第一节
煤炭能源清洁化开发与利用的现状

煤炭在开采、加工和利用的过程中会造成较为严重的环境污染，降低煤炭能源的使用比例成为一项重要工作。化解煤炭、煤电等领域过剩产能，推进煤炭清洁高效生产利用将成为煤炭领域的重点工作。2014—2019年累计退出煤炭落后产能9亿吨，淘汰关停落后煤电机组3000万千瓦以上，建成14个大型煤炭现代化生产基地（产量之和占比达90%）。“十三五”期间我国煤炭产量虽逐年上升，但占全国一次能源生产总量的比重却有所下降，至2019年占比68.6%，较2015年下降3.6个百分点；煤电装机规模增长速度放缓，截至2019年，装机规模约为10.4亿千瓦，占全国电力总装机容量的比例为51.79%，较2015年下降7.3个百分点。现役煤电机组全面实现脱硫、脱硝，有序关停30万千瓦以下煤电机组，高效超低排放煤电机组占比不断提高（达到85.6%）。

一、煤炭的生产新格局

随着煤炭生产格局的变化，清洁化开发与利用的任务在区域分布上有了新变化。从表5-1中可以看出，我国煤炭资源丰富，产量巨大，2019年产煤量374553万吨，2020年产煤量384374万吨，产量同比增长3%。需要注意的是，除宁夏、新疆、云南、山西、青海、陕西、甘肃、湖北以及安徽外，其他省份的煤炭产量都出现了不同程度的下降，煤炭的供给格局发生了较为明显的变化，生产的重心由全国分散布局转向以西北资源富集区为主的煤炭生产布局。

煤炭行业的区域格局逐渐发生变化的同时，煤炭企业落后产能退出、技术升级、兼并重组将成为未来的主流趋势。2020年底我国在运营煤矿约4700处，到“十四五”末期将缩减产能至4000处左右，结合数字化和物联网技术将建设智能化煤矿1000处以上；提高煤矿生产的规模化和集约化，建成千万吨级露天矿井65处，产能达到10亿吨/年。“十四五”期间，将要大力推动煤炭企业的兼并重组工作，组建超亿吨级的煤炭企业10家以上，增强煤炭企业的竞争力，培育3～5家具有全球竞争力的一流煤业。“十三五”期间，我国煤矿累计退出约5500处，落后产能退出达到10亿吨/年以上，煤炭落后产能的消解任务顺利推进。在去产能的同时，煤炭供给体系的质量显著提升。“十三五”期间，我国已建成1200处年产达到120万吨以上的现代化煤矿，大型煤矿的产量占全国产能的80%左右，煤炭生产的企业规模化得到进一步的推进。与此同时，“十三五”期间，我国建成年产千万吨级煤矿52处，产能8.2亿吨/年。由此可见，煤炭去产能并没有影响新建煤矿项目，煤炭行业的区域格局变化、企业规模化及新旧产能交替都在顺利推进中。

二、煤炭的清洁化开发——智慧绿色矿山

我国煤矿数量众多，规格也参差不齐，通过整合提高矿山的规模性、效率性、安全性和生态性是必然的选择。从煤炭的源头生产做到清洁化开发，是确保煤炭低碳环保绿色开采的基础。绿色矿山（Green Mine）是运用科学合理的方案开发利用矿产资源，维持矿区良性的生态循环，实现资源利用高效、企业管理规范、生产工艺环保、矿山环境优美，实现人与自然和谐共生。自2010年起，我国陆续开展了绿色矿山的试点工作，先后建立了超过674个绿色矿山。智慧化是在传统的煤炭开采的基础上加入了数字化技术，综合运用物联网、云计算、人工智能等技术，形成煤炭矿山开发的感知、分析和决策系统。基于煤炭开采的数据使得煤炭开发可以进行历史的和横向的可视对比，使煤炭的采掘、运输、选洗、安全环保等过程更加智能化。预计2025年，智慧煤矿将从单体智能向多系统智能转变，初步形成数字化、集成化和网络化的智慧矿山，并在进一步的演进中实现人工智能对安全生产、系统保障的支持（王国法等，2018）。

以煤炭资源开采的绿色化和智慧化推动矿区生态文明建设。结合矿区的生态地质环境，在矿区推广充填开采和保水开采以及伴生资源的联合开发，结合绿色低碳开采技术，进行原煤选洗，实现煤炭开发过程中的绿色化。随着煤炭生产格局的变化，黄河流域成为煤炭资源开发的主要地区，作为生态环境脆弱区，要实现资源开发与生态保护的协同规划，完善煤炭资源开发、建设、生产中与生态环境保护的协同工程。矿区开发与保护同步进行，关注矿区生态功能维持和延续，建设绿色矿山。与此同时，绿色矿山还要注重与资源所在地区社会经济环境的协调发展，综合考虑矿区建设历史，进行区域经济社会发展的评估，对矿区开发、环境保护与社会经济发展进行协同设计、科学评价，促进煤炭资源开发、生态环境、社会经济三者之间的协调发展。

