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基于多维度视角的煤基低碳科技研究
韩芸,王云    时间:2018-12-28

摘要:低碳经济的发展已成为国际共识,低碳科技创新是发展低碳经济的核心举措。煤基低碳科技是煤基产业与低碳技术两方面相互融合的复合体。基于多维度视角,从政治、经济、环境、技术4个维度解读煤基低碳科技的内涵特征,构建煤基低碳科技理论框架,进而提出促进煤基低碳科技发展的对策建议。

关键词:煤基产业;低碳经济;科技创新

中图分类号:F416.21 文献标志码:A 文章编号:1002-9605201807-0021-05

Research on coal-based low carbon technology based on multi-dimensional perspective

Han Yun, Wang Yun

(Shanxi Academy of Social Sciences, Taiyuan 030032, China)

Abstract: The development of low carbon economy has become an international consensus. Low carbon technology innovation is the core measure to develop low carbon economy. Coal-based low carbon technology is a complex of coal-based industry and low carbon technology. Based on the multi-dimensional perspective, this paper interpreted the connotation characteristics of coal-based low-carbon technology from the four dimensions of politics, economy, environment and technology, constructed the theoretical framework of coal-based low carbon technology, and proposed countermeasures to promote the development of coal-based low carbon technology.

Keywords: coal-based industry; low carbon economy; technological innovation

基金项目:2017年山西省软科学研究计划重点项目(2017042016);2018年山西省社会科学院规划课题项目(YGH2018010

近年来,在全球气候变化和发展低碳经济的形势下,天然气作为一种清洁和高效能源,被认为是煤炭最有效的替代品。2017年北方20个省份参加了“煤改气”工程,“2+26城市”冬季取暖全面禁煤,短时间内制造了大量的天然气需求,导致全国各地出现了天然气供不应求的“气荒”局面,多个省份发出天然气供应Ⅱ级橙色预警。天然气市场供需矛盾日益尖锐,价格一路上涨,创下历史新高。与此同时,随着去产能的持续发力,煤炭行业在经历了全面下滑后,出现整体好转,煤炭价格反弹。“气荒”和煤价反弹的背后凸显了传统能源煤炭与替代能源之间的博弈。我国基础能源种类繁多,主要包括煤炭、焦炭、原油、汽油、柴油、液化石油气、天然气、电力等,但是我国的基础能源仍然是以煤炭为主,并且在可预见的一个相当长的时期内,以煤炭为主的能源结构仍将是难以改变的基本现实。在大力倡导低碳经济、实施能源革命的背景下,但绝不是革煤炭的命,煤炭要革命,要实现煤炭全产业链的清洁高效可持续开发利用。技术是决定未来胜负的关键,煤炭产业低碳清洁高效利用的关键环节是低碳科技的运用和创新。

实践的长足发展需要有强大的理论支持。煤基低碳科技发展的理论研究还处于初级研究阶段,学界还没有形成广泛共识的理解和相对成熟的研究框架,特别是现实经济中与煤基产业和低碳科技发展相关问题的研究还处于相对薄弱的状态。同时,由于对煤基低碳科技特性认识不清,研究总是依附于产业或企业的研究之中。鉴于此,本文从多维度视角出发,从政治、经济、环境、技术4个维度解读煤基低碳科技的内涵特征,构建煤基低碳科技的理论框架,进而提出煤基低碳科技研究的发展方向。

1 煤基低碳科技概念

“煤基低碳科技”是在能源革命背景下,由山西省首次提出。山西省围绕煤基低碳科技创新编制了煤层气、煤焦化、煤化工、煤电、煤机装备、煤机新材料和煤炭生产7条煤基产业创新链,着力打通煤炭经济与低碳创新联结通道,实现科技、产业、金融的有机结合,推动煤基产业的新型工业化建设。

