翟禹鎵，王 妍

(應(yīng)急管理部信息研究院，北京市朝陽區(qū)，100029)

日本國土面積狹小，自然資源匱乏，除煤炭、天然氣、硫磺等極少量礦產(chǎn)資源外，其他工業(yè)生產(chǎn)所需的主要原料、燃料等都需要從海外進口。從20世紀(jì)60年代起，日本順應(yīng)石油替代煤炭的“流體革命”，大量使用廉價的進口石油，關(guān)閉了國內(nèi)煤礦，進口煤量逐步上升，直至2011年東日本大地震后，核電停機，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次能源基本計劃”，根據(jù)“3E+S”的指導(dǎo)思想(在“安全”(Security)前提下，首先保證能源穩(wěn)定供應(yīng)，通過提高“經(jīng)濟效益”(Economic Efficiency)實現(xiàn)低成本能源供應(yīng)，最大限度地追求“環(huán)境適宜性”(Environment))，延續(xù)2014年“第4次能源基本計劃”的基本框架，即：可再生能源占能源消費總量的22%～24%，核電占20%～22%，火電占56%。

1 經(jīng)濟社會發(fā)展與能源結(jié)構(gòu)

1.1 經(jīng)濟社會發(fā)展

2019年日本GDP為5.154萬億美元。雖然人口僅為1.26億，但日本是世界第五大能源消費國，排名中國、美國、俄羅斯和印度之后，2018年一次能源消費總量約為65.87 Mtce(百萬噸煤當(dāng)量)，人均一次能源消費高達5.23 tce。

根據(jù)已有數(shù)據(jù)，2005-2018年，日本國內(nèi)生產(chǎn)總值僅2008年、2009年和2011年是負(fù)增長，其余11年雖然有波動，但都是正增長，而同期日本一次能源消費總趨勢是下降的，除個別年份外，基本都是負(fù)值。即2005年以來，日本經(jīng)濟在實現(xiàn)一定增長的同時，能源消費不但沒有增長反而下降。因此，僅從能源消費與經(jīng)濟社會發(fā)展關(guān)系來看，自2005年以來，日本經(jīng)濟社會發(fā)展已經(jīng)邁入了較為理想的狀態(tài)[2]，具體見圖1。

圖1 2014-2018年日本經(jīng)濟增長與能源消費

1.2 能源結(jié)構(gòu)

日本的能源結(jié)構(gòu)是隨國際能源格局的變化以及經(jīng)濟發(fā)展的需要而進行調(diào)整和變化的。根據(jù)2019年版《世界能源統(tǒng)計評論》[1]的數(shù)據(jù)，2018年，日本一次能源消費總量為649.4 Mtce，排名世界第5。與2017年相比，2018年日本一次能源消費總量下降157.3 Mtce。

2005年日本能源消費達到峰值，為759.2 Mtce，自此之后直至2018年都沒有超過這一水平，2016年下降到近年來的最低水平，為644.6 Mtce，2017年和2018年有所反彈。2005年和2019年日本的能源消費結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 2005年和2019年日本的能源消費結(jié)構(gòu)

日本一次能源消費之所以出現(xiàn)如此結(jié)構(gòu)，主要是受2011年3月11日日本東北太平洋地區(qū)里氏9.0級大地震以及福島第一核電站放射性物質(zhì)泄漏的影響。為此，從2013年起，日本關(guān)閉了全部核反應(yīng)堆，進行強制安全檢查和升級，2013年9月至2015年8月核電在一次能源消費中所占的比重為零。2015年8月至今，日本僅9座核反應(yīng)堆投入運營，總發(fā)電能力為8.7 GW。

一般將2010年視為日本能源消費最正常的一年。2010年，日本能源消費總量為715 Mtce，其中，石油占比40.25%；煤炭占比24.70%；天然氣占比16.99%；核能占比13.22%；水能占比3.83%；可再生能源占比僅為1.02%。

日本能源經(jīng)濟研究所(IEEJ)預(yù)測，2030年日本能源消耗619 Mtce，占世界能源總量的2.6%；2050年為559 Mtce,占世界總量的2%。其中2030年石油消耗215 Mtce，占世界總量的3%，2050年石油消耗164 Mtce，占世界總量的2%。2030年天然氣消耗140 Mtce，占世界總量的1.9%。2030年煤炭消耗160 Mtce，占世界總量的2.6%，2050年煤炭消耗148 Mtce，占世界總量的2.3%。2030年發(fā)電量為1 136 TW·h，占世界總量的3.4%，2050年發(fā)電量為1 150 TW·h，占世界總量的2.6%。未來隨能源需求的增長，日本能源安全將面臨挑戰(zhàn)。

