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“双碳”目标下难改煤炭主体能源地位

——访中国工程院院士、西安科技大学学术委员会主任王双明

2021-7-19 15:48:22 来源:中国矿业报

“双碳”目标之下,煤炭行业再次被推到了风口浪尖。

在“双碳”目标下,煤炭在我国能源结构中究竟占什么地位?还要不要继续发展和提升煤炭产业?带着诸多疑问,《中国矿业报》记者在7月13日于陕西榆林举行的中国县域矿业绿色高质量发展百人论坛暨黄河几字弯矿区生态修复与治理研讨会上,采访了中国工程院院士、西安科技大学学术委员会主任王双明。

“双碳”目标下煤炭主体能源位置不会改变

“在‘双碳’目标下,我国的煤炭主体能源位置不会改变。”王双明说,据中国煤炭工业协会预测,到“十四五”末,全国煤炭消费量将控制在41亿吨左右,年均消费增长1%左右。“十四五”及今后较长一个时期,能源需求保持稳定增长,煤炭在一次能源消费结构中的比重将下降,但其主体地位和作用还很难改变。

王双明认为,要从多个维度和角度出发,对“双碳”目标下的煤炭主体能源位置进行再认识。

一是我国“富煤、缺油、少气”的资源禀赋,决定了煤炭在能源消费结构中的主体地位。从储量来看,根据自然资源管理部门的统计数据,2018年,我国石油、天然气剩余可采储量分别为35亿吨、5.7万亿立方米,分别可用17.5年、35年,而煤炭查明可采储量为17085亿吨,可采年限约170年。

二是以煤为主长期未变的消费历史,体现了煤炭的主体地位。煤炭当前仍然是发电最主要的能源,在全球总发电量中占比超过36%。

三是超低排放燃煤发电技术巩固了煤炭主体地位。河北省环境监测中心监测报告显示,国华三河电厂改造后4台机组的烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度低于京津冀5、35、50毫克/标立方米超低排放标准要求和国家燃气发电机组10、100、200毫克/标立方米的大气污染物排放标准,而成本为燃气发电的1/2。

四是煤制油规模化生产技术提升了煤炭主体地位。2008年12月31日,神华100万吨/年煤直接液化项目在鄂尔多斯一次投料试车成功;2015年8月,陕西未来化工100万/年吨煤炭间接液化项目在榆林建成投产;2016年12月,神华宁煤集团400万吨/年煤炭间接液化项目在宁夏建成投产。

五是煤制油气和利用技术创新必将延长煤炭主体地位。富油煤采用中低温热解可以形成气、液、固三种物质,将煤转化成油、气以及可替代无烟煤和焦炭的半焦。西部富油煤资源丰富,具有替代油气的巨大潜力。

在现实情况中,我国的煤炭主体地位的确没有动摇。据统计,近10年来,煤炭在我国一次能源消费结构中的占比每年下降0.8-1个百分点,2020年占比仍然在50%以上。

王双明坦言,“十四五”时期严控煤炭消费增长,“十五五”时期逐步减少。到碳达峰时,非化石能源占一次能源消费比重将达到25%。天然气占比达到15%,石油占比15%~16%,而煤炭仍将占比45%左右。

“煤炭超低排放+二氧化碳利用、封存=清洁低碳。煤炭资源经济安全、清洁高效、储运便利,主动权可牢牢掌握在自己手中。同时,煤炭资源总量丰富,替代油气潜力巨大。”王双明表示。

绿色开采破解安全兜底与生态保护矛盾

毋庸置疑,做好煤炭文章是保障国家经济安全的重大需求。关于煤炭在我国能源安全中的重要地位,党和国家领导人多次进行了强调。

“十四五”规划和2035年远景目标中提出实施能源资源安全战略:坚持立足国内、补齐短板、多元保障、强化储备,完善产供销体系,增强能源持续稳定供应和风险管控能力,实现煤炭供应安全兜底、油气核心需求依靠自保、电力供应稳定可靠。夯实国内产量基础,保持原油和天然气稳产增产,做好煤制油气战略基地规划布局和管控。加强煤炭储备能力建设。

“要求实现煤炭供应安全兜底,对煤炭行业而言,责任更大,要求更高。这也充分体现了煤炭的特殊作为和地位。”王双明说,我国煤炭资源赋存情况是西部多、中部富、东部趋于枯竭。以大兴安岭-太行山沿线为界,中东部是煤炭需求量较大的地区,但1000米以浅经济可采储量趋于枯竭。新疆煤炭储量高达2万亿吨左右,但由于距离太远,使用困难,远煤解不了近忧。而黄河几字弯地区有六大煤炭基地,占全国煤炭产量的40%左右。要实现煤炭供应安全兜底,就必须开发黄河流域的煤炭资源。

然而,一个无法回避的现实是,黄河流域处于干旱-半干旱地区,干旱少雨,水土流失严重,生态环境脆弱。据有关统计报告显示,位于黄河流域的山西、陕西、内蒙古、宁夏、甘肃地区,探明煤炭资源储量占全国的2/3,水资源却不到全国总量的1/25。