理论上,煤基低碳科技包含两个层次的内容,一是煤基产业,二是低碳科技。对于煤基产业,学术界还没有明确统一的定义。多数学者对煤炭产业链的概念进行过研究,研究视野从企业层面逐渐扩展到产业层面。认为煤炭产业链是企业集合的有:任一鑫等[1]认为包含3种情况,一是满足煤炭企业生产过程所涉及到的一系列具有上下游关系的企业集合;二是满足煤炭生产过程的某一产品生产过程中所涉及到的企业集合;三是围绕某一产品或服务的研发设计、生产、销售及售后服务所涉及到的企业集合。陆刚等[2]认为煤炭产业链是围绕满足煤炭企业生产过程所涉及到的一系列具有上下游关系的企业集合。袁迎菊[3]认为煤炭产业链以煤炭企业为核心,是从最初供应商到最终用户的整条产业链。认为煤炭产业链是产业集合的有:战彦领[4]认为煤炭产业链是基于原煤开采与深加工所涉及到的一系列具有相互关联关系的产业集合。张洪潮[5]认为煤炭产业集群是在煤炭富集区域,以具有典型垂直一体化特征的大型煤炭企业集团为组织基础,以煤炭资源为核心联结要素,具有线性相关关系的众多企业聚集体,它们之间通过物质交换“能量传递”信息共享连接而形成的有机统一体。也有学者在研究中提出煤基产业的概念,赵子铭[6]认为以煤炭为工业原料的相关产业就是煤基产业。李芳[7]认为煤基产业主要包括煤层气、煤电、煤焦化、煤化工、煤机装备、煤基新材料和煤炭生产七大产业,并认为煤基产业是一种多层次树状构架,分四个层次的内容。基于以上学者的研究,本文认为煤基产业是一个综合性的概念,是以煤炭为要素的多种产业的集合体,设计煤炭从开采、运输、加工、使用、转化、利用、回收、物流等各环节相关联的多元化产业集合。

低碳科技是伴随着构建低碳经济、绿色革命的兴起提出的技术概念。学界还没有比较权威的定义。美国在20世纪80年代初提出清洁煤技术,目的是为了从技术上解决煤炭燃烧所产生的环境污染特别是酸雨问题,为了最大限度利用煤炭能源,同时减少对环境造成危害。国际能源署(2008)从环境友好技术中识别出17项关键技术,并将其命名为低碳技术;蔡林海[8]认为在能源消费和供给领域能够抑制地球变暖的技术就是低碳技术。

综合上述煤基产业和低碳科技两方面的内容,本文认为煤基低碳科技是多个概念的集合体,是产业与技术两方面相互融合的复合体。

2 多维度视角解读煤基低碳科技的内涵和特征

2.1 政治维度

煤炭是我国最丰富的能源资源,占我国已探明化石能源资源总量的94%左右,也是我国最基础的能源资源,在我国能源安全战略中具有重要地位。与其他能源资源相比,煤炭是最经济、最廉价的能源资源。与石油、天然气相比,对外依存度低,是我国最可靠的能源,在未来较长一段时期内,煤炭在我国能源体系中的地位和作用仍然不可替代。我国能源安全战略的核心内容是能源生产和消费革命,其目的是抑制不合理的能源需求,促进供应体系的多元化,并通过技术革命、体制革命和加强国际合作,全方位保障我国能源安全。作为基础能源,煤炭肯定要革命,但不是革煤炭的命。解决煤炭问题的关键是实现煤炭的清洁高效利用,而煤基低碳科技又是煤炭清洁高效利用的核心。当前,各个国家和地区都意识到煤基低碳科技的发展在能源革命和能源安全方面所起到的巨大作用,煤基低碳科技的发展对于煤炭资源型地区而言是一个新的发展契机,如果能够抓住这一机遇在煤基产业领域进行低碳科技创新活动,将会为煤炭资源地区赢得新一轮发展的竞争力。

2.2 经济维度

煤炭资源全生命周期包含了从开发、生产、加工、利用以及废弃物处理的整个过程。传统煤炭的开采和洗选方式对于原煤的利用度不高,大量原煤未经加工增值就直接销售,产品粗放,煤炭产品附加值低,经济效益也很低,是一种不可持续的经济发展模式。新时代煤炭产业要实现可持续发展,重点是推进煤炭绿色开采、煤炭清洁发电、煤炭清洁转化、煤炭伴生资源利用、煤矿安全保障等技术的创新发展,提升煤基产业安全、清洁、高效、持续发展的技术保障能力。煤基低碳科技发展一方面可以提高煤炭产业附加值,延长煤炭产业链,提高煤炭行业的经济效益,带动相关产业以获得新的经济增长点;另一方面,煤基低碳科技有助于经济发展方式的转变和产业结构的调整。煤基低碳科技在节能减排、清洁能源利用、生态环保等方面都能提供技术支持,通过低碳科技在生产中的应用促进经济增长,并使经济增长方式由粗放型向集约型转变,为煤炭资源型地区的经济结构调整做出贡献。

