雙碳目標(biāo)下 如何破解煤炭減與保兩難問題

 

　　任世華（煤炭科學(xué)研究總院科技支持中心主任）：安全綠色高效開發(fā)是煤炭穩(wěn)定供應(yīng)的基礎(chǔ)，近年來取得跨越式發(fā)展。我國煤炭科技創(chuàng)新由跟蹤、模仿逐步升級到并跑、領(lǐng)跑，大型礦井建設(shè)、特厚煤層綜放開采、煤礦智能化開采等技術(shù)已達(dá)到國際先進(jìn)甚至領(lǐng)先水平，推動了我國煤炭安全高效清潔開采。

 

　　煤礦安全根本性好轉(zhuǎn)。我國煤炭資源普遍埋藏較深，煤炭開采以井工煤礦為主。井下環(huán)境復(fù)雜，災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)因素較多，煤礦安全生產(chǎn)面臨巨大挑戰(zhàn)。煤炭安全生產(chǎn)水平通常用原煤生產(chǎn)百萬噸死亡率表示，即平均每生產(chǎn)100萬噸原煤因事故死亡的人數(shù)。該指標(biāo)2000年高達(dá)5.77，2010年仍為0.749。隨著煤礦瓦斯、沖擊地壓、水害、火災(zāi)等防治體系不斷完善，先進(jìn)技術(shù)裝備取得重大突破并大規(guī)模推廣應(yīng)用，2021年我國原煤生產(chǎn)百萬噸死亡率下降到0.044，較2010年下降94.1%，年均下降超22%。一些現(xiàn)代化大型煤礦安全生產(chǎn)水平已基本與發(fā)達(dá)國家同等開采條件煤礦持平。

 

　　生產(chǎn)效率大幅提高。煤炭生產(chǎn)效率也稱生產(chǎn)工效，即平均一個工作人員工作一天的煤炭產(chǎn)量。技術(shù)進(jìn)步推動我國煤礦機(jī)械化水平、單井產(chǎn)量規(guī)模逐步提高，帶動煤炭生產(chǎn)工效快速提升。2021年，大型煤炭企業(yè)采煤機(jī)械化程度提高到98.95%，煤礦單井產(chǎn)量規(guī)模提高到約92萬噸/年，大型煤炭企業(yè)原煤生產(chǎn)工效提高到8.79噸/工，較2012年6.43噸/工提高了36.7%。一些現(xiàn)代化大型煤礦，如國家能源集團(tuán)神東煤炭補(bǔ)連塔煤礦，煤炭生產(chǎn)工效達(dá)到國際同類條件煤礦領(lǐng)先水平。

 

　　清潔生產(chǎn)水平顯著提升。隨著煤礦機(jī)械化、信息化、智能化水平持續(xù)提高，煤礦生產(chǎn)能耗逐年降低，加上煤礦“電代煤”“氣代煤”等改造升級，用能結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，煤炭生產(chǎn)用能逐年降低。2021年，我國大型煤礦原煤生產(chǎn)綜合能耗、綜合電耗分別下降到10.4千克標(biāo)煤/噸、20.7千瓦時/噸。同時，由于煤礦瓦斯抽采利用率逐步提高，煤炭開發(fā)過程排放到空氣中的甲烷大幅度減少，煤炭開發(fā)過程溫室氣體排放呈下降趨勢。據(jù)測算，從2010年到2020年，平均生產(chǎn)1噸煤炭的溫室氣體排放量由226.7千克下降到151.1千克，10內(nèi)年下降了三分之一。

 

　　技術(shù)進(jìn)步、從業(yè)人員減少、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等因素，決定了煤炭開發(fā)不能延續(xù)高勞動強(qiáng)度、高生態(tài)損害的傳統(tǒng)方式，走智能綠色之路是必然要求。近年來，在各級政府部門、煤炭企業(yè)等高度重視和快速推進(jìn)下，煤炭智能化、綠色化開采取得初步成效。

 

　　在煤炭智能化開采方面，自2014年建成首個智能化開采工作面以來，智能地質(zhì)保障系統(tǒng)、智能掘進(jìn)系統(tǒng)、智能采煤系統(tǒng)、智能主運(yùn)輸系統(tǒng)等10多個環(huán)節(jié)關(guān)鍵核心系統(tǒng)取得突破，形成智能化煤礦一體化解決方案，探索出適合不同區(qū)域、不同煤層條件的煤礦智能化建設(shè)模式。截至2021年年底，400多處煤礦開展智能化建設(shè)，建成813個智能化采掘工作面，一些煤礦實(shí)現(xiàn)“有人巡視、無人操作”智能化開采。當(dāng)前，煤礦智能化逐步由試點(diǎn)示范轉(zhuǎn)向大范圍推廣應(yīng)用。

 

　　在煤炭綠色化開采方面，煤炭行業(yè)持續(xù)推進(jìn)綠色礦山建設(shè)。保水開采、充填開采等煤炭開采與生態(tài)環(huán)境保護(hù)相融合的技術(shù)取得突破并實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用，有效降低煤炭開采對地下水的影響，減少了煤礦區(qū)地表沉陷。2021年煤礦區(qū)土地復(fù)墾率達(dá)57%，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)定向好。截至2021年年底，納入全國綠色礦山名錄的煤炭企業(yè)共284家。一些煤礦實(shí)現(xiàn)了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境正效益，不僅沒有破壞環(huán)境，而且優(yōu)化了環(huán)境。

 

　　適應(yīng)新時代發(fā)揮能源兜底保障作用的新定位、碳達(dá)峰碳中和等新要求，我國煤炭行業(yè)將呈現(xiàn)以下趨勢。

 

　　一方面，智能柔性礦井將成為煤礦建設(shè)新形式。“雙碳”目標(biāo)下，風(fēng)、光等可再生能源發(fā)電并網(wǎng)比例將逐步增高，電力調(diào)峰需求增加，加大了煤炭需求波動。同時，油氣對外依存度持續(xù)攀升且地緣政治復(fù)雜多變，我國油氣供應(yīng)安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，將進(jìn)一步加大煤炭需求波動。長期看，煤炭生產(chǎn)不是越多越好，而是需要時可快速啟動生產(chǎn)，不需要時可低成本保持生產(chǎn)能力，實(shí)現(xiàn)柔性供應(yīng)，產(chǎn)能可低成本寬負(fù)荷調(diào)節(jié)的智能柔性礦井將替代當(dāng)前高產(chǎn)高效礦井成為未來煤礦建設(shè)新形式。

 

　　另一方面，煤礦區(qū)將發(fā)展成為碳封存基地。煤礦區(qū)不僅有煤炭資源，還有充足的地下空間和土地資源，具有巨大的儲碳能力。有關(guān)研究表明，500米深的煤礦地下空間儲存二氧化碳具有較好的穩(wěn)定性。同時，煤礦地下空間的殘煤、巖層和地下水對二氧化碳有一定的吸附、溶解和運(yùn)移作用，經(jīng)過長時間物理化學(xué)反應(yīng)和地質(zhì)變遷，可生成碳酸鹽礦，固化二氧化碳。利用礦區(qū)土地，種植具有利用價值的快速生長植物，可以形成碳匯。煤礦開采出煤炭，地下空間將煤炭利用產(chǎn)生的二氧化碳封存，地表植被形成碳匯，煤礦區(qū)有潛力實(shí)現(xiàn)碳自循環(huán)。

 

　　技術(shù)創(chuàng)新促煤電節(jié)能減排