中國工程院院士，美國工程院外籍院士 謝克昌

研究背景

當前世界正在經歷著能源轉型與變革。2022年，全球能源消費量創新高，一次能源消費206億t標準煤，同比增長2.2%，基本回歸到疫情前平均增長水平。雖然可再生能源消費量增長迅速，但化石能源仍占據全球消費量約81.8%，短期內化石能源將在世界能源結構中占有相當比例。IEA、EIA、OPEC和BP公司等發布的能源展望報告預測，2040年化石能源在能源需求中占比73%～78%。

國際形勢的動蕩不安與國內能源結構的高碳比例要求加快推進構建適應新時代背景的能源體系。我國能源消費總量不斷增長，化石能源占比居高不下。2022年我國能源消費總量達到 54.1億t標煤，化石能源占比約82.6%，其中煤炭占 56.2%，同比提高0.2%，非化石能源消費量僅占17.4%。我國長期面臨著油氣對外依存度高、進口風險較大的能源安全問題，雖然新能源發展較快，但新能源與低碳技術達到體量尚需時日，短期內我國能源系統轉型仍需保持對煤炭資源的高需求量。

在雙碳目標和能源轉型的壓力下，推進煤炭的清潔高效利用與轉化對于新型能源體系的建設顯得尤為重要。筆者探討了新型能源體系的內涵及發展，進一步對煤炭清潔高效轉化技術與產業發展現狀進行闡述與分析，并針對適應新型能源體系的煤炭產業發展路徑展開思考與討論。

摘要

當今世界地緣政治風險加劇、氣候環境問題凸顯，能源轉型變革加快。在此背景下，構建更加適應形勢變化的能源體系對提高我國能源供應系統的可持續性及安全穩定性意義重大。目前我國化石能源仍占據主體地位。油氣資源存在能源安全問題及新能源技術水平有待提升，中國短期內對煤炭能源仍將保持較高依賴性。因此，推進煤炭清潔高效轉化對于新型能源體系的構建具有重要意義。筆者首先對新型能源體系的具體內涵與構建方向展開討論，并在此基礎上，對新時代中國煤化工產業的發展現狀以及面臨的機遇與挑戰進行了闡述，以期為煤炭的清潔高效轉化技術的進步及煤化工產業的未來發展提供建議。

新時代要求賦予新型能源體系更多的內涵。因此從戰略上看，未來能源體系應具備“安全高效、清潔低碳、多元協同、智能普惠”多個特征，這也對煤炭產業的清潔高效發展提出了更高的要求。我國的煤炭清潔高效轉化已取得顯著進步，但多個關鍵技術仍亟待突破。結合煤炭產業轉型發展與“雙碳”目標關系的系統性認識，在新型能源體系建設的需求下，推進煤炭清潔高效轉化對于社會經濟發展、助力“雙碳”目標實現具有重要意義，其關鍵在于加強該領域相關學科專業的基礎研究和煤炭清潔高效轉化技術的創新開發。

01新型能源體系發展與內涵

1.1 國際新形勢下中國能源現狀與挑戰

2022年，俄羅斯與烏克蘭沖突爆發引發全球能源市場劇烈動蕩，國際石油價格歷史性地第3次站上每桶超100美元的價格水平。為擺脫對俄羅斯石油、天然氣等能源的依賴，歐洲國家密集出臺一系列能源政策。俄烏戰爭前，歐盟30%的石油、45%的天然氣和46%的煤炭來自俄羅斯。歐盟對俄羅斯實施石油禁運后，歐盟從俄羅斯進口原油和石油產品總量大幅下降。歐盟統計數據顯示，2023年3月，歐盟從俄羅斯進口的原油和石油產品總量減少了90%。

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1.2 中國能源體系發展歷程

2012年12月，中共十八大報告提出“推動能源生產和消費革命”，并在2017年10月的十九大報告中再次進行了強調，并提出構建“清潔低碳、安全高效”的能源體系。2022年10月，中共二十大報告提出深入推進能源革命，加強煤炭清潔高效利用，加大油氣資源勘探開發和增儲上產力度，加快規劃建設新型能源體系，積極穩妥推進碳達峰碳中和，立足我國能源資源稟賦，堅持先立后破，有計劃分步驟實施碳達峰行動。