2.3 生态环境维度

传统的煤基产业发展模式是一种粗放式模式,是从资源开采、消费利用、污染到治理的单向发展模式,其特征是投入高、消耗大、排放多,生态环境负荷大。据相关调查显示,我国每开采1t煤需要消耗2.5t的资源,同时还会损耗共生的铝矾土、高岭土与耐火粘土等资源8t左右,消耗水资源约2.5t,同时还会造成空气环境的污染[9]。科技是调节人与自然的中介,科技的每一次进步,都会对自然生态环境带来影响。煤基低碳科技的发展在促进煤炭资源开发利用、改善生态环境、节能减排、促进人类健康发展方面起到了积极的作用。煤炭资源地区要在构建煤基产业链的基础上实施低碳科技创新,尽可能延长产业链,提高资源利用效率,减少生态环境破坏,使环境成本最低,提高资源的综合利用效益。

2.4 技术维度

当今世界正处于新一轮能源革命的起步期,其核心是技术革命,是以高效、清洁、低碳化的模式代替传统、粗放的用能模式,最终实现化石能源向绿色、可持续的可再生能源系统转变。煤基低碳产业科技本质上是一种全过程的技术链,包含煤炭的开采、运输、加工、转化、利用等各个环节,技术革新将改变煤基产业的空间结构、组织结构以及链条模式。因此,技术进步是推动煤基产业发展的最主要因素,也是煤基产业低碳发展的重要动力。从煤炭行业的技术发展来看,随着现代化新理念、新工艺和新技术的不断渗透,我国煤炭资源从开采到加工,到伴生资源的利用以及环境保护等技术都得到了快速的发展,极大程度推动了煤基产业的低碳发展。当前,煤炭清洁高效利用技术,如IGCC、煤基多联产、智能电网等技术逐渐进入市场导入期。技术的进步和突破决定了未来煤基产业低碳发展的方向。煤基低碳多维度示意图如图1所示。


1 煤基低碳多维度示意图

综合以上理论观点,本文认为煤基低碳科技是指以煤炭资源为基础,以低碳、清洁、绿色、高效为方向,基于煤炭开采、加工、综合利用等全过程的科技发展综合体系。煤基低碳科技的主要特征包括以下4个方面。

1)全过程性。任何一项技术的创新都是从设想到市场应用的过程,具体包括产生设想、开发研究、应用示范、再到商业化生产等一系列活动,其本质是科技进步和经济一体化的过程。煤基低碳科技包括煤炭资源的勘探、煤田的开发、煤炭低碳生产、煤炭贮运、低碳加工转换、低碳综合利用等全过程环节。低碳科技贯穿于煤基产业链发展的各个环节。

2)渐进性。煤基低碳科技的发展是一个循序渐进的过程,是分阶段的链式过程。初期阶段是观念的创新;中期阶段是实践的创新;后期阶段是产出的绩效阶段,三个阶段依次接力推动煤基低碳科技不断进步创新。同时,煤基低碳科技系统也遵循创新期、发展期、成熟期、衰退期的演化过程。

3)耦合性。煤基低碳科技系统是由各个相关要素构成的有机整体,系统中各个煤基产业处于不同的地位,系统内各个要素之间协调配合,通过信息、能量和物质的互换有机的链接在一起。煤基低碳科技系统包括煤基低碳科技产业化过程中所需的各种设备、技术的相关专业人才、煤基低碳科技理论成果等,不是简单的各个要素功能的叠加,而是相互协调配合的复杂系统工程。

4)开放性。煤基低碳科技系统是一个开放的系统。煤基低碳科技创新成果不仅仅局限于在一个国家或一个地区范围内传播和共享,重点的低碳科技创新将迅速扩散到全球,许多重大的低碳科技创新活动及其成果本身就是多国合作、各方协力、联合开发创造的结果。

