煤礦能源資源高效利用發展研究

呂超賢，孫文，宋關羽 ，于浩 ，王成山

（1. 中國礦業大學電氣工程學院，江蘇徐州 221116；2. 天津大學電氣自動化與信息工程學院，天津 300072；3. 智能電網教育部重點實驗室，天津 300072）

一、前言

我國是能源消費及進口大國，面對錯綜復雜的外部環境以及“雙碳”戰略目標牽引下的能源轉型進程，需深入推進能源革命，加強能源“產 - 供 -儲 - 銷”體系建設，確保能源安全[1]。因此，豐富能源供給形式、提高能源利用效率、加強多種能源之間的協同互補能力成為保障能源安全的必然選擇[2～4]。煤炭作為我國的重要能源，在較長時期內其主導地位不會改變。然而，隨著我國經濟的快速發展，全社會對能源需求的規模及多樣性持續增加，煤炭產業高耗能、高污染的特性制約了其可持續發展路徑的開展。近年來，煤炭行業迎來了前所未有的低碳轉型挑戰機遇，我國在重視和推動煤炭行業的轉型發展的同時，給予了多項政策傾斜與支持。2021年，國家能源局、科學技術部印發的《“十四五”能源領域科技創新規劃》提出，開展涌水、低濃度瓦斯、礦井余熱等能源資源利用相關示范[5]。2022 年，國家發展和改革委員會、國家能源局在《關于完善能源綠色低碳轉型體制機制和政策措施的意見》中指出，完善煤矸石、涌水、礦井瓦斯等資源綜合利用政策，鼓勵利用煤礦資源優勢開展新能源及儲能項目的建設[6]。2022 年，中央經濟工作會議提出，把握以煤為主的基本國情，抓好煤炭清潔高效利用，提高新能源消納能力，促進煤與新能源的優化組合[7]。

煤礦能源資源種類多，電、熱、冷、氣等用能需求多樣，但由于煤礦區較為粗放的能源管理方式以及分散的能源供給策略，使源端大量能源資源難以與多元需求相匹配，造成了資源浪費和額外的碳排放。近年來，國內外在煤礦能源資源高效利用方面做了大量研究，主要集中在煤礦能耗分析、資源利用、煤礦綜合能源系統等方面，如美國已準備將煤礦轉變為清潔能源中心，計劃在煤礦建設光伏、風力等多種清潔能源電站[8]；我國煤礦能源資源利用仍處于起步階段，相關資源的利用效率、清潔化利用水平等有待提升。

進一步發揮煤礦能源資源稟賦優勢，通過物質 - 能量循環利用和優化調度策略，提升煤礦能源資源利用效率是未來實現煤礦能源資源高效利用的研究重點。本文在梳理煤礦能源資源利用現狀的基礎上，分析其面臨的挑戰及未來的發展趨勢，總結煤礦能源資源利用的關鍵技術與發展路徑，并提出發展建議，以期為推動煤炭行業低碳發展研究提供參考。

二、煤礦能源資源利用現狀

（一）能源資源現狀

根據性質和產生方式的不同，可以將煤礦能源資源分為常規資源、煤炭伴生資源和其他資源3類。

1. 常規資源

常規資源主要包括煤炭、太陽能、風能、地熱能等。我國煤礦主要分布在華北、西北地區，分布區域與太陽能、風能、地熱能等新能源資源富集區高度吻合，在地理空間上存在較大的重合性。根據我國煤炭資源儲量排名前十的省份所對應的新能源資源儲量情況來看（見圖1）[9]，在煤炭資源豐富的地區，其太陽能、風能資源在全國的占比超過80%，地熱資源在全國的占比超過50%。

