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行业统计
王双明院士:“双碳”目标下煤炭能源地位变化与绿色低碳开发
日期: 2023-08-02 浏览次数: 20

创新点

1.分析了国内外发展环境变化对能源工业的影响,阐述了利用国际市场油气资源的不确定性、国内能源需求刚性增长以及煤炭兜底和绿色低碳开发等特征,并进一步强调了数字化和智能化是未来煤炭工业的新业态,减损开采、绿色低碳利用是煤炭工业可持续发展的重要技术支撑。

2.分析了达峰前后我国能源消费结构的变化特征及煤炭能源地位的变化特点和煤炭作为战略矿产资源的主要用途,提出了煤炭开始由“主体能源”的兜底保障地位向“支撑性能源”保障地位转变路径。
3.总结分析了我国能源资源禀赋特征、能源安全发展战略及煤炭开发减损技术等特点,提出了CO2地质封存和煤炭与新能源互补发展等煤炭绿色低碳创新开发技术。

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“双碳”目标下煤炭能源地位变化与绿色低碳开发

作者:王双明1,2,3,申艳军1,2,3,宋世杰1,2,3,刘 浪2,4,顾霖骏2,3,魏江波2,3
单位:1. 西安科技大学 陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室;2. 西安科技大学 煤炭绿色开采地质研究院;3. 西安科技大学 地质与环境学院;4. 西安科技大学 能源学院
研究背景
 RESEARCH  BACKGROUND 
严格控制CO2排放量以最大限度降低温室气体输出,已成为全球各国的共识性选择。我国也于2020 年提出了“力争于 2030 年前 CO2 排放达到峰值,努力争取 2060 年前实现碳中和”的目标 (以下称:“双碳”目标)。与此同时,为保障我国经济的可持续化发展,必须以国家能源安全与稳定供应为前提,积极稳妥推进“双碳”目标稳步实现。党的二十大报告提出“立足我国能源资源禀赋,坚持先立后破,有计划分步骤实施”的碳达峰行动策略。2021−12−08—10 召开的中央经济工作会议中指出:“要立足以煤为主的基本国情,抓好煤炭清洁高效利用,增加新能源消纳能力,推动煤炭和新能源优化组合”;2022 年的中央经济工作会议再次强调:“要通过替代压减低效燃煤消费、强化煤炭清洁高效利用,夯实能源安全供应基石,提升能源系统转型韧性”。因此,以国家能源安全与稳定供应为前提,立足以煤为主的基本国情,积极稳妥推进“双碳”目标逐步实现已成为能源工业可持续化发展的根本遵循。
受我国“缺油、少气、相对富煤”能源资源禀赋制约,煤炭在一次能源消费中的占比长期大于 50%,2021 年仍高达 56%,煤炭作为我国能源安全的压舱石地位短期不会发生改变。建设社会主义现代化强国必须开发利用煤炭资源,但同时煤炭资源开采利用必然产生采动损害和碳排放。据《BP 世界能源统计年鉴》(2022 版) 显示,2021 年我国 CO2排放量突破100 亿 t,其中,约 80% 来自煤炭的消费产出。因此,如何适应“绿色低碳”这一能源发展大势,确保煤炭在国家能源安全兜底地位同时,实现绿色开采、低碳利用,已成为新时代煤炭工业高质量发展必须面对和破解的重大技术难题。
近年来,国内相关学者立足于煤炭在“双碳”目标实现过程中的兜底保障地位,把脉我国煤炭工业高质量、低碳化及煤炭资源清洁利用等领域发展现状及趋势,对“双碳”目标驱动下我国煤炭行业面临的技术挑战、未来发展方向及实现途径等作出科学研判。其中,在煤炭工业高质量发展思路方面,彭苏萍等指出强化绿色煤炭资源保障是“煤炭资源强国”战略重要组成之一,亟需构建绿色煤炭资源精准开发利用模式,提出以“煤矿开采−覆岩结构−地下水−开采沉陷−地表生态”为脉络,构建信息化系统和环境与生态安全评价方法、实现产业链重构与生态修复;谢和平等提出了持续提高能源效率、大力发展新能源、增强自给能力等能源优化发展思路,并指出“碳中和”目标实现后煤炭能源在电力调峰、碳质还原剂及能源安全等领域仍大有作为;戴厚良等提出我国能源转型应实施“三步走”战略,即先减煤控油增气,再加快非化石能源、可再生能源替代化石能源,最后全面建成清洁低碳、安全高效的现代能源体系。在煤炭工业绿色低碳发展路径方面,王国法、张铁岗等基于“双碳”目标下我国能源需求变化及发展格局,指出智能化创新技术是引领煤炭低碳化高质量发展的核心驱动力,新能源与化石能源耦合发展是保障未来我国能源稳定供给的必由之路;谢克昌提出煤炭行业未来应该坚持燃料和原料并重发展,积极创新 CO高效原料化和工质化利用技术,从终端破解煤化工产业碳排放难题;康红普等提出双碳背景下煤炭行业高质量发展应该在提效减碳、淘汰落后和平衡产需的基础上,大力支持煤炭与其他能源深度耦合发展,形成煤炭清洁高效利用新模式;武强等按照“对象−目标−技术−模式”的系统化思维,提出矿山环境正效应开发利用发展模式,认为这模式是实现“碳中和”背景下能源结构调整的重要途径;袁亮等基于高质量发展过程中面临的挑战,煤及共伴生资源精准协同开发理论与技术、煤炭清洁高效利用和碳中和科学发展理论与技术 4 个方面的未来创新发展方向;并立足于“双碳”目标下促进废弃矿井资源精准开发利用技术工程需求,提出了废弃矿井绿色低碳多能互补体系技术框架,指明了创新多能互补技术体系、CO2 工程封存与生态碳汇、分布式智能电网建设等未来发展方向。笔者团队针对“双碳”目标背景下推进煤炭智能绿色开发,弥补油气不足等新要求,研究提出了西部地区富油煤开发利用的基本理念与技术构想;基于煤炭生产利用低碳化发展及探索大规模、低成本 CO2 封存技术的迫切需要,论述了利用开采扰动空间 (煤炭开采、地下气化及原位热解后形成的空间) 实现 CO2 地下高效封存的技术途径及必备地质条件。
当前国际形势呈现“百年未有之大变局、世纪疫情和俄乌冲突交织叠加”的复杂局面,全球能源格局不确定、不稳定性加剧,能源供应链受到冲击,我国能源安全风险增加。因此,在世界百年未有之大变局纵深演进背景下,如何确保我国能源体系安全平稳转型,加快推进煤炭工业朝绿色低碳化方向发展,是关乎国家安全和发展全局的重要命题。据此,笔者在分析国内外发展环境变化对能源工业影响的基础上,着力探究“双碳”目标下煤炭能源地位的变化特点,分析煤炭工业绿色低碳面临的技术挑战。在此基础上,笔者从煤炭减损开采、采空区 CO2 地质封存、煤矿区新能源开发利用 3 个维度,提出了依靠科技创新推动煤炭绿色低碳转型的技术思路,以期推动煤炭工业高质量、绿色低碳化发展,助力我国“双碳”目标顺利实现。
摘要
 ABSTRACT
在发挥煤炭能源安全供给兜底作用的同时,实现煤炭资源绿色安全开采、清洁低碳利用,是关乎国家能源安全和发展全局的重要命题。分析了国际发展环境变化对我国利用国际市场油气资源的影响,研究了建设社会主义现代化强国对能源供给的刚性需求,立足于现阶段我国煤为主体的能源开发利用现状,遵循建设人与自然和谐现代化的根本要求,提出了在实现“双碳”目标进程中,煤炭工业绿色低碳发展方向及路径。
① 我国油气资源对外依存度分别超过 70% 和 40%,油气战略储备不足,在国际形势深刻变化的背景下,利用国际市场油气资源的不确定性增加,国家能源安全外部风险有所增加。② 建设社会主义现代化强国必然带动能源需求刚性增长,在新能源目前难以安全有效替代化石能源的情况下,化石能源的主体能源地位短期内难以改变。③ 对标“双碳”目标,“达峰前”煤炭消费占比呈现持续下降态势,消费总量将迎来拐点。而“达峰后”煤炭主体能源地位将弱化,但战略性矿产资源和煤基原料作用会进一步凸显。④ 在“双碳”目标驱动下,煤为主体的基本国情决定了煤炭将继续承担能源安全供给兜底的重大使命,进一步发挥战略性矿产资源的原料作用。
但煤炭的高碳资源属性决定了煤炭开发利用将面临保供和减碳的双重压力。因此,科学服务经济社会高质量发展对能源安全保供和绿色低碳的重大需求,必须立足现阶段我国煤为主体、新能源为补充的能源生产和供给特点,以实现生态文明建设新进步为根本遵循,加大煤炭减损开采与生态碳汇、深部煤层与煤炭采空区 CO2 地质封存和煤矿区新能源协同开发利用关键技术攻关力度,用技术创新支撑“双碳”目标下我国煤炭工业高质量发展。
部分图片