3 煤基低碳科技的主要内容

3.1 煤炭开采技术

采煤生产中采用的技术直接影响矿井的生产能力。我国煤炭开采技术经历了炮采技术、普通机械化采煤技术、综合机械化采煤技术和绿色开采技术。目前普遍采用的是综合机械化采煤技术。我国已基本实现95%的机械化开采率。绿色开采技术包括煤炭地下气化技术、煤与瓦斯共采技术、充填采煤技术、保水开采技术等。

煤层气是以吸附状态赋存于煤层或煤系地层中的非常规天然气资源。目前煤层气开采有两种方式,一种是井下抽采,另一种是地面钻井开采。主要有:水平井钻井技术、注气增产技术、极小曲率半径钻井技术、L型抽采技术等。

3.2 煤炭洗选技术

选煤是洁净煤技术的源头和基础。我国的选煤技术主要有跳汰洗煤法、重介质洗煤法、浮游洗煤法。新建洗煤厂多采用重介质分选槽和重介质旋流器为主要分选设备的分选工艺,其次是跳汰分选。在分选技术上,跳汰机、螺旋溜槽、新型的重介质分选机等是未来选煤技术与装备的发展方向。细粒煤和超细粒煤的分选技术是未来选煤技术的特点。

3.3 煤化工技术

煤化工主要包括焦化、气化、液化和合成化学。煤化工技术分为传统的煤化工技术和新型煤化工技术。传统的煤化工技术主要有煤炭气化技术、煤炭液化技术和煤炭焦化技术。煤气化技术现已工业化的有:鲁奇(Lurgi)固定床加压气化技术、德士古(Texaco)的煤气化过程(TCGP)、西门子(GSI)气化技术、壳牌的煤气化过程(SCGP)。煤气化后的扩链技术还包括:合成氨技术、煤制甲醇技术、甲醛制烯烃技术、煤基二甲醚技术、煤制甲烷技术等。煤炭液化技术分为直接液化技术和间接液化技术。直接液化技术经过多年的发展,技术已经较为成熟,目前运用较为广泛的技术主要有德国的IGOR工艺、日本的NEDOL工艺、美国的HTI工艺、俄罗斯的FFI工艺。煤炭间接液化的合成技术有德国科学家发明的F-T合成技术。煤炭焦化技术方面,目前运用较为广泛的主要有高挥发分煤炼焦技术、弱粘煤炼焦技术、中低温热解技术、干熄焦技术与捣固炼焦技术等。煤焦化后的扩链技术主要有焦炉气技术、煤焦油技术和焦炭技术。除了煤炭气化、液化和焦化技术外,目前我国新型煤化工技术主要有煤基液体燃料、煤基气化燃料和煤基化学品等。

3.4 清洁煤发电技术

在清洁煤发电技术中,我国现阶段主要有常压循环流化床燃烧,增压流化床燃烧,整体煤气化联合循环,加脱硫、脱销装置的超临界机组,这4种高效洁净煤技术当前已经实现商业应用。一致认为最有前景的技术有超临界、超超临界发电技术、整体煤气化联合循环发电技术(IGCC)、循环流化床技术(CFBC)、增压流气化床锅炉联合循环技术(PFBC-CC)等。

3.5 碳捕集与封存技术

碳捕集与封存技术简称CCS,是指将大型发电厂所产生的二氧化碳收集起来,并用各种方法储存以避免其排放到大气中的一种技术。这种技术被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖最经济可行的方法。CCS技术中二氧化碳捕集技术分为燃烧前捕集技术、富氧燃烧捕集技术、燃烧后捕集技术。二氧化碳封存技术包括生态封存技术、地质封存技术、海洋封存技术和矿物封存技术等。CCS技术在我国仍处于技术开发工程示范阶段。

3.6 煤基新材料技术

主要有煤基活性炭技术、碳分子筛技术、高性能碳纤维材料技术、纳米碳技术、富勒烯技术、碳纳米管技术、石墨烯技术等。目前,石墨烯技术已成为各国煤基低碳技术研发的重点。

4 促进煤基低碳科技发展建议

4.1 加大煤基低碳科技研发,扩大科技创新空间

加强煤炭资源综合开发、煤炭清洁利用与高效转化、煤矿重大灾害防治与环境保护等基础理论研究,为煤基低碳发展提供基础支撑。加快煤炭安全绿色开采、智能矿山建设、煤炭清洁利用和高效转化等关键技术攻关。重点支持有研发基础且有发展潜力的煤基低碳技术领域,如煤层气、综采技术等。