圖1 我國煤炭資源儲量排名前十的省份對應的新能源資源情況

2. 煤炭伴生資源

煤炭伴生資源由煤炭開采衍生而來，主要包括煤矸石、煤層氣（煤礦瓦斯）、乏風瓦斯、涌水等。其中，煤矸石來源于采煤、洗煤過程中排放的固體廢棄物，主要成分為Al2O3、SiO2以及含有鐵、鈣等的氧化物[10]；我國煤矸石的產量大，2021年的產量約為7.43×108t。煤層氣來源于煤和圍巖中的CH4、CO2和N2的混合氣體，屬于非常規天然氣，是一種新型清潔能源[11]；我國每年直接排放的低濃度瓦斯總量約為1.32×109m3[12]。乏風瓦斯又稱煤礦風排瓦斯，是瓦斯濃度低于0.75%的煤礦瓦斯，雖然濃度極低，但其排放量很大，我國每年排入大氣中的乏風瓦斯超過1.5×1010m3[13]。涌水是在礦井開采過程中，大氣降水、地下水等通過各種通道涌入井下所形成的[14]。圖2 為2017—2021 年我國原煤及伴生資源礦井的產量情況[15～17]。由圖2 可知，我國原煤產量在持續增長的同時，煤炭伴生資源產量也隨之增長。

圖2 2017—2021年我國原煤及伴生資源產量情況

3. 其他資源

煤礦區的其他資源主要是空氣壓縮機余熱、礦井地下空間和地表塌陷區等。空氣壓縮機余熱資源指煤礦空氣壓縮機工作過程中產生的高溫高壓油氣混合物所帶來的熱能，溫度通常為80～100 ℃，約占空氣壓縮機輸入電能的80%～93%，屬于能源轉換過程中的余熱[18]。礦井地下空間是由井下設備轉移或礦井開采結束所留下的地質空腔，多分布在廢棄 / 關閉的礦井中。地表塌陷區是由礦山開采結束后，采空區上方覆巖層應力平衡受到破壞所形成的地表塌陷區域，在廢棄 / 關閉礦井中較為常見。目前，我國待開發利用的廢棄礦井約有10 000 多處，礦井地下空間資源超過1.56×1010m3，每年新增煤礦地表塌陷區面積超過60 000 km2[19,20]。“十五”時期以來，我國廢棄 / 關閉的礦井數量情況如圖3所示，預計2030年我國廢棄 / 關閉礦井數量將達到15 000處[21,22]。

圖3 “十五”以來我國廢棄 / 關閉礦井數量

（二）能源需求特性

按開采方式的不同，煤礦可分為井工煤礦和露天煤礦兩類。我國主要以井工煤礦開采為主，這兩類煤礦的能源資源特性如下。

1. 井工煤礦

井工煤礦能源需求按功能區的不同，可分為生產區負荷和生活區負荷，各功能區內均包含電、熱、冷、氣等能源需求（見表1）。井工煤礦生產區負荷具有鮮明的峰谷時段特征，即采煤時段用能較多，非采煤時段（檢修期）用能較少。井工煤礦電負荷主要包含采煤機、刮板輸送機、皮帶運輸機、抽水泵、通風機等；由于煤炭開采機械設備種類多、功率容量大，生產區負荷的電能需求占煤礦總電能需求的絕大部分[23]。井工煤礦熱負荷包括井筒防凍、建筑采暖以及洗浴熱水供應，其中井筒防凍主要是應對寒冷季節或寒冷地區可能發生的凍結現象；全時段洗浴熱水供應則是為保障礦工在煤礦三班倒工作制下的洗浴需求。以某12 Mt/a 的井工煤礦為例，其總用電負荷為53 529.78 kW，其中生產區負荷為52 426.48 kW，占總用電負荷的97.94%；在-17 ℃條件下，該煤礦的總熱負荷為21 162 kW，其中井筒防凍、采暖、熱水供應占比分別為53.7%、39.7%、6.6%[24]。井工煤礦冷負荷主要包括井下供冷、建筑供冷等。受開采深度、地熱、設備散熱等因素影響，在井下溫度較高的地區需通過供冷操作，降低井下環境溫度以保障工人的生命安全。此外，井工煤礦還存在天然氣、N2等與煤礦生產緊密相關的能源需求。