 1    1953—2021年全国煤炭消费量及在一次消费能源中占比


 2    2000—2021年全国能源消费趋势及结构


 3    2012—2021年中国发电与用电趋势


 4    我国2030年我国一次能源消费结构预测


 5    地表生态系统与地下水埋深关系(以生态水位为参考系)


 6    采动隔水性变化分区(以榆神府矿区为例)


 7    窑街煤矿CO2天然赋存区地质条件


 8    煤层扰动空间CO2 封存地质要素


 9    煤层采空区碎裂岩体CO2封存技术示意


 10    煤矿区煤炭与新能源协同开发框架示意


作者简介



王双明,男,1955521日生,陕西岐山人,中国工程院院士,教授,博士生导师,陕西省“煤炭绿色开发地质保障”三秦学者创新团队带头人,陕西省煤炭学会理事长、陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室主任、西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院院长。获国家科技进步二等奖3项,省部级科技进步一等奖6项,发表学术论文50余篇,出版专著4部。李四光地质科学奖获得者,国家有突出贡献专家,享受国务院政府特殊津贴。2017年当选中国工程院院士。


研究方向

煤炭资源与地质勘查、煤矿区环境保护、煤炭绿色开采地质保障


主要成果

致力于鄂尔多斯盆地煤炭地质勘查与矿区地质环境保护关键技术研究与创新30多年,在找煤、勘探、采煤保水三个方面取得了创新性地质成果。找煤取得重大发现。揭示了鄂尔多斯盆地煤炭资源总体分布特征和赋存规律,发现了环带状聚煤规律,查明了全盆地煤炭资源总量,为煤炭工业战略西移提供了科学依据和资源保障。探煤取得重大突破。根据煤层地球物理特点,集成地震、磁法和钻探技术优势,建立了煤田综合勘查技术体系,勘查周期短,成本低,精度高,将煤炭地质勘查引领到了高效高精度勘查新阶段。矿区生态环境保护取得重要创新。揭示了煤炭开采对地表生态和地下水的损害机理,发现了地表生态系统与地下水水位的依存关系,提出了以生态水位保护为核心的矿区生态环境保护新技术,为煤炭绿色开采提供了理论基础和技术支撑。



来源:

王双明,申艳军,宋世杰,等. “双碳”目标下煤炭能源地位变化与绿色低碳开发[J]. 煤炭学报,2023,48(7):2599−2612.


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