日本煤炭工业综述

翟禹镓，王 妍

(应急管理部信息研究院，北京市朝阳区，100029)

日本国土面积狭小，自然资源匮乏，除煤炭、天然气、硫磺等极少量矿产资源外，其他工业生产所需的主要原料、燃料等都需要从海外进口。从20世纪60年代起，日本顺应石油替代煤炭的“流体革命”，大量使用廉价的进口石油，关闭了国内煤矿，进口煤量逐步上升，直至2011年东日本大地震后，核电停机，日本煤炭需求量激增。

2018年7月，日本政府公布了最新制定的“第5次能源基本计划”，根据“3E+S”的指导思想(在“安全”(Security)前提下，首先保证能源稳定供应，通过提高“经济效益”(Economic Efficiency)实现低成本能源供应，最大限度地追求“环境适宜性”(Environment))，延续2014年“第4次能源基本计划”的基本框架，即：可再生能源占能源消费总量的22%～24%，核电占20%～22%，火电占56%。

1 经济社会发展与能源结构

1.1 经济社会发展

2019年日本GDP为5.154万亿美元。虽然人口仅为1.26亿，但日本是世界第五大能源消费国，排名中国、美国、俄罗斯和印度之后，2018年一次能源消费总量约为65.87 Mtce(百万吨煤当量)，人均一次能源消费高达5.23 tce。

根据已有数据，2005-2018年，日本国内生产总值仅2008年、2009年和2011年是负增长，其余11年虽然有波动，但都是正增长，而同期日本一次能源消费总趋势是下降的，除个别年份外，基本都是负值。即2005年以来，日本经济在实现一定增长的同时，能源消费不但没有增长反而下降。因此，仅从能源消费与经济社会发展关系来看，自2005年以来，日本经济社会发展已经迈入了较为理想的状态[2]，具体见图1。

图1 2014-2018年日本经济增长与能源消费

1.2 能源结构

日本的能源结构是随国际能源格局的变化以及经济发展的需要而进行调整和变化的。根据2019年版《世界能源统计评论》[1]的数据，2018年，日本一次能源消费总量为649.4 Mtce，排名世界第5。与2017年相比，2018年日本一次能源消费总量下降157.3 Mtce。

2005年日本能源消费达到峰值，为759.2 Mtce，自此之后直至2018年都没有超过这一水平，2016年下降到近年来的最低水平，为644.6 Mtce，2017年和2018年有所反弹。2005年和2019年日本的能源消费结构如图2所示。

图2 2005年和2019年日本的能源消费结构

日本一次能源消费之所以出现如此结构，主要是受2011年3月11日日本东北太平洋地区里氏9.0级大地震以及福岛第一核电站放射性物质泄漏的影响。为此，从2013年起，日本关闭了全部核反应堆，进行强制安全检查和升级，2013年9月至2015年8月核电在一次能源消费中所占的比重为零。2015年8月至今，日本仅9座核反应堆投入运营，总发电能力为8.7 GW。

一般将2010年视为日本能源消费最正常的一年。2010年，日本能源消费总量为715 Mtce，其中，石油占比40.25%；煤炭占比24.70%；天然气占比16.99%；核能占比13.22%；水能占比3.83%；可再生能源占比仅为1.02%。

日本能源经济研究所(IEEJ)预测，2030年日本能源消耗619 Mtce，占世界能源总量的2.6%；2050年为559 Mtce,占世界总量的2%。其中2030年石油消耗215 Mtce，占世界总量的3%，2050年石油消耗164 Mtce，占世界总量的2%。2030年天然气消耗140 Mtce，占世界总量的1.9%。2030年煤炭消耗160 Mtce，占世界总量的2.6%，2050年煤炭消耗148 Mtce，占世界总量的2.3%。2030年发电量为1 136 TW·h，占世界总量的3.4%，2050年发电量为1 150 TW·h，占世界总量的2.6%。未来随能源需求的增长，日本能源安全将面临挑战。

2 煤炭工业的发展与核电事故

2.1 煤炭生产与煤炭进口

20世纪70年代2次石油危机的发生，迫使日本实施“石油替代政策”，促进能源供给品种的多元化，重新增加煤炭在能源结构中的比重[3]。由于日本国内煤炭生产逐年下降，1989年已降至9.635 Mt，已经无法满足国内用能，因此日本不得不大量进口煤炭以供给国内的需求。因此，煤炭在一次能源消费中的比重从1973年的15.5%提高到1980年的17%。