2 煤炭工業(yè)的發(fā)展與核電事故

2.1 煤炭生產(chǎn)與煤炭進口

20世紀(jì)70年代2次石油危機的發(fā)生，迫使日本實施“石油替代政策”，促進能源供給品種的多元化，重新增加煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的比重[3]。由于日本國內(nèi)煤炭生產(chǎn)逐年下降，1989年已降至9.635 Mt，已經(jīng)無法滿足國內(nèi)用能，因此日本不得不大量進口煤炭以供給國內(nèi)的需求。因此，煤炭在一次能源消費中的比重從1973年的15.5%提高到1980年的17%。

日本國內(nèi)煤炭生產(chǎn)量在1961年達到55.41 Mt歷史最高值后，受“煤炭-石油”能源轉(zhuǎn)換趨勢的影響，又由于煤炭的價格優(yōu)勢，到2014年，國內(nèi)僅生產(chǎn)1.308 Mt煤炭。而進口煤炭量則在1970年超越國內(nèi)生產(chǎn)量，1988年更是超出100 Mt。此后日本進口煤炭量逐步增加，2010年達到184 Mt，日本國內(nèi)煤炭產(chǎn)量與進口量的變化見表1。

表1 日本煤炭國內(nèi)產(chǎn)量與進口量的變化

2011年東日本大地震后，由于核電站停機，日本煤炭需求量激增。2013年日本煤炭進口量進一步增加到192 Mt，主要進口國為澳大利亞(63.43%)、印度尼西亞(19.1%)、俄羅斯(6.43%)和加拿大(5.14%)，中國僅占1.35%[4]。

2.2 核電事故

日本是世界第3核電大國，僅次于美國和法國，高峰時核發(fā)電量曾占發(fā)電總量的30%。至2010年，日本共有54座核反應(yīng)堆，總裝機容量為47 GW，核能占日本一次能源消費的13.22%。

2018年，日本一次能源消費結(jié)構(gòu)中，核能所占比重之所以排名最后且僅為2.32%，主要原因是2011年3月11日日本東北太平洋地區(qū)發(fā)生里氏9.0級大地震，福島第一和第二核電站受到嚴(yán)重影響，其中福島第一核電站的放射性物質(zhì)泄漏到外部，被定為核事故最高分級7級，與切爾諾貝利核事故同級。為此，日本50年來首次關(guān)閉了全部核反應(yīng)堆，進行強制安全檢查和升級，2013年9月至2015年8月核能在一次能源消費中所占的比重為零。2000-2017年日本發(fā)電構(gòu)成如圖3所示。

圖3 2000-2017年日本發(fā)電構(gòu)成

2015年8月和10月，日本鹿兒島縣的仙臺1號和2號反應(yīng)堆，首批重啟投入運營[5]。自此之后，日本核反應(yīng)堆陸續(xù)重新啟動。2018年，日本有5座核反應(yīng)堆投入運營。截至目前，日本投入運營的核反應(yīng)堆共有9座，總發(fā)電能力為8.7 GW。

根據(jù)2014年4月批準(zhǔn)的長期能源規(guī)劃，2030年日本核電要占全國總發(fā)電量的20%～22%，為此屆時需要25～30座核反應(yīng)堆投入實際運營。福島核事故后，日本有20座核反應(yīng)堆永久退役。目前，日本共有35座核反應(yīng)堆，其中9座在運營，6座得到日本核監(jiān)管局的初步批準(zhǔn)，12座仍在考察中，8座僅僅完成重啟申請。

2.3 核電站關(guān)閉對化石燃料發(fā)電的影響

2013年9月至2015年8月，由于日本關(guān)閉了全部核電站，只能以煤炭、石油和天然氣等化石燃料發(fā)電來替代核發(fā)電。2010年，化石燃料發(fā)電占日本總發(fā)電量的比例為62%，2015年上升到82%，2017上升到85.63%。

福島核事故之前，煤電占日本總發(fā)電量的23%，2015年增長到31%，2017年增長到33%。日本政府計劃到2030年，煤電占總發(fā)電量的比例仍維持在26%的水平。

