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

謝 克 昌 , 3

(1.太原理工大學 省部共建煤基能源清潔高效利用國家重點實驗室, 山西 太原 030024；2.懷柔實驗室山西研究院, 山西 太原 030032；3.中國科學院青島生物能源與過程所 泛能源大數據與戰略研究中心, 山東 青島 266101)

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[1]，但化石能源仍占全球消費量約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[2-5]，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。

1 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%。

隨著國際油氣貿易流向由“逆時針”轉向“順時針”，亞太與歐洲供應來源轉換，歐洲油氣“脫俄倚美”，俄羅斯油氣出口“轉東向南”。貿易流向的變化也使得國際能源價格體系動蕩加劇紊亂，煤價、電價、關鍵礦產資源價格飆漲。

根據BP 能源展望報告[5]，全球能源未來將存在四大趨勢：油氣作用下降、可再生能源快速擴張、電氣化程度提高、低碳氫使用增多。

近年來，我國能源發展成果顯著。我國能源供應能力穩步增長，能源結構不斷優化，節能減排取得成效，科技進步邁出新步伐，國際合作取得新突破，建成了世界最大的能源供應體系。

根據能源研究所統計數據[1]，2021 年我國煤炭、石油以及天然氣的儲采比分別為37.0、18.2、43.3 a。2022 年我國天然氣對外依存度約41%，進口量1 485億m3，其中通過陸地管道運輸597 億m3，通過海上運輸液化天然氣888 億m3。我國石油對外依存度超過70%，年進口量超過5 億t。超過35%的液化天然氣進口、超過70%的原油進口需通過馬六甲海峽，風險較大。

除此之外，目前我國CCS/CCUS、綠氫、綠氨等低碳技術仍未充分實現市場化，大部分技術預計到2035 年的市場占有率僅為1%[6]。除抽水蓄能外，其他儲能技術的技術成熟度和市場規模有待提升。

可以看出，中國在能源需求、能源結構、能源利用效率以及能源開發利用對生態環境的影響等方面面臨諸多挑戰，為應對這些挑戰，滿足經濟社會發展的需求，推動能源革命迫在眉睫。

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[7]。

此后，針對農村地區以及“一帶一路”戰略中的能源環境和西部能源大通道建設等能源革命中存在的深層次問題，能源革命二期研究提出了農村能源革命“供需協調、潔煤治霾、揚電引氣、優化結構”等戰略思路和相應的戰略目標，提出了西部能源與“一帶一路”能源發展以及“生態優先、清潔高效”等基本原則和“三步走”的戰略目標[8]。

2018 年，項目三期研究從能源出發，將能源與社會經濟、生態環境和區域發展特點聯系起來，轉變能源的“被動”作用為“主動”作用，針對不同區域的經濟基礎、社會特征和發展要求，強調能源革命不能“一刀切”、“齊步走”，提出因地制宜推進能源革命戰略舉措與保障措施[9]。

世界未來能源發展和地緣政治變幻莫測，加強我國新形勢下的中長期能源發展戰略研究十分必要?！澳茉磻鹇?2035)”研究[10]提出七大戰略舉措和六大保障措施與政策建議，指出能源革命定型期的標志是建成清潔低碳、安全高效的現代能源體系，碳達峰、碳中和是這一最終目標的階段目標和量化體現。因此，應以構建清潔低碳、安全高效的能源體系，引導“雙碳”戰略的實施。

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。

能源安全與低碳轉型的新目標要求以多元化的時空能源分布新格局來有序應對多變的國內國際局勢，而實現需求端能源供應的智能化，提高能源的可獲得性和服務范圍成為能源高質量發展的新任務。新型能源體系下各個維度特征及目標之間的關聯性如圖1 所示。

