高效發(fā)展目標(biāo)