受核電站關(guān)閉影響，天然氣發(fā)電在所有化石燃料發(fā)電中所占比重增長最快。2010年，天然氣發(fā)電占日本總發(fā)電量的比例為30%，2015年迅速上升到42%，2017年下降到37%。日本政府計劃到2030年，液化天然氣發(fā)電占日本總發(fā)電量的比例將達到27%。

2011年大地震之前，由于運營成本高、設(shè)備老化和環(huán)保壓力大，日本發(fā)電企業(yè)開始拆除燃油發(fā)電站。不過，隨著核電站的關(guān)閉，日本部分燃油電站又投入使用。2010年，日本發(fā)電用的燃料油和原油消費量為2.38萬t/d，2012年上升到8.03萬t/d，燃油發(fā)電占發(fā)電總量的比重為18%。隨著那一時期油價的不斷攀升和燃料替代，2015年日本發(fā)電用的石油消費量下降到3.67萬t/d，燃油發(fā)電占發(fā)電總量的比重也下降到9%。

2011-2013年，由于發(fā)電用的煤炭和油氣進口量的大幅度增長，加之這一期間石油價格的不斷走高，日本發(fā)電企業(yè)每年增加300億美元的費用用于支付額外增加的進口化石燃料。

3 煤炭消費及需求預(yù)測

3.1 煤炭消費

日本的煤炭消費峰值是2013年達到的，為173.3 Mtce，自此之后逐漸走低，2018年創(chuàng)出煤炭消費的新低，為168.0 Mtce。日本的煤炭消費主要集中在發(fā)電領(lǐng)域。依據(jù)2019年版《世界能源統(tǒng)計年鑒》，2018年日本的總發(fā)電量為1 051.6 TW·h，其中天然氣是最大的發(fā)電用能源，占比36.79%；煤炭排第2，為33.02%；可再生能源排第3，為10.66%。2018年日本發(fā)電能源構(gòu)成如圖4所示。

圖4 2018年日本發(fā)電用能源構(gòu)成

2018年，日本90座以上燃煤電廠生產(chǎn)了317 TW·h 的電力。煤電在日本2018年發(fā)電量中所占的比重創(chuàng)出了2011年福島核事故以來的新高。2010年，煤電占日本總發(fā)電量的25%，核電占29%。

3.2 煤炭需求預(yù)測

2011年之前，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省計劃，2030年減少燃煤發(fā)電一半以上，由核電替代減少的煤電，核電屆時占日本總發(fā)電量的50%。然而，由于福島核事故和隨后核電站的陸續(xù)關(guān)閉，未來10年，日本發(fā)電企業(yè)計劃建設(shè)20 000 MW燃煤發(fā)電能力。

日本政府承諾，2030年二氧化碳排放量將減少26%。因此，發(fā)電企業(yè)新建燃煤電站，將面臨日本政府環(huán)境政策的壓力，并取決于日本二氧化碳減排具體實施的努力程度。此外，與人口中心城市的距離，也決定新的燃煤電站能否開工建設(shè)。

當(dāng)前，日本政府鼓勵發(fā)展更加高效的燃煤技術(shù)，如超超臨界燃煤電廠，以滿足環(huán)保的需要。超超臨界燃煤電廠的二氧化碳排放，比傳統(tǒng)的燃煤電廠要少得多，但仍是天然氣發(fā)電排放的近2倍。日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省目前計劃到2030年，燃煤發(fā)電量中的50%將來源于超超臨界燃煤電廠[6]。

4 煤炭供應(yīng)戰(zhàn)略與進口

4.1 煤炭供應(yīng)戰(zhàn)略與規(guī)劃

日本能源供應(yīng)嚴(yán)重依賴進口。對于煤炭資源，日本政府主要通過出資、債務(wù)擔(dān)保、技術(shù)實證、技術(shù)轉(zhuǎn)移、收集并提供信息、產(chǎn)煤國共同調(diào)查、民間聯(lián)合調(diào)查等方式，促進煤炭資源供給的多渠道化，確保安定的煤炭供給。從經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省提出預(yù)算到底層企業(yè)獲得生產(chǎn)權(quán)益，每一個實施流程都有日本石油天然氣金屬礦產(chǎn)資源機構(gòu)(JOGMEC)直接或間接的參與。2018年日本煤炭能源中心(JCOAL)信息戰(zhàn)略部發(fā)文提出，日本已解決了煤炭利用過程中產(chǎn)生的 SOx、NOx、 煤塵等地區(qū)環(huán)境清潔煤技術(shù)(CCT)課題。今后將向以煤炭為能源的發(fā)展中國家提供環(huán)境設(shè)備以及普及運行和維護管理技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，把日本可靠的高效化 CCT推廣到需要增加煤炭使用推動經(jīng)濟發(fā)展的發(fā)展中國家。因此日本計劃在外國政府以及相關(guān)機構(gòu)的適當(dāng)干預(yù)下，根據(jù)需要開展包括港灣等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及一攬子發(fā)電廠項目。