圖1 新型能源體系內涵Fig.1 Connotation of the new energy system

(1)安全高效。實施能源資源安全戰略，提高能源綜合生產能力，是強化國家經濟安全保障的三大戰略之一。新時代的能源安全包括能源供給安全、能源環境與生態安全、能源科技與經濟安全。生態文明發展需要建立新型的能源安全觀，從單純增加供應轉為供給側和需求側雙向制約的供應機制，改變片面強調保供的做法，實現能源的生態、環境、氣候約束供應。保障能源科技與經濟安全，需要轉變粗放型能源生產與消費的傳統觀念，通過提高能效、優化結構、降低能源成本實現能源的可持續供應。

(2)清潔低碳。能源體系的清潔低碳要求能源的開發利用全過程最大程度地減少對生態破壞和環境的污染，在生產和消費過程中最大程度地減少碳排放。通過加強約束火力發電大氣污染物排放限額等措施可有效減少大氣污染物排放?；茉吹那鍧嵏咝мD化、高碳能源的低碳化利用、提高非化石能源占比是能源低碳化的根本保證。

(3)多元協同。能源生產與消費方面利用多種能源進行互補(多能互補)，以保證能源供應安全和實現能源利用的最佳效果。多能互補的能源系統有利于提高系統運行效率、設備利用率，同時可以通過階梯利用提高能源利用效率，有效解決能源消納問題，避免浪費。同時，能夠帶動地方投資，促進行業發展和科技創新，提供良好的經濟效益和社會效益。能源供需雙側協同發展，包括集中式與分布式協同、煤炭與新能源協同、供給與需求協同發展等。能源協同發展要求新型能源系統由“被動式”協同向“主動式”協同演進，實現多能源系統耦合、多源協同源網荷儲用多端協同。

(4)智能普惠。通過集成“云大物移智鏈邊”等先進數字信息技術，能源系統的智能化水平將持續提升。智能能源系統存在3 個主要特征：數字化，智能化，以及網絡化。數字化意味著能源各環節數據自動采集、同步分析、共享，而智能化則將有助于供給側提高能源監測調度運行管理水平，消費側實現能源按需流動，促進資源節約和高效利用。網絡化能夠實現產、供、儲、銷各個環節運營系統互聯互通，以及數據可視及全面感知。智能化提高了能源系統的靈活性與連通性。在能源體系智能化基礎上，能源服務的普惠性要求需求側在負擔得起的、可持續的支持下，普遍獲得能源服務。

2 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

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。

由表1 可知，截至2022 年底，我國已建成10 套煤制油、5 套煤制天然氣、32 套煤(甲醇)制烯烴、36套煤(合成氣)制乙二醇示范及產業化推廣項目，煤制油、煤制天然氣、煤(甲醇)制烯烴、煤(合成氣)制乙二醇產能分別達到931 萬t/a、61.25 億m3/a、1 772萬t/a、1 083 萬t/a，產量分別為793 萬t、61.6 億m3、1 739 萬t、427 萬t，產能利用率分別達到85.18%、100.6%、104.01%、39.43%。

表1 中國煤化工產業規模(截至2022 年)Table 1 Scale of China’s coal chemical Industry (up to 2022)

我國煤炭產業技術裝備進步，相當一部分技術處于國際先進或領先水平。由表2 可知，我國煤制烯烴、煤制芳烴等多項煤化工產業的關鍵或核心技術已經達到了國際領先地位，其中煤直接液化、粉煤中低溫熱解及焦油輕質化工藝擁有國際首創技術，且多項先進工藝技術擁有良好的可持續發展性。

表2 中國煤化工技術發展水平評估Table 2 Evaluation of the development level of China’s coal chemical industry

此外，我國現代煤化工產業工程項目成熟，示范或生產裝置運行水平不斷提高。以寧煤400 萬t/a 為代表的百萬噸級煤間接液化項目實現了長周期穩定運行；陜西未來能源10 萬噸級高溫費托合成工業示范裝置取得成功。數十套應用大連化物所研發技術的50 萬～60 萬t/a MTO 項目在全國實現了商業化運行，年產50 萬t 的煤制乙二醇裝置實現了滿負荷穩定運行，物耗、能耗、水耗和“三廢”排放量不斷降低，產品差異化水平有所提升；百萬噸級粉煤快速熱解制取特種油品關鍵技術取得突破并建成運行50 萬t/a 示范工程。