日本国内煤炭生产量在1961年达到55.41 Mt历史最高值后，受“煤炭-石油”能源转换趋势的影响，又由于煤炭的价格优势，到2014年，国内仅生产1.308 Mt煤炭。而进口煤炭量则在1970年超越国内生产量，1988年更是超出100 Mt。此后日本进口煤炭量逐步增加，2010年达到184 Mt，日本国内煤炭产量与进口量的变化见表1。

表1 日本煤炭国内产量与进口量的变化

2011年东日本大地震后，由于核电站停机，日本煤炭需求量激增。2013年日本煤炭进口量进一步增加到192 Mt，主要进口国为澳大利亚(63.43%)、印度尼西亚(19.1%)、俄罗斯(6.43%)和加拿大(5.14%)，中国仅占1.35%[4]。

2.2 核电事故

日本是世界第3核电大国，仅次于美国和法国，高峰时核发电量曾占发电总量的30%。至2010年，日本共有54座核反应堆，总装机容量为47 GW，核能占日本一次能源消费的13.22%。

2018年，日本一次能源消费结构中，核能所占比重之所以排名最后且仅为2.32%，主要原因是2011年3月11日日本东北太平洋地区发生里氏9.0级大地震，福岛第一和第二核电站受到严重影响，其中福岛第一核电站的放射性物质泄漏到外部，被定为核事故最高分级7级，与切尔诺贝利核事故同级。为此，日本50年来首次关闭了全部核反应堆，进行强制安全检查和升级，2013年9月至2015年8月核能在一次能源消费中所占的比重为零。2000-2017年日本发电构成如图3所示。

图3 2000-2017年日本发电构成

2015年8月和10月，日本鹿儿岛县的仙台1号和2号反应堆，首批重启投入运营[5]。自此之后，日本核反应堆陆续重新启动。2018年，日本有5座核反应堆投入运营。截至目前，日本投入运营的核反应堆共有9座，总发电能力为8.7 GW。

根据2014年4月批准的长期能源规划，2030年日本核电要占全国总发电量的20%～22%，为此届时需要25～30座核反应堆投入实际运营。福岛核事故后，日本有20座核反应堆永久退役。目前，日本共有35座核反应堆，其中9座在运营，6座得到日本核监管局的初步批准，12座仍在考察中，8座仅仅完成重启申请。

2.3 核电站关闭对化石燃料发电的影响

2013年9月至2015年8月，由于日本关闭了全部核电站，只能以煤炭、石油和天然气等化石燃料发电来替代核发电。2010年，化石燃料发电占日本总发电量的比例为62%，2015年上升到82%，2017上升到85.63%。

福岛核事故之前，煤电占日本总发电量的23%，2015年增长到31%，2017年增长到33%。日本政府计划到2030年，煤电占总发电量的比例仍维持在26%的水平。

受核电站关闭影响，天然气发电在所有化石燃料发电中所占比重增长最快。2010年，天然气发电占日本总发电量的比例为30%，2015年迅速上升到42%，2017年下降到37%。日本政府计划到2030年，液化天然气发电占日本总发电量的比例将达到27%。

2011年大地震之前，由于运营成本高、设备老化和环保压力大，日本发电企业开始拆除燃油发电站。不过，随着核电站的关闭，日本部分燃油电站又投入使用。2010年，日本发电用的燃料油和原油消费量为2.38万t/d，2012年上升到8.03万t/d，燃油发电占发电总量的比重为18%。随着那一时期油价的不断攀升和燃料替代，2015年日本发电用的石油消费量下降到3.67万t/d，燃油发电占发电总量的比重也下降到9%。

2011-2013年，由于发电用的煤炭和油气进口量的大幅度增长，加之这一期间石油价格的不断走高，日本发电企业每年增加300亿美元的费用用于支付额外增加的进口化石燃料。

3 煤炭消费及需求预测

3.1 煤炭消费

日本的煤炭消费峰值是2013年达到的，为173.3 Mtce，自此之后逐渐走低，2018年创出煤炭消费的新低，为168.0 Mtce。日本的煤炭消费主要集中在发电领域。依据2019年版《世界能源统计年鉴》，2018年日本的总发电量为1 051.6 TW·h，其中天然气是最大的发电用能源，占比36.79%；煤炭排第2，为33.02%；可再生能源排第3，为10.66%。2018年日本发电能源构成如图4所示。