日本將從保證資源開發(fā)人才的觀點出發(fā)，通過煤炭、鋼鐵、石灰石等行業(yè)橫向聯(lián)合，持續(xù)推進人才培養(yǎng)工作。另外，由于日本國內(nèi)資源開發(fā)規(guī)?？s小，有必要與海外資源開發(fā)現(xiàn)場合作培養(yǎng)資源開發(fā)人才。在澳大利亞昆士蘭州政府及昆士蘭大學(xué)的協(xié)助下，利用煤礦以及相關(guān)設(shè)施對企業(yè)年輕人進行培訓(xùn)。另一方面，CCT 普及對抑制全球二氧化碳排放將發(fā)揮重要作用，所以培養(yǎng)掌握和運用 CCT 的人才將成為今后人才培養(yǎng)的主要方向。

4.2 煤炭進口前景

由于國內(nèi)煤炭生產(chǎn)企業(yè)基本全部關(guān)閉，日本消費的煤炭幾乎全部依賴進口，進口動力煤滿足發(fā)電需求，進口冶金煤用以生產(chǎn)粗鋼。2018年，日本進口了190 Mt左右的煤炭，排名在中國和印度之后，位列世界第三大煤炭進口國。2000-2017年日本煤炭進口量如圖5所示。根據(jù)2019版《世界能源統(tǒng)計年鑒》的數(shù)據(jù)，澳大利亞是日本主要的煤炭進口來源國，2018年向日本出口了116.12 Mt的煤炭，占日本當(dāng)年煤炭需求的61%。同年，印度尼西亞向日本出口了29.03 Mt煤炭，俄羅斯出口19.05 Mt，美國出口11.79 Mt，加拿大出口8.71 Mt，日本從這4個國家進口的煤炭總計占其煤炭進口量的35%，具體如圖6所示。

圖5 2000-2017年日本煤炭進口量

圖6 2011-2018年日本煤炭進口來源

2018年，美國對日本出口動力煤增長了20%。截至2019年3月底，美國動力煤對日本的出口量比2018年全年增長了38%。

5 低碳綠色發(fā)展與煤炭清潔利用

2014年4月，為了應(yīng)對福島核電站事故，日本政府制定了2030年“第4次能源基本計劃”，目標(biāo)是到2030年，實現(xiàn)煤炭占整個國家供能的26%、核能占20%～22%、可再生能源占22%～24%、天然氣占27%、石油占3%的能源足額計劃。

根據(jù)世界經(jīng)濟發(fā)展、能源環(huán)境變化以及節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新等趨勢，2018年7月，日本內(nèi)閣批準(zhǔn)了“第5次能源基本計劃”，作為日本2030年新能源政策和2050年進一步發(fā)展的基礎(chǔ)[7]。該計劃遵循“3E+S”原則，即首先保證能源穩(wěn)定供應(yīng)，在“安全”的前提下，通過提高經(jīng)濟效益實現(xiàn)低成本能源供應(yīng)，最大限度地追求環(huán)境適宜性。

5.1 低碳綠色發(fā)展

(1)全面實現(xiàn)節(jié)能型社會，保障資源安全。促進化石燃料獨立發(fā)展，構(gòu)筑強勁完善的企業(yè)體系；通過資源外交等多方面的發(fā)展，夯實資源采購環(huán)境基礎(chǔ)；通過建立高度靈活和透明的國際貿(mào)易市場，改善資源采購條件；促進日本海洋能源和礦產(chǎn)資源的開發(fā)。實施以《節(jié)能法》為基礎(chǔ)的綜合措施和相關(guān)支撐政策。