4.2 强化煤基企业科技创新主体地位,构建科技创新平台

企业是科技创新的主体[10],煤基企业在煤基低碳科技创新决策、研发投入、科研组织和成果转化等方面同样具有主体地位,煤基企业是决定低碳科技创新成功与否的关键。因此,煤基企业一方面要树立“主人翁”思想,加大自主创新力度,提升科技创新的权重,多与高校、科研院所合作,大力吸引并鼓励高校、科研院所为煤基低碳科技的攻关做贡献;另一方面要发挥骨干煤基企业在整合创新资源、带动产业链整体创新方面的作用,加大煤基技术中心、工程实验室、技术研究中心等高科技创新平台建设,搭建以大型骨干煤基企业为核心的开放式创新平台,组建煤基低碳产业科技创新联盟,吸引、整合上下游的产业资源、创新资源。

4.3 加强人才队伍建设,聚集高端煤基低碳科技人才

适应煤炭开采智能化、煤炭利用清洁化、企业管理信息化的需要,加快培养一批高层次科技研发人才、国际化经营管理人才,培养一批面向煤基低碳产业需求的煤机装备制造业、煤炭深加工、战略性新兴产业、生产性服务业、金融业行业紧缺的工程技术类人才,建设知识型、技能型、创新型人才队伍,聚集高端煤基低碳科技人才队伍,形成推动现代化煤基低碳科技体系建设的新动力。

4.4 加强交流合作,促进煤基低碳科技协同创新

加快建设统一的科技资源共享机制,实现煤基低碳科研基础设施、设备、文献、数据等资源的共享,除保密项目以外,科研院所可以利用仪器设备等与社会资本联合共建科技创新载体或共同体,推动煤基低碳科技创新的发展。另外,要加强煤基低碳科技相关的政策协同机制。相关部门要对现有政策进行仔细研究和梳理,确保各政策之间的一致性和协同性,共同促进煤基低碳科技的快速发展。

4.5 深化科技与金融融合,建立煤基低碳科技投融资机制

煤基低碳科技受财力的限制,政府投入有限,资本市场、社会投融资机制尚不健全,科研经费成为制约煤基低碳科技发展的重要因素。要建立以煤基企业投入为主体,财政投入为引导,金融机构积极参与,全社会投入为支撑的多元化创新投入体系。加大政府对煤基企业实施稳定性支持、引导性支持,发挥煤基低碳科技的各种联合基金的作用。完善科技金融服务,积极探索股权众筹、互联网投资新模式。通过债转股等形式实现金融资本与研发资本的融合,实现煤基低碳科技研发资产证券化。

参考文献:

[1]任一鑫,于喜展,叶蔚.煤炭产业链发展模式研究[J].中国煤炭,20043):26-27.

[2]陆刚,孙宇博,丁兆国,等.煤炭产业链模式构建及应用研究[J].煤炭经济研究,20057):23-25.

[3]袁迎菊.煤炭产业链低碳演化机理及路径优化研究[D].徐州:中国矿业大学,2012.

[4]战彦领.煤炭产业链演化机理与整合路径研究[D].徐州:中国矿业大学,2009.

[5]张洪潮.生态学视角下煤基型煤炭产业集群模式研究[J].中国流通研究,20116):69-73.

[6]赵子铭.特色园区与阜阳煤基产业经济发展研究[D].武汉:中国地质大学(武汉),2013.

[7]李芳.山西省煤基产业低碳科技创新的资金投入效率研究[D].太原:太原理工大学,2017.

[8]蔡林海.低碳经济——绿色革命与全球创新竞争大格局[M].北京:经济科学出版社,2009.

[9]刘秀荣.新时期煤炭工业经济存在的问题与思考[J].财经界,201411):11-14.

[10]王云珠,刘晔,韩芸.能源转型背景下山西煤炭清洁高效利用路径与政策[J].煤炭经济研究,2018381):11-17.

作者简介:韩芸(1980—),女,山西洪洞人,助理研究员,硕士,主要研究方向为能源经济。E-mail648560495@qq.Com

责任编辑:柳妮

 

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