中國工程院《推動能源生產和消費革命戰略研究》項目自2013年啟動，從世界能源形勢變化、第3次工業革命影響、生態文明建設需要多角度研究了能源生產端和消費端的若干問題，提出了能源革命的三階段論，以著力突破煤炭清潔高效利用為重點的能源技術革命方向和“樹立環境優先、節約為主能源發展理念”等七大戰略舉措。

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1.3 新型能源體系內涵

新型能源體系是現代能源體系的發展與擴充，構建清潔、低碳、安全、高效的能源體系是建立新型能源體系的基本路徑與前提。面對當前國際國內新形勢的雙重壓力，在中國式現代化建設新要求下，新時代賦予了“新型能源體系研究”新的內涵：多元、協同、智能、普惠。……

圖1 新型能源體系內涵

02中國煤炭清潔高效轉化技術與產業發展現狀

2.1 中國煤炭清潔高效轉化成就質

經過多年發展，我國現代煤化工產業已經取得長足進步。首先，我國現代煤化工產業規模發展迅速，示范和生產基地基本形成，總體規模在全球前列，以內蒙古鄂爾多斯、陜西榆林、寧夏寧東、新疆準東4個現代煤化工產業示范區為代表，產業集群基本形成，基地園區初具規模。

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2.2 “十四五”期間產業升級示范

“十四五”發展目標對煤炭產業的發展提出了新的要求。首先是產業規模上，要求“十四五”期間煤制油產能達到3000萬t/a、煤制氣達到150億m3/a、煤制乙二醇達到1000萬t/a、煤制芳烴達到100萬t/a、煤制烯烴達到2000萬t/a。從節能減排來看，需要將單位工業增加值水耗降低10%、能效水平提高5%、CO2排放強度降低5%。產業融合上，實現與石油化工、聚脂產業、PVC產業融合，以及低階煤分質利用多聯產。科技創新方面，需要開發先進大型煤氣化技術，短流程技術，產品高值化、高端化、差異化生產技術以及節能、節水、環保技術。除此之外，綠色發展方面，需要突破高鹽廢水、CO2減排利用技術標準規范、制定現代煤化工示范項目的主副產品、綜合能耗、水耗、安全生產規范等標準制修訂。

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2.3 問題與挑戰

我國積極開展產業升級示范，盡管煤化工發展取得了較大成就，仍然存在以下問題：

(1)煤化工發展的戰略定位不清晰。對于煤炭的綠色發展路徑認識不足和對缺乏認知而出現“去煤化”與“聞化色變”。在當前世界面臨“百年未有之大變局”的情勢下，明確科學發展綠色現代煤化工的戰略地位，切實將煤炭清潔高效開發利用作為能源轉型發展的立足點和首要任務是當務之急。

(2)外部環境制約產業發展。石油價格與供應、產品產能與市場、資源配置與稅收、信貸融資與回報、環境容量與用水、溫室氣體與減排等都是影響中國煤化工發展的外部因素。

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2.4 煤炭清潔高效轉化的創新與突破

煤炭清潔高效轉化的創新與突破關鍵在于技術的革新，表現在共性關鍵技術、前沿引領技術、現代工程技術以及顛覆性技術等方面。

煤化工的共性關鍵技術主要包括理論基礎、轉化過程以及廢物處理3個維度(圖2)。催化劑技術開發基礎理論與共性問題以及復雜反應體系的傳質行為、催化作用機理和反應動力學問題是現代煤化工產業的理論基礎。而轉化過程的清潔高效水平提高關鍵在于基于系統能效、運行安全、環境友好和可持續發展的工藝設計技術和高效分離加工等先進的節能提效技術，加強能耗及污染排放管控。末端廢物處理階段，廢水近零排放技術等技術有助于實現煤炭產業廢棄物的循環再利用，提高物質利用率。

圖 2 煤炭清潔高效轉化共性關鍵技術

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03適應新型能源體系的中國煤炭清潔高效轉化發展路徑

3.1 雙碳目標下煤炭產業的轉型發展與“雙碳”目標的系統分析

現代煤炭產業的轉型發展問題分析與戰略制定，首先要系統認識雙碳戰略目標。碳排放的主要直接原因是能源活動，而能源活動的影響是廣泛而深刻的。因此，現實中能源與碳排放的關系是能源與其他主要維度關系綜合作用的結果。