(2)促進可再生能源的利用。將可再生能源作為主要能源，推進技術(shù)研發(fā)，克服電網(wǎng)約束保證負(fù)荷跟蹤能力及脫碳措施，繼續(xù)積極推動可再生能源發(fā)展，保證可再生能源有效利用。

(3)重新確立核能政策。努力爭取社會對核能的信任，建立穩(wěn)定的運行環(huán)境，進一步加快福島核電站的恢復(fù)重建。

(4)全面建設(shè)“氫社會”。建立國際氫氣供應(yīng)鏈，開發(fā)能源載體技術(shù)，引進氫氣發(fā)電，實現(xiàn)低成本氫氣利用。推進能源體制改革，加大能源系統(tǒng)合理競爭，推動電力、燃?xì)夂蜔崃Ω母铩?/p>

(5)提高國內(nèi)能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的彈性。建立國家儲備、民間儲備、第三方儲備的綜合石油儲備模式，并由過去注重數(shù)量向注重機動性轉(zhuǎn)變。

5.2 煤炭清潔利用技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用

日本煤炭主要應(yīng)用于發(fā)電、煉鋼等領(lǐng)域。煤炭的利用易造成粉塵、SOx與NOx等區(qū)域性大氣污染，也會造成溫室氣體大量排放。清潔煤技術(shù)則主要在這些方面為企業(yè)提供了煤炭清潔高效利用的方法，可以有效減少對環(huán)境的負(fù)外部性。

清潔煤技術(shù)有很多種，例如煤氣化與煤熱解技術(shù)、煤炭液化技術(shù)，也有在工程末端的排氣處理技術(shù)，而從應(yīng)用領(lǐng)域進行分類則有煤炭發(fā)電技術(shù)、煉鋼與焦炭制造技術(shù)等。氣化與熱分解技術(shù)是煤炭液化與整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(IGCC)、聯(lián)合煤氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(IGFC)等技術(shù)的基礎(chǔ)。日本擁有一種最新的技術(shù)，即煤炭加氫熱分解氣化技術(shù)(ECOPRO)，這種技術(shù)能夠在高效生成合成氣、降低氧氣使用量的同時減少CO2排放量，并可以使用低階煤(次煙煤和褐煤)。在煤炭液化技術(shù)(CTL)方面，日本研發(fā)了著名的NEDOL法與褐煤液化方法(BCL)，做到了充分利用低階煤。特別是已實用化的煤制二甲醚(DME)技術(shù)更是受到各國關(guān)注。在排氣處理技術(shù)方面，日本的排煙脫硫裝置早已于1973年開始應(yīng)用。至今，依靠燃燒粉煤的火力發(fā)電廠基本都使用了濕式石灰石—石膏法的脫硫裝置。全球煤炭利用主要有以下2種技術(shù)發(fā)展方向。

(1)亞臨界(SUB-SC), 超臨界(SC), 超超臨界(USC)直至高級超超臨界(A-USC)發(fā)電。當(dāng)前世界各國應(yīng)用的技術(shù)主要是SC，而日本正在推行USC。USC技術(shù)可以較SC提高約5%的發(fā)電效率，其熱效率可以達到45.2%的世界最高水平。日本的USC技術(shù)早在1993年4月就在中部電力的碧南火力發(fā)電所3號機開始商用。根據(jù)JCOAL統(tǒng)計，2018年日本的煤炭火力發(fā)電廠中USC占比已超過煤炭總發(fā)電功率的50%。從20世紀(jì)90年代起，日本的燃煤發(fā)電效率就一直是世界最高水平，2018年已高達42%。

(2)IGCC和IGFC發(fā)電。這兩種技術(shù)可以促進使用低階煤中的次煙煤和褐煤，更有助于資源的充分利用。需要提到的是，2013年4月，常磐共同火力株式會社已將IGCC設(shè)備開始商用。日本計劃在2030年前后大量推廣IGCC和IGFC，其發(fā)電效率達到50%～55%。此外，煤炭與生物燃料混燒發(fā)電技術(shù)也已經(jīng)被日本的很多公司使用，如：北陸電力、關(guān)西電力和中國電力等。而在煉焦與制鐵、制鋼技術(shù)方面，日本研發(fā)的面向21世紀(jì)的高效生產(chǎn)與環(huán)保的超級焦?fàn)t(SCOPE21)已經(jīng)投入生產(chǎn)。據(jù)新日鐵公司估計，SCOPE21可以將低階煤的使用率從20%升至50%，氮氧化物的排放減少30%。