“绿色开采是做好黄河流域煤炭文章的基础,而黄河流域煤炭的开采首要解决的是采动隔水性变化难题。”王双明表示,植被适生水位是维系生态环境的重要w88体育app条件。黄河流域地表生态与地下水埋深关系密切,水位既不能太浅、也不可太深。埋深如果小于1.5米,蒸发量过大就会形成盐渍化;若是大于15米,地表出现沙化,两种情况均不利于植物生存。地下水埋藏在1.5~5米范围,草本植物、乔灌木、农作物才能正常生长,城市、农业等用水才能得到保障。

王双明坦言,黄河流域矿区w88体育app环境保护的核心是保护地表生态系统,地表生态系统保护的核心是控制地下水位不发生明显下降。而采动隔水性变化是黄河流域生态环境损害的根源。采掘工程形成空间,应力场变化产生动力,隔水层损害产生通道,地下水流向采空区导致水位下降和生态退化。

针对这一困局,王双明认为,减损开采w88体育app保障是绿色开采的重要支撑。要以煤水空间组合特征研究为基础,以揭示采动w88体育app条件变化规律为途径,以减损w88体育app工程为支撑,以防止隔水岩组破坏为目标,以保护生态水位为核心,构建采煤与生态环境保护协调发展技术体系。采动w88体育app条件变化规律是指导绿色开采的理论基础。要加强对隔水性稳定区、隔水性变化区、隔水性损害区、贫水或无水区的研究。减损w88体育app工程是绿色开采的重要技术支撑。对隔水性稳定区减沉开采,对隔水性变化区减损开采,对隔水性损害区保水开采,对贫水或无水区访崩塌开采。

低碳利用是做好黄河流域煤炭文章的核心

在“双碳”目标下,在做好黄河流域煤炭绿色开采的基础上,实现该区域煤炭资源的低碳高效利用,才是最终的目标。

“低碳利用是做好黄河流域煤炭文章的核心。”王双明表示,通过大幅度减少或禁用化石能源实现碳中和不符合中国能源资源国情。我们要科学认识碳中和,着力实现排放与固碳用碳平衡。

煤炭是石油工业之母。而科学高效利用西部的富油煤资源,无疑是低碳利用的一个新方向。据了解,富油煤最早于1850年发现于苏格兰的托班山附近,称为托班煤。人们发现能从这种煤中提炼出“石蜡油”,煤油也就由此而得名。同时,用煤造石油也就成了当时欧美的主要工业。

“焦油产率在12%的叫高油煤、7-12%的叫富油煤、7%以上的叫含油煤,而广义上焦油产率在7-12%之间的煤炭资源通称为富油煤。”王双明说,富油煤是集煤油气属性为一体的能源资源,是一种中低成熟度的煤基油气资源,简单说就是煤化过程突然断了,其中的油和气还没有完全跑出来。若能通过技术手段提取这部分油、气,即可增加我国油气资源供应。但富油煤资源长期未得到正确认识。我们要重新科学认识富油煤。

据有关勘探成果显示,我国西部富油煤储量丰富,资源量大约有5000亿吨,主要赋存于陕西、内蒙古、甘肃等地。煤中潜在的油资源量约500亿吨,气资源量约75万亿立方米,相当于目前三大石油公司探明油气剩余可采储量的10倍之多。

“我国富油煤产业规模化发展具备资源基础。梯级利用富油煤,实行热解气化一体化,可以大幅度提效减碳。”王双明表示,实行半焦保湿气化,能效可以达到82.57%。而能效每提高1%,碳排放可减少1.24%。

“地面原位热解,提油留碳前景可期。”谈起技术问题时,王双明表示,地表施工钻孔,通过高温气体、下伏煤层自然、核能或大功率电加热等方式,将煤热解提出油气,固定碳留在地下。对正在生产的煤矿,则可以进行“煤炭采掘工程+油气加热技术+区域密封=提取油气留碳”的煤基油气新探索。

同时,王双明还对二氧化碳资源化利用充满了信心。他表示,通过二氧化碳和甲烷干重整、利用焦炭或兰炭将二氧化碳还原利用、二氧化碳加氢制备甲醇、二氧化碳用于气化炉载气、以二氧化碳为原料生成碳酸二甲醇、二氧化碳合成依稀等方面的研究创新,二氧化碳资源化利用前景可期。

“500米左右可以实现二氧化碳煤层注入,300米以浅煤层自然封存二氧化碳。甘肃窑街煤矿在1978年5月24日突出二氧化碳24万立方米,1980-1985年抽放二氧化碳134万立方米。煤样实测二氧化碳吸附量为33立方米-36立方米/吨,工作面二氧化碳抽采表明吨煤含量不小于50立方米。陕北榆神矿区深部代表性工作面发育碎涨裂隙的岩石体积巨大,上覆红土最大厚度100米,前景看好。”王双明说。

王双明最后表示,开发黄河流域煤炭资源是保障国家能源安全的重大需求,做好煤炭绿色开采清洁低碳利用文章,是黄河流域高质量发展必须破解的重大技术难题。而科学利用煤炭油气资源属性,创新富油煤梯级利用和采空区碳封存技术,是黄河流域煤炭绿色开发面临的挑战,也是煤炭产业转型煤基油气产业的重大机遇。

网站编辑:宫莉