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3 000 萬t/a、煤制氣達到150 億m3/a、煤制乙二醇達到1 000 萬t/a、煤制芳烴達到100 萬t/a、煤制烯烴達到2 000 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?？萍紕撔路矫?，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。

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。

(3)某些時期和某些區域，上述影響因素單一或疊加不僅嚴重制約著煤化工的健康發展，而且大大降低了已形成產業的經濟抗風險能力。除不可抗拒的因素外，優化外部環境是發揮煤化工產業比較優勢和提升競爭力的重要條件。部分重大裝備、材料也制約著中國煤化工進一步發展。

(4)內在不足影響產業競爭力水平。由于技術的創新和突破的欠缺，致使煤化工的能源利用與資源轉化效率偏低，環保問題突出。由于現代煤化工工藝中調氫(變換)反應的不可缺失，耗水與碳排放較多。初級產品多，精細化、差異化、專用化下游產品開發不足，產業比較優勢不明顯、競爭力不強。此外，由于技術集成度和生產管理水平上的差距，產品成本偏高，整體效能有待提高等。

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[11-12]。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，廢水近零排放等技術[13-14]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Fig.2 Common key technologies for clean and efficient conversion of coal

前沿引領技術包括煤直接液化技術、煤熱解與氣化一體化技術、電解煤漿制氫技術、碳燃料電池技術(圖3)。在煤熱解與氣化一體化方面，可進一步根據不同的工藝流程進行細化，包括機器學習高效設計開發催化劑技術[15]、煤高溫-低溫費托合成耦合技術、合成氣直接催化合成烯烴技術、溫和條件下 C1 分子高效催化轉化技術，以及低能耗、低成本、大規模CO2利用技術[16]。

圖3 煤炭清潔高效轉化前沿引領技術Fig.3 Leading technology for clean and efficient coal conversion

現代工程技術相對于傳統技術強化了不同生產工藝之間的關聯性(圖4)。在煤炭加工轉換產業鏈條上游階段，關鍵技術在于粉煤清潔高效熱解技術以及煤直接液化技術和間接液化制合成油技術。新型大規模氣化技術以及煤與天然氣共氣化技術提高了煤化工關鍵產品合成氣的清潔化生產水平。通過大規模煤制氫、煤的化學鏈氣化技術，合成氣可以進一步生成清潔的二次能源氫能進行終端消費[17-18]，同時可通過大規模甲醇合成技術并進行催化偶聯合成煤制乙醇、乙二醇。除此之外，煤與其他原料或清潔能源的復合能源系統技術生產的清潔中間產物，可參與煤化工終端產品的清潔加工轉換[19-21]。煤化工與綠氫耦合可以實現降耗減碳。煤基多聯產系統技術可以通過耦合技術輸出清潔電力、燃料和化工品[22]。

圖4 煤炭清潔高效轉化現代工程技術Fig.4 Clean and efficient transformation of coal into modern engineering technology

在煤氣化和煤炭直接利用方面，煤的超臨界水氣化、太陽能氣化和超大型氣化島技術等技術可使得煤制合成氣的清潔程度大幅提升。在合成氣的利用層面，需要重點關注合成氣煉鐵技術、低溫水汽變換技術、等壓合成氨技術以及甲烷化-甲烷氧化制含氧化合物技術。同時，煤基碳纖維、碳納米管[15]、石墨烯技術，原煤顯微組分的規?；蛛x和催化解聚以及煤的化學鍵直接定向轉化特定產物等煤炭直接利用技術也需要高度重視，如圖5 所示。

圖5 煤炭清潔高效轉化顛覆性技術Fig.5 Disruptive technology for clean and efficient conversion of coal

目前，國家能源實驗室針對煤炭清潔轉化技術設置了多項重大科研任務，主要包括新一代煤間接液化合成油品和化學品技術、低階煤熱解制特種燃料技術以及煤溫和催化液化直接制芳烴技術，各項技術下主要研究方向見表3。

