“雙碳”目標下，難改煤炭主體能源地位

在“雙碳”目標下，煤炭在我國能源結構中究竟占什么地位？還要不要繼續發展和提升煤炭產業？帶著諸多疑問，記者在7月13日于陜西榆林舉行的中國縣域礦業綠色高質量發展百人論壇暨黃河幾字彎礦區生態修復與治理研討會上，采訪了中國工程院院士、西安科技大學學術委員會主任王雙明。

“雙碳”目標下煤炭主體能源位置不會改變

“在‘雙碳’目標下，我國的煤炭主體能源位置不會改變。”王雙明說，據中國煤炭工業協會預測，到“十四五”末，全國煤炭消費量將控制在41億噸左右，年均消費增長1%左右。“十四五”及今后較長一個時期，能源需求保持穩定增長，煤炭在一次能源消費結構中的比重將下降，但其主體地位和作用還很難改變。王雙明認為，要從多個維度和角度出發，對“雙碳”目標下的煤炭主體能源位置進行再認識。一是我國“富煤、缺油、少氣”的資源稟賦，決定了煤炭在能源消費結構中的主體地位。從儲量來看，根據自然資源管理部門的統計數據，2018年，我國石油、天然氣剩余可采儲量分別為35億噸、5.7萬億立方米，分別可用17.5年、35年，而煤炭查明可采儲量為17085億噸，可采年限約170年。二是以煤為主長期未變的消費歷史，體現了煤炭的主體地位。煤炭當前仍然是發電最主要的能源，在全球總發電量中占比超過36%。三是超低排放燃煤發電技術鞏固了煤炭主體地位。河北省環境監測中心監測報告顯示，國華三河電廠改造后4臺機組的煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度低于京津冀5、35、50毫克/標立方米超低排放標準要求和國家燃氣發電機組10、100、200毫克/標立方米的大氣污染物排放標準，而成本為燃氣發電的1/2。四是煤制油規模化生產技術提升了煤炭主體地位。2008年12月31日，神 華100萬 噸/年煤直接液化項目在鄂爾多斯一次投料試車成功；2015年8月，陜西未來化工100萬/年噸煤炭間接液化項目在榆林建成投產；2016年12月，神華寧煤集團400萬噸/年煤炭間接液化項目在寧夏建成投產。五是煤制油氣和利用技術創新必將延長煤炭主體地位。富油煤采用中低溫熱解可以形成氣、液、固三種物質，將煤轉化成油、氣以及可替代無煙煤和焦炭的半焦。西部富油煤資源豐富，具有替代油氣的巨大潛力。在現實情況中，我國的煤炭主體地位的確沒有動搖。據統計，近10年來，煤炭在我國一次能源消費結構中的占比每年下降0.8-1個百分點，2020年占比仍然在50%以上。王雙明坦言，“十四五”時期嚴控煤炭消費增長，“十五五”時期逐步減少。到碳達峰時，非化石能源占一次能源消費比重將達到25%。天然氣占比達到15%，石油占比15%~16%，而煤炭仍將占比45%左右。“煤炭超低排放+二氧化碳利用、封存=清潔低碳。煤炭資源經濟安全、清潔高效、儲運便利，主動權可牢牢掌握在自己手中。同時，煤炭資源總量豐富，替代油氣潛力巨大。”王雙明表示。

綠色開采破解安全兜底與生態保護矛盾

毋庸置疑，做好煤炭文章是保障國家經濟安全的重大需求。關于煤炭在我國能源安全中的重要地位，黨和國家領導人多次進行了強調。“十四五”規劃和2035年遠景目標中提出實施能源資源安全戰略：堅持立足國內、補齊短板、多元保障、強化儲備，完善產供銷體系，增強能源持續穩定供應和風險管控能力，實現煤炭供應安全兜底、油氣核心需求依靠自保、電力供應穩定可靠。夯實國內產量基礎，保持原油和天然氣穩產增產，做好煤制油氣戰略基地規劃布局和管控。加強煤炭儲備能力建設。

“要求實現煤炭供應安全兜底，對煤炭行業而言，責任更大，要求更高。這也充分體現了煤炭的特殊作為和地位。”王雙明說，我國煤炭資源賦存情況是西部多、中部富、東部趨于枯竭。以大興安嶺-太行山沿線為界，中東部是煤炭需求量較大的地區，但1000米以淺經濟可采儲量趨于枯竭。新疆煤炭儲量高達2萬億噸左右，但由于距離太遠，使用困難，遠煤解不了近憂。而黃河幾字彎地區有六大煤炭基地，占全國煤炭產量的40%左右。要實現煤炭供應安全兜底，就必須開發黃河流域的煤炭資源。