三、煤炭的高效利用——煤化工

煤炭经过粗加工就直接利用容易造成严重的环境污染，而煤化工可以有效地扩展煤炭相关能源产品种类，将污染性元素在加工过程中予以排除，从而提高产品终端的清洁性。传统煤化工技术比较成熟，主要涉及煤焦炭、天然气制化肥和合成氨等产业。在传统煤化工方面，我国拥有完善的产业链，产量居世界前列，可以较好地满足国内的需求，但是近几年，我国煤化工产业的利用率较低，焦炭、电石、甲醇的利用率低于70%，存在突出的产能过剩问题（见图5-1）。随着环保限产、化工园区整顿等工作的推进，长江沿线化工厂的落后产能退出趋势较快，传统煤化工产品价格有所回升，企业营利性得到了明显改善。

不同于传统煤化工，现代煤化工是指以煤为基础，生产清洁燃料和化工原料的化工业。现代煤化工产业链较长、产品丰富，主要包括煤制油、煤制气，以及煤制烯烃、芳烃、乙二醇等化学品。

煤化工产能规模持续扩大，在能源“金三角”基地和新疆地区集聚，形成了一定的规模优势。2017年底，我国煤制油产能为84万吨，在建产能为584万吨；煤制烯烃产能为886万吨，在建产能为515万吨；煤制乙二醇产能为383万吨，在建产能为639万吨；煤制天然气产能为65亿立方米，在建产能为178亿立方米。煤化工项目向能源“金三角”产业基地和新疆产业基地集聚，形成了煤化工生产的新格局，对区域社会经济环境的发展都将产生深远影响。

煤化工的优势取决于其他能源品种的相对价格变化，当原油价格在60～80美元/桶时，现代煤化工才具有一定的盈利能力。煤液化项目一般低于其他的非常规石油开采成本，盈亏平衡点在55～65美元/桶（国际布伦特油价）。当国际原油价格超过50美元/桶时，煤制烯烃项目在成本上具有一定的优势；当国际原油价格超过60美元/桶时，煤制芳烃项目具有一定的竞争力；当国际原油价格超过55美元/桶时，煤制乙二醇项目具有一定的竞争优势。当煤价低于200元/吨（坑口）时，煤制天然气成本与进口中亚管道天然气相比具有一定竞争力；当煤价低于370元/吨（坑口）时，煤制天然气送至东南沿海地区与最新引进的LNG项目相比具有一定的竞争力。规模扩大和成本优势使得煤化工具有较好的综合效益。目前的煤化工产品更加丰富和清洁，使得传统煤炭产业链得到延伸，促进了产业升级，促进了技术进步和就业。煤炭相关企业的经营水平得到了提高，与清洁化的开发和利用逐渐形成了良性循环，促进了煤炭产业的健康发展。在目前“多煤少油”的资源禀赋下，煤炭产业的清洁化对实现“双碳”目标、降低能源的对外依存度、保障能源安全具有重要意义。煤制清洁燃料清洁化技术见表5-2。

四、煤炭生产和利用的环境污染

从煤炭的开发和利用上来看，煤炭的生命周期伴随着大量的环境污染，面临生态环境的巨大压力，其清洁化开发和利用具有很重要的现实意义。煤炭开采和洗选环节产生大量的工业“三废”，造成了严重的环境污染，是清洁开发的重点关注领域。2018年，我国煤炭开采和洗选业的污水排放中，化学需氧量（COD）有15231吨，氨氮排放量有42吨。为进行污水处理，建立工业废水治理设施3034套，工业废水治理设施处理能力1316万吨/日，工业废水治理设施年度运行费用199832万元。煤炭的开采和洗选产生了大量的废气，其中工业二氧化硫排放量达到16579吨，工业氮氧化物排放量达到29346吨，工业颗粒物排放量达到1151750吨，为进行废气的处理，建立工业废气治理设施3145套，工业废气治理设施处理能力4312万立方米/小时，工业废气治理设施年运行费用81874万元。固体废弃物污染中一般工业固体废弃物为55226.2万吨，一般工业固体废弃物综合利用量为26182.9万吨，一般工业固体废弃物处理量为23366.1万吨。

煤化工是将原煤通过加工转化成液体、气体或者固体燃料，并提炼出煤炭资源中的相关化学物品的过程，煤炭的深加工可以生产出丰富的产品，通常包括炼焦、煤制油、煤制气等，用以生产甲醇、二甲醚以及烯烃等化工产品，是煤炭资源的综合利用过程，但同时也是一个高污染、高耗能的过程。煤化工在发展的过程中，开采、燃烧、选洗、焦化和液化会产生大量的空气污染物如粉尘、二氧化硫、二氧化碳等，水污染物如氨氮等有毒物质，固体废弃物如废渣等（王猛，2020）。煤炭加工的污染数据和石油化工等是合并统计的，无法观察到单独的煤化工污染数据，因此无法进一步展开研究。

此外，到了煤炭的终端消费环节会通过燃烧向空气中排放大量的二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物（NO _X ）以及烟尘等有害物质。工业用煤等可以通过提升技术和安装环保设备来管控污染排放，但是大量的民用散煤则使用较为原始，在不充分燃烧的情况下会排放出更多的二氧化碳、一氧化碳等有害气体。 d6z8G53GOuWnT3Db2qAY4oFTn8wL7upYlvU8rawIgMnZmkx8Jcjl/1AgYdQ92dVa