图4 2018年日本发电用能源构成

2018年，日本90座以上燃煤电厂生产了317 TW·h 的电力。煤电在日本2018年发电量中所占的比重创出了2011年福岛核事故以来的新高。2010年，煤电占日本总发电量的25%，核电占29%。

3.2 煤炭需求预测

2011年之前，日本经济产业省计划，2030年减少燃煤发电一半以上，由核电替代减少的煤电，核电届时占日本总发电量的50%。然而，由于福岛核事故和随后核电站的陆续关闭，未来10年，日本发电企业计划建设20 000 MW燃煤发电能力。

日本政府承诺，2030年二氧化碳排放量将减少26%。因此，发电企业新建燃煤电站，将面临日本政府环境政策的压力，并取决于日本二氧化碳减排具体实施的努力程度。此外，与人口中心城市的距离，也决定新的燃煤电站能否开工建设。

当前，日本政府鼓励发展更加高效的燃煤技术，如超超临界燃煤电厂，以满足环保的需要。超超临界燃煤电厂的二氧化碳排放，比传统的燃煤电厂要少得多，但仍是天然气发电排放的近2倍。日本经济产业省目前计划到2030年，燃煤发电量中的50%将来源于超超临界燃煤电厂[6]。

4 煤炭供应战略与进口

4.1 煤炭供应战略与规划

日本能源供应严重依赖进口。对于煤炭资源，日本政府主要通过出资、债务担保、技术实证、技术转移、收集并提供信息、产煤国共同调查、民间联合调查等方式，促进煤炭资源供给的多渠道化，确保安定的煤炭供给。从经济产业省提出预算到底层企业获得生产权益，每一个实施流程都有日本石油天然气金属矿产资源机构(JOGMEC)直接或间接的参与。2018年日本煤炭能源中心(JCOAL)信息战略部发文提出，日本已解决了煤炭利用过程中产生的 SOx、NOx、 煤尘等地区环境清洁煤技术(CCT)课题。今后将向以煤炭为能源的发展中国家提供环境设备以及普及运行和维护管理技术。在此基础上，把日本可靠的高效化 CCT推广到需要增加煤炭使用推动经济发展的发展中国家。因此日本计划在外国政府以及相关机构的适当干预下，根据需要开展包括港湾等基础设施建设以及一揽子发电厂项目。

日本将从保证资源开发人才的观点出发，通过煤炭、钢铁、石灰石等行业横向联合，持续推进人才培养工作。另外，由于日本国内资源开发规模缩小，有必要与海外资源开发现场合作培养资源开发人才。在澳大利亚昆士兰州政府及昆士兰大学的协助下，利用煤矿以及相关设施对企业年轻人进行培训。另一方面，CCT 普及对抑制全球二氧化碳排放将发挥重要作用，所以培养掌握和运用 CCT 的人才将成为今后人才培养的主要方向。

4.2 煤炭进口前景

由于国内煤炭生产企业基本全部关闭，日本消费的煤炭几乎全部依赖进口，进口动力煤满足发电需求，进口冶金煤用以生产粗钢。2018年，日本进口了190 Mt左右的煤炭，排名在中国和印度之后，位列世界第三大煤炭进口国。2000-2017年日本煤炭进口量如图5所示。根据2019版《世界能源统计年鉴》的数据，澳大利亚是日本主要的煤炭进口来源国，2018年向日本出口了116.12 Mt的煤炭，占日本当年煤炭需求的61%。同年，印度尼西亚向日本出口了29.03 Mt煤炭，俄罗斯出口19.05 Mt，美国出口11.79 Mt，加拿大出口8.71 Mt，日本从这4个国家进口的煤炭总计占其煤炭进口量的35%，具体如图6所示。

图5 2000-2017年日本煤炭进口量

图6 2011-2018年日本煤炭进口来源

2018年，美国对日本出口动力煤增长了20%。截至2019年3月底，美国动力煤对日本的出口量比2018年全年增长了38%。

5 低碳绿色发展与煤炭清洁利用

2014年4月，为了应对福岛核电站事故，日本政府制定了2030年“第4次能源基本计划”，目标是到2030年，实现煤炭占整个国家供能的26%、核能占20%～22%、可再生能源占22%～24%、天然气占27%、石油占3%的能源足额计划。

