创新驱动应对低碳发展新形势

2019-02-09蒋明麟

上海节能 2019年1期

蒋明麟

0 序言

党的十九大提出坚持新发展理念，加快建设创新型国家的历史性任务。最近，习近平主席在出席阿根廷布宜诺斯艾利斯举行的二十国集团（G20）领导人第十三次峰会时，在阐明全球治理的重要遵循时，把坚持创新引领，深入研究新技术应用及其影响作为重要内容提出。以创新驱动为动力，积极发展低碳技术、推动产业转型升级，提高企业竞争力，促进战略性新兴产业发展已成为我国实现低碳绿色可持续发展的必由之路。

1 我国能耗与排放基本情况

我国已经成为世界第二大经济体。2017年我国经济总量达到82．71万亿人民币，折合约12．72万亿美元。2017年我国能源消耗总量为44．9亿t标准煤，比上年增长2．9%。而美国在2017年GDP为123．11．万亿人民币，折合约19．38亿美元。2017年美国能源消耗总量约为35亿t标准煤。上述数据表明，当年美国经济总量是我国的1．48倍，而我国的能源消耗是美国的1．28倍。通过计算可以看出我国单位GDP的能耗是美国的1．91倍。可见，虽然近年来我国通过产业结构调整，节能降耗工作取得了显著的成绩，但是，今后在经济和社会发展中产业结构调整、节能降耗的工作任务仍然任重而道远。

在温室气体排放方面，2014年我国CO2排放量为97．6亿t，居全球第一。2000年至2014年，CO2排放年均增长7．6%。在世界气候变化巴黎会议上，中国政府已经承诺到2030年单位国内生产总值CO2排放较2005年下降60%-65%，到2030年碳排放达到峰值。由此可见，我国今后的碳减排的任务也是相当艰巨。

发展低碳经济和开展节能减排工作，事关我们经济社会发展能否实现可持续发展，能否正确处理经济社会发展与生态保护两者关系。

2 创新低碳技术，推进煤炭资源系统清洁利用

要实现低碳绿色可持续发展，必须以创新驱动为引领，创新低碳技术、营造鼓励创新的政策和环境。我们要以问题为导向，从我国实际国情出发，充分吸纳国际先进技术和经验，着力调整我国国民经济产业结构，着力降低国民经济各个产业的单位产品的能耗和总消耗量，积极开展减少各类废弃物和污染物的排放量及其循环再利用工作。

我国在能源禀赋上，突出的特点是富煤、少油、缺气（天然气）、贫铀、可再生能源（水力、风能、太阳能、地热能、生物质）潜力巨大。针对我国这种能源禀赋国情，我们需在大力开发利用可再生能源的同时，对当前实现煤炭的清洁高效使用，必须给与高度重视。

2017年世界原煤生产量为77．3亿t，其中我国原煤产量最多，总计为35．2亿t，约占世界生产总量的46%，占我国一次能源生产总量的70%。2017年我国一次能源消耗总量为44．9亿t，其中煤炭消耗占60．4%。

2.1 煤炭发电领域开展技术革命

目前，我国煤炭使用主要在以下三个领域：煤炭发电、工业燃料和原料、民用散煤。

煤电是我国主体电力。我国2017年发电量为6．4万亿kWh，其中煤炭发电量为4．36万亿kWh，占全国发电量的占比约为68%（2013年占全国发电量的73．2%），占世界煤炭发电量的44%，呈现总体逐步下降趋势。煤电行业消耗原煤总量多年超过全国煤炭消费总量的50%以上。因此，抓煤炭发电的节能降耗工作是节能减排的主体。

近年来，我们对煤炭火力发电的主要工艺和装备（热力循环、高效锅炉、高效汽轮机组、控制系统等）集中力量进行系统性攻关，研发出高效率高参数的超临界（SC）和超超临界(USC)火电机组，并实现了国产化。

有关资料表明，由于先进高效大容量机组的不断推广应用，2013年，全国煤电机组平均供电标准煤耗约为323g/kWh，分别比2010年和2005年下降12g/kWh和50g/kWh。2017年，6 000千瓦及以上电厂供电标准煤耗为309g/kWh。从2013年到2017年年均降低供电标准煤耗3．5g/kWh。由于采用先进高效大容量的超临界和超超临界火力发电机组和采用合理的除尘、脱硫、脱硝设备，我国燃煤发电机组的烟尘、CO2、SO2、NOX等减排量也取得明显的进展。

目前，国际上燃煤发电技术和装备水平不断提高，研制开发的700℃高效超超临界火力发电技术取得进展。这种高工况参数进一步提高发电机组的功效和减少温室气体、其他污染气体的排放。