然而，一個無法回避的現實是，黃河流域處于干旱-半干旱地區，干旱少雨，水土流失嚴重，生態環境脆弱。據有關統計報告顯示，位于黃河流域的山西、陜西、內蒙古、寧夏、甘肅地區，探明煤炭資源儲量占全國的2/3，水資源卻不到全國總量的1/25。“綠色開采是做好黃河流域煤炭文章的基礎，而黃河流域煤炭的開采首要解決的是采動隔水性變化難題。”王雙明表示，植被適生水位是維系生態環境的重要地質條件。黃河流域地表生態與地下水埋深關系密切，水位既不能太淺、也不可太深。埋深如果小于1.5米，蒸發量過大就會形成鹽漬化；若是大于15米，地表出現沙化，兩種情況均不利于植物生存。地下水埋藏在1.5~5米范圍，草本植物、喬灌木、農作物才能正常生長，城市、農業等用水才能得到保障。王雙明坦言，黃河流域礦區地質環境保護的核心是保護地表生態系統，地表生態系統保護的核心是控制地下水位不發生明顯下降。而采動隔水性變化是黃河流域生態環境損害的根源。采掘工程形成空間，應力場變化產生動力，隔水層損害產生通道，地下水流向采空區導致水位下降和生態退化。針對這一困局，王雙明認為，減損開采地質保障是綠色開采的重要支撐。要以煤水空間組合特征研究為基礎，以揭示采動地質條件變化規律為途徑，以減損地質工程為支撐，以防止隔水巖組破壞為目標，以保護生態水位為核心，構建采煤與生態環境保護協調發展技術體系。采動地質條件變化規律是指導綠色開采的理論基礎。要加強對隔水性穩定區、隔水性變化區、隔水性損害區、貧水或無水區的研究。減損地質工程是綠色開采的重要技術支撐。對隔水性穩定區減沉開采，對隔水性變化區減損開采，對隔水性損害區保水開采，對貧水或無水區訪崩塌開采。

低碳利用是做好黃河流域煤炭文章的核心

在“雙碳”目標下，在做好黃河流域煤炭綠色開采的基礎上，實現該區域煤炭資源的低碳高效利用，才是最終的目標。“低碳利用是做好黃河流域煤炭文章的核心。”王雙明表示，通過大幅度減少或禁用化石能源實現碳中和不符合中國能源資源國情。我們要科學認識碳中和，著力實現排放與固碳用碳平衡。煤炭是石油工業之母。而科學高效利用西部的富油煤資源，無疑是低碳利用的一個新方向。據了解，富油煤最早于1850年發現于蘇格蘭的托班山附近，稱為托班煤。人們發現能從這種煤中提煉出“石蠟油”，煤油也就由此而得名。同時，用煤造石油也就成了當時歐美的主要工業。“焦油產率在12%的叫高油煤、7-12%的叫富油煤、7%以上的叫含油煤，而廣義上焦油產率在7-12%之間的煤炭資源通稱為富油煤。”王雙明說，富油煤是集煤油氣屬性為一體的能源資源，是一種中低成熟度的煤基油氣資源，簡單說就是煤化過程突然斷了，其中的油和氣還沒有完全跑出來。若能通過技術手段提取這部分油、氣，即可增加我國油氣資源供應。但富油煤資源長期未得到正確認識。我們要重新科學認識富油煤。據有關勘探成果顯示，我國西部富油煤儲量豐富，資源量大約有5000億噸，主要賦存于陜西、內蒙古、甘肅等地。煤中潛在的油資源量約500億噸，氣資源量約75萬億立方米，相當于目前三大石油公司探明油氣剩余可采儲量的10倍之多。“我國富油煤產業規模化發展具備資源基礎。梯級利用富油煤，實行熱解氣化一體化，可以大幅度提效減碳。”王雙明表示，實行半焦保濕氣化，能效可以達到82.57%。而能效每提高1%，碳排放可減少1.24%。“地面原位熱解，提油留碳前景可期。”談起技術問題時，王雙明表示，地表施工鉆孔，通過高溫氣體、下伏煤層自然、核能或大功率電加熱等方式，將煤熱解提出油氣，固定碳留在地下。對正在生產的煤礦，則可以進行“煤炭采掘工程+油氣加熱技術+區域密封=提取油氣留碳”的煤基油氣新探索。同時，王雙明還對二氧化碳資源化利用充滿了信心。他表示，通過二氧化碳和甲烷干重整、利用焦炭或蘭炭將二氧化碳還原利用、二氧化碳加氫制備甲醇、二氧化碳用于氣化爐載氣、以二氧化碳為原料生成碳酸二甲醇、二氧化碳合成依稀等方面的研究創新，二氧化碳資源化利用前景可期。“500米左右可以實現二氧化碳煤層注入，300米以淺煤層自然封存二氧化碳。甘肅窯街煤礦在1978年5月24日突出二氧化碳24萬立方米，1980-1985年抽放二氧化碳134萬立方米。煤樣實測二氧化碳吸附量為33立方米-36立方米/噸，工作面二氧化碳抽采表明噸煤含量不小于50立方米。陜北榆神礦區深部代表性工作面發育碎漲裂隙的巖石體積巨大，上覆紅土最大厚度100米，前景看好。”王雙明說。王雙明最后表示，開發黃河流域煤炭資源是保障國家能源安全的重大需求，做好煤炭綠色開采清潔低碳利用文章，是黃河流域高質量發展必須破解的重大技術難題。而科學利用煤炭油氣資源屬性，創新富油煤梯級利用和采空區碳封存技術，是黃河流域煤炭綠色開發面臨的挑戰，也是煤炭產業轉型煤基油氣產業的重大機遇。(中國礦業報)