根据世界经济发展、能源环境变化以及节能技术创新等趋势，2018年7月，日本内阁批准了“第5次能源基本计划”，作为日本2030年新能源政策和2050年进一步发展的基础[7]。该计划遵循“3E+S”原则，即首先保证能源稳定供应，在“安全”的前提下，通过提高经济效益实现低成本能源供应，最大限度地追求环境适宜性。

5.1 低碳绿色发展

(1)全面实现节能型社会，保障资源安全。促进化石燃料独立发展，构筑强劲完善的企业体系；通过资源外交等多方面的发展，夯实资源采购环境基础；通过建立高度灵活和透明的国际贸易市场，改善资源采购条件；促进日本海洋能源和矿产资源的开发。实施以《节能法》为基础的综合措施和相关支撑政策。

(2)促进可再生能源的利用。将可再生能源作为主要能源，推进技术研发，克服电网约束保证负荷跟踪能力及脱碳措施，继续积极推动可再生能源发展，保证可再生能源有效利用。

(3)重新确立核能政策。努力争取社会对核能的信任，建立稳定的运行环境，进一步加快福岛核电站的恢复重建。

(4)全面建设“氢社会”。建立国际氢气供应链，开发能源载体技术，引进氢气发电，实现低成本氢气利用。推进能源体制改革，加大能源系统合理竞争，推动电力、燃气和热力改革。

(5)提高国内能源供应网络的弹性。建立国家储备、民间储备、第三方储备的综合石油储备模式，并由过去注重数量向注重机动性转变。

5.2 煤炭清洁利用技术研发与应用

日本煤炭主要应用于发电、炼钢等领域。煤炭的利用易造成粉尘、SOx与NOx等区域性大气污染，也会造成温室气体大量排放。清洁煤技术则主要在这些方面为企业提供了煤炭清洁高效利用的方法，可以有效减少对环境的负外部性。

清洁煤技术有很多种，例如煤气化与煤热解技术、煤炭液化技术，也有在工程末端的排气处理技术，而从应用领域进行分类则有煤炭发电技术、炼钢与焦炭制造技术等。气化与热分解技术是煤炭液化与整体煤气化联合循环发电系统(IGCC)、联合煤气化燃料电池发电系统(IGFC)等技术的基础。日本拥有一种最新的技术，即煤炭加氢热分解气化技术(ECOPRO)，这种技术能够在高效生成合成气、降低氧气使用量的同时减少CO2排放量，并可以使用低阶煤(次烟煤和褐煤)。在煤炭液化技术(CTL)方面，日本研发了著名的NEDOL法与褐煤液化方法(BCL)，做到了充分利用低阶煤。特别是已实用化的煤制二甲醚(DME)技术更是受到各国关注。在排气处理技术方面，日本的排烟脱硫装置早已于1973年开始应用。至今，依靠燃烧粉煤的火力发电厂基本都使用了湿式石灰石—石膏法的脱硫装置。全球煤炭利用主要有以下2种技术发展方向。

(1)亚临界(SUB-SC), 超临界(SC), 超超临界(USC)直至高级超超临界(A-USC)发电。当前世界各国应用的技术主要是SC，而日本正在推行USC。USC技术可以较SC提高约5%的发电效率，其热效率可以达到45.2%的世界最高水平。日本的USC技术早在1993年4月就在中部电力的碧南火力发电所3号机开始商用。根据JCOAL统计，2018年日本的煤炭火力发电厂中USC占比已超过煤炭总发电功率的50%。从20世纪90年代起，日本的燃煤发电效率就一直是世界最高水平，2018年已高达42%。

(2)IGCC和IGFC发电。这两种技术可以促进使用低阶煤中的次烟煤和褐煤，更有助于资源的充分利用。需要提到的是，2013年4月，常磐共同火力株式会社已将IGCC设备开始商用。日本计划在2030年前后大量推广IGCC和IGFC，其发电效率达到50%～55%。此外，煤炭与生物燃料混烧发电技术也已经被日本的很多公司使用，如：北陆电力、关西电力和中国电力等。而在炼焦与制铁、制钢技术方面，日本研发的面向21世纪的高效生产与环保的超级焦炉(SCOPE21)已经投入生产。据新日铁公司估计，SCOPE21可以将低阶煤的使用率从20%升至50%，氮氧化物的排放减少30%。