表3 國家能源實驗室重大科研任務攻關技術及主要研究方向Table 3 Major scientific research tasks and main research directions of the National Energy Laboratory

3 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。

任何一種能源都不能同時保證“穩定供應、環境友好和價格低廉”，煤炭是我國主體能源，但必須與其他能源協同共濟，不能盲目地“去煤化”。但煤炭必須在清潔性、低碳性維度上與其他能源協同共濟，互補優化以對標實現雙碳目標。

除了化學化工和技術問題以外，應從更大視角來審視現在煤化工的發展。事實上，現代煤化工的影響因素非常多，還包括煤炭資源的分布、水資源、土地資源、環境容量、市場容量、碳排放、經濟性、能源安全甚至國際地緣政治，是一個非常復雜的問題。在當前復雜的外部形勢下，必須在建立現代煤化工是推進煤炭清潔高效利用和保障國家能源安全的重要途徑的認識基礎上，科學發展現代煤化工。

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[10](圖6)：① 2021—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%。② 2031—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。③ 2036—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。④ 2051—2060 年能源深度脫鉤期，實現碳中和。

圖6 中國能源革命戰略發展階段Fig.6 Strategic development stage of China’s energy revolution

對于我國，推進能源生產與消費革命，構建新型能源指標體系，如期實現雙碳目標可從以下幾個方面進行：

(1)增強能源自給能力。目前我國新舊能源安全供應面臨雙重壓力，油氣對外依存度居高不下，不利天氣下新能源波動性凸顯。中國作為制造業大國，要發展實體經濟，能源的飯碗必須端在自己手里。

(2)持續做好煤炭清潔高效可持續開發利用。國家現代化需要發展能源產業作為支撐，推進煤炭清潔高效利用、加快傳統產業轉型升級，走綠色低碳發展的道路對于新型能源體系建設具有重要意義。

(3)搶占能源4.0 時代高地迫在眉睫。針對電力、煤炭、油氣等行業數字化智能化轉型發展需求，通過數字化智能化技術融合應用，分行業、分環節、分階段補齊轉型發展短板，為能源高質量發展提供有效支撐。

(4)推進體制機制創新，推動能源市場化改革。目前我國市場結構和市場體系不斷健全完善，例如煤炭行業已經建成了市場化的煤炭交易體系。除此之外，加快推進能源重點領域和關鍵環節體制機制改革，積極構建有效競爭的市場結構和市場體系，構建全國能源統一大市場，是建設新型能源體系的重要內容。

短期內我國對煤炭的依賴性仍然很高，新型能源體系對煤炭的清潔高效轉化以及多維協同發展提出了更高的要求。煤炭清潔高效利用主要路徑包括燃煤發電和煤炭轉化，前者在中國已經基本實現了清潔高效，而煤炭轉化工藝，即現代煤化工還面臨著化學化工和相關學科深入研究的問題?，F代煤化工創新與突破的目標包括節能提效、節水減碳、低成本以及高質量，涉及科學、技術、工程3 個層面，主要過程包括熱解、氣化、變換、合成、分離以及具有關鍵作用的催化過程(催化劑和催化反應)。

解決以煤化學組成為基礎的不同類型煤的微觀組成、結構以及基本反應與新的煤質評價等化學問題，能夠為煤熱解和氣化反應強化調控以及源頭上脫除污染物提供理論基礎。以C—H 鍵和C—O 鍵的催化活化以及C—C 偶聯反應為基礎的碳化學鍵和分子模擬與量化計算研究，有利于催化劑的靶向性設計，實現顛覆性的技術突破。

在節能減排方面，以新方法調節煤基合成氣氫碳占比的化學問題解決是實現煤化工源頭節水減少碳排放的關鍵所在。以可再生能源或綠氫與煤的共轉化過程中的化學問題探索與解決，有助于克服現代煤化工CO2排放的瓶頸問題。如煤與生物質的共轉化等，而煤化工與石油天然氣化工耦合中的化學問題探明則可以提高能效和減少碳排放。