然而，能源的低碳轉型不是一蹴而就的，也非短期內實現。其過程的長度和程度取決于基本國情和發展階段。對以化石能源特別是以煤炭為主體能源的發展中大國，碳排放權既是能源安全權、又是經濟發展權。不科學的能源轉型，將對能源供應和經濟發展帶來負面影響。

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3.2 新型能源體系下煤炭清潔高效轉化未來挑戰

能源戰略(2035)提出，在2060年前實現碳中和需要經歷4個階段的能源體系變革(圖3)：①2021—2030是能源領域變革期。在該時期，我國能源活動相關的CO2排放達峰，一次能源消費達峰，非化石能源迅速發展，承擔能源需求增量主體，占比達到25%。②2031—2035是能源體系的養成期，碳排放穩中趨降，基本建成現代能源體系，碳排放達峰后穩中有降，能源相關CO2排放降低至100億t以內，一次能源消費緩慢降至約57億t標煤，其中非化石能源占比達到28%左右。③2036—2050的能源革命定型期，我國成為能源強國，建成現代能源體系，一次能源消費緩慢降至約50億t，GDP增長與能源需求增量脫鉤;④2051—2060年能源深度脫鉤期，實現碳中和。

圖3 中國能源革命戰略發展階段

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3.3 煤炭資源綠色高效轉化——煤基新材料發展路徑

煤炭含碳量高，在自然界中儲量豐富，以煤炭為原料制備煤基材料是一種綠色經濟的煤炭資源轉化與利用途徑。煤基新材料是指煤炭通過液化、焦化及中低溫熱解等熱轉化途徑，進一步加工制備的含碳新材料，包括煤基合成新材料和煤基炭材料兩大類，廣泛應用于航空航天、國防軍工、電子信息、生態環保等國民經濟領域。

對于煤基合成新材料，需要依托煤制油、煤制乙二醇、煤制甲醇、煤制合成氨/尿素等現有煤化工及焦化產業基礎，補齊烯烴原料生產短板，向工程塑料、尼龍材料、可降解塑料、聚碳酸酯、聚氨酯等延伸，拓展行業發展空間。

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3.4 煤炭產業智慧發展——人工智能等技術的結合

除了化學化工問題以外，煤反應過程的人工智能技術研究、大型數據庫建立和標準制定等可以提高煤炭產業鏈的數字化和信息化水平，從而實現建立更加智能、高效的煤化工產業鏈。

04結語

新時代賦予新型能源體系的內涵是“安全高效、清潔低碳、多元協同、智能普惠”。科學認識能源轉型，要立足中國的基本國情和發展階段，多元發展能源供給，提高能源安全保障水平，在“清潔低碳、安全高效”的能源體系框架下進行能源轉型和結構優化，雙碳目標必須要以保障國家的能源安全為前提，堅持共區三原則，確保合理發展權。

需要注意的是，能源革命和能源轉型都不是一蹴而就的簡單過程。能源轉型也不是線性發展的，決定能源轉型的成敗是公眾對經濟性、便利性和安全性的綜合考慮，而這也正是所謂“既要穩定供應，還要環境友好和價格低廉”的“能源不可能三角形”的關鍵所在，如何使這一不可能三角變為可能三角是能源革命和能源轉型的終極目標。

當前及未來很長一段時間，煤炭仍然是我國的主體能源。作為世界第一大能源生產和消費主體，需要保持更為穩健的轉型步伐，防范不切實際的能源轉型對經濟社會發展可能的傷害。對于煤炭能源而言，以清潔高效轉化與利用技術替代傳統的粗放式發展模式，煤炭能源可作為功能更加穩定的清潔能源。新型能源體系的內涵為現代煤化工產業的發展提供了方向與路徑，未來應以創新引導持續推進煤炭的高效轉化與利用，突破煤化工產業中的關鍵技術與問題，為能源體系轉型提供安全保障。

原文鏈接：

觀察 | 謝克昌院士：新型能源體系發展背景下煤炭清潔高效轉化的挑戰及途徑https://mp.weixin.qq.com/s/AqOL_X3vjXZw-pUz2pEH6A