机组的蒸汽参数是决定机组热经济性的重要因素，亚临界机组的供电效率一般为36%～38%，设计供电煤耗为320～340g/kWh左右；超临界机组的供电效率为41%～43%，设计供电煤耗为286～300g/kWh左右；采用先进的700℃高效超超临界火力发电机组，通过提高参数、优化系统可使供电效率达到46%以上，供电煤耗可进一步降至250g/kWh以下。研制开发700℃高效超超临界火力发电技术并推广应用，在我国以煤电为主的国情下，对节能减排具有巨大推动作用。

2.2 工业系统开展技术革命

我国工业企业（包括供热企业）各类燃煤锅炉、窑炉保有量大、分布广、类型多，且分属不同的部门管理，尽管年原煤消耗量比电煤少(约占35%至38%)，但其节能环保改造提升难度大。我们必须从各个工业产业部门着手，创新制造加工工艺，以工艺创新和技术装备升级，促进单位产品的能耗降低和污染物减排，使产业部门整体技术、产品质量、节能减排工作提升到更高水平。

通过努力，2017年全国重点耗能工业企业单位产品综合能耗下降。吨烧碱下降0．3%，吨水泥下降0．1%，吨钢下降0．9%，吨粗铜下降4．8%，每千瓦时火力发电下降0．8%。全国万元GDP排放CO2下降5．1%。

2.3 改进民用燃煤利用

我国民用散煤燃烧具有“面广、量大、能效低、低空排放”的特点，是冬天采暖季节形成某些区域严重大气污染的主要成因之一。目前，民用煤在煤炭消费结构中约占10%左右，但民用散煤直接燃烧的污染物排放量是火电用煤的5-10倍。这方面的治理改造工作，牵扯面广、费用高、难度大。我们必须在治理技术和装备、治理方式、政策支持等方面，结合各个地区能源供给、气候特点、经济发展、财政能力等实际情况，因地制宜，注重实效，适合民情，不搞一刀切，“宜煤则煤、宜气则气、宜电则电”。重点是开发适合本地的优质清洁能源供应和高效节能采暖设施（特别是高效节能炉具）。

创新工作没有止境、科技进步永无止境。煤炭的清洁高效利用的工作也在不断发展。如：超临界水蒸煤制氢发电多联产技术。该技术的研制开发可以达到煤炭的高效清洁的利用，从源头减少污染物的产生，有利促进碳集中捕捉利用，促进氢能源产业和材料产业、高端装备制造、氢燃料发动机、氢燃料电池等产业的发展。

3 应用碳捕获储存利用技术，降低温室气体排放

为了人类未来可持续发展，必须发展低碳技术，减少CO2等温室气体的排放，以降低对地球生态环境的影响。CO2既是影响大气生态环境的温室气体，同时也是重要的化工原料。研究开发应用碳捕获储存利用技术（即CCUS技术）将是应对全球气候变化关键技术和循环经济的重要方面。这项新技术就是把生产过程中排放的CO2进行提纯，继而投入新的生产过程中，以循环再利用。CO2的资源化利用技术现已应用于合成高纯CO、烟丝膨化、化肥生产、饮料添加剂、食品保鲜、金属焊接、灭火器、合成可降解塑料、改善盐碱水质、培养海藻、油田驱油等领域。

2017年国际能源署（IEA）预计，为了满足2060年全球控温2℃的目标，所消减的温室气体中将有14%来自于CCUS技术和项目实施。据报道，截至2018年，全球已有21个大型CCUS项目正在运营或在建。

政府间气候变化专门委员会（IPCC）在2014年曾指出，要达到全球温控达到2℃的目标，若没有CCUS技术，则会增加138%的成本。这些数据充分说明了CCUS技术和应用对减少温室气体排放和生态环境保护的重要性。在发达国家如：美国、澳大利亚、加拿大、挪威等均在石油开采、煤炭火力发电等领域应用CCUS技术，并取得良好的效果。在我国，对CCUS技术给予了积极的关注和高度重视。在《我国中长期科学和技术发展规划》、应对气候变化科技专项行动等科技政策文件中均明确提出要将CCUS技术开发作为控制温室气体排放和减缓气候变化的重要内容。经过近年来产学研协同创新的艰辛探索和科学实践，在一些工业领域中取得了成功和实效。2018年10月31日，安徽芜湖海螺集团白马山水泥厂建设的全球水泥行业首个水泥窑年产5万吨级碳捕集纯化示范项目建成投运。该项目采用化学吸收法，通过工艺加工和精馏，得到纯度为99．9%以上的工业级和纯度为99．99%以上的食品级CO2液体，填补了世界水泥工业低碳技术的一项空白，标志着中国水泥工业环保技术取得新突破，在全国乃至全球水泥行业都具有强大的引领和示范作用。未来，我国水泥工业将从过去的排放CO2大户，转型升级实现生产过程零碳排放和重要化工原料的生产基地。