對于煤化工產業中的綠色經濟問題，以原子經濟性為基礎的反應可提高煤炭作為原料資源的利用率和轉化為產品的收率，是實現節能提效、環境友好的綠色化學核心問題。此外，對復雜體系下反應物高選擇性轉化和產物中性質相近組分選擇性分離的基礎研究能夠實現現代煤化工低成本、高質量發展，而展開針對煤化工固廢中重金屬遷移和轉化的基礎研究對開發經濟性固廢重金屬分離技術解決煤化工固廢大宗化、資源化利用和環境保護與生態建設具有重要作用。

總的來說，從分子層面理解煤化工反應，可以明確煤轉化，特別是催化轉化過程中不同分子特征結構間的構效關系指導新型催化劑設計；從過程層面強化煤化工主要反應過程采用反應-分離耦合、超重力、微化工等過程強化手段可以發展清潔高效的新型集成技術與過程，實現煤化工的節能減排；從系統層面實現煤化工，推動煤化工與石油天然氣化工、精細化工、高分子化工等領域的交叉融合，對現代煤化工高質量發展和經濟效益提升有重要意義。

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。

煤基炭材料產業方面，亟需強化發展以煤焦油、煤瀝青、特殊煤種、煤層氣為原料，負極材料、碳纖維復材、傳統煤基炭材料等產業鏈，并延伸拓展中間相炭微球、硬碳、人造金剛石等產業鏈。除此之外，可將納米碳材料、石墨烯、超級電容炭等作為增補的產業鏈。

煤基合成新材料及煤基炭材料的關鍵技術見表4。

表4 煤基新材料關鍵技術Table 4 Key technologies for coal-based new materials

對于煤基新材料，可以采取以下措施加快推進產業發展：

(1)強化頂層設計，構建政策扶持體系。開展頂層設計，制定煤基新材料發展路線圖與專項規劃。落實戰略性新興產業優惠電價政策。制定含金量高、可操作性強的扶持激勵措施。提升產業鏈缺失環節、高端產品的引育力度，全力扶持困難企業渡過難關，推動產業鏈向下游延伸。

(2)深化產學研融合，以創新帶動產業鏈發展。深化合作，聯合科研院所，建設研發公共服務平臺和中試產業化基地，持續開展技術攻關，推動成果轉化。打造從基礎材料、高端產品到終端應用的“產學研用”融合創新體系。

(3)發揮區域協同優勢，打造高端產業集群。發展特色產業鏈，打造區域協同創新共同體，提高新材料保障能力，提升產業化和規?；瘧盟?，實現技術自主可控，為建設制造強國奠定堅實基礎。

(4)提升資源利用效率，打造綠色制造體系。推進煤基新材料產業清潔生產和深度治理，加強全過程控制管理，建設綠色制造體系。

(5)完善相關標準體系，拓展產品應用場景。建立健全煤基新材料的標準規范及性能評價指標體系。完善相關利益補償、補貼、首批次應用保險補償等機制，激活下游行業需求。建立相關技術和產品認證體系，為煤基新材料推廣應用提供支撐。

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。

PRABHAKARAN 等[23]采用人工神經網絡構建了中低階煤元素與煤熱解工藝參數和產物分布的相關性，并進一步驗證了人工神經網絡方法用于預測煤熱解的產物產率的準確性與適用性。除此之外，機器學習方法模型還被廣泛應用于煤的自燃傾向[24]、熱值預測[25]、燃燒和熱解活化能預測[26]等方面。人工智能技術的引入使得煤炭產業鏈物質與能量流動機制更加明晰，產業數字化和信息化水平的提升使得工藝流程更加高效可控，有助于能源資源的節約及經濟產出效率的提升。

4 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”?？茖W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。

致謝感謝中國科學院青島生物能源與過程研究所泛能源大數據與戰略研究中心主任田亞峻研究員對本文的貢獻。