表1 井工煤礦多元用能需求

2. 露天煤礦

露天煤礦在穿爆、采裝、運輸、排土、輔助以及辦公建筑等方面存在用能需求（見表2），主要是機械設備對能源的消耗，其中以柴油和電力為主以及少部分的汽油。以某20 Mt/a 的露天煤礦為例，其年度電力總能耗為8.295×107kW·h，柴油總能耗為73 154 t，汽油總能耗為279.5 t[25]。

表2 露天煤礦多元用能需求

（三）資源利用現狀

1. 常規資源

目前，煤礦常規資源利用主要包括燃煤發電、光伏發電、風力發電、地熱資源開發等，以實現傳統火力發電與新能源發電的耦合。① 燃煤發電，利用傳統燃煤機組，將煤的化學能轉化為電能。② 光伏發電，在煤礦建筑屋頂及周邊空地布置光伏板，增加煤礦能源供給形式，如新疆哈密大南湖二礦分布式光伏項目。③ 風力發電，通過在煤礦周圍風能富集區建設風力發電單元，實現對煤礦的電能供給，如加拿大Raglan 礦井大型風能發電系統。④ 地熱資源，利用礦井井下生產優勢，在建井時兼顧地熱資源的開發，根據礦井地溫賦存差異，進行礦井水、巖溫、混合型地熱的開發利用[9]。

2. 煤炭伴生資源

煤炭伴生資源與煤炭開采息息相關，是煤礦最具開發利用潛力的一類能源資源。① 煤矸石經預處理后可回收其中的煤、黃鐵礦等有用礦物；也可用作矸石發電的原材料，產生的灰渣可作為磚塊、路基、土壤改良劑、充填煤礦沉陷區等材料。近年來，隨著煤矸石發電、制磚、充填等規模性消納項目的實施，煤矸石綜合利用率持續增長，2021年我國綜合利用的煤矸石約為5.43×108t，綜合利用率達73.1%[16]。② 煤層氣按所含瓦斯濃度的不同，分為低濃度瓦斯（濃度為1%～30%）、抽采瓦斯（濃度為30%～80%）和高濃度瓦斯（濃度為80%～100%）。低濃度瓦斯多用于蓄熱氧化、燃燒發電或提純后利用；抽采瓦斯經煤水氣分離裝置分離出其中的水氣后，可用作民用及化工原料；高濃度瓦斯可作為燃料，直接經管道外輸加以利用[26]。目前，我國煤礦瓦斯綜合利用率不足50%，今后的可利用空間較大。山西省能源局在《關于推動煤礦瓦斯綜合利用的指導意見》中提出，到2025年力爭全省瓦斯利用率達到50%[27]，煤礦瓦斯的高效利用任重道遠。③ 乏風瓦斯的主要利用方式是蓄熱氧化、余熱回收等。蓄熱氧化技術通過蓄熱氧化裝置將乏風中低濃度瓦斯轉換為熱能，余熱回收則是通過熱泵提取礦井回風中的低溫廢熱。我國乏風氧化技術在山西、陜西等省份已實現工業化運行[11]，但由于乏風瓦斯排放總量顯著，實現乏風瓦斯的完全利用仍有困難。④ 礦井涌水的利用方式包括余熱回收和凈化利用。余熱回收一般通過熱泵回收礦井排水中的低溫余熱；凈化利用則是對礦井水進行凈化除雜，用于噴灑除塵、綠植灌溉等。目前我國煤礦礦井涌水的平均利用率約為35%[28]，水資源浪費情況較為嚴重。

3. 其他資源

① 煤礦空氣壓縮機余熱資源的利用方式主要有熱風直接利用和熱水直接利用[18]，資源回收利用效率較高，但由于涉及設備建設或改造、大量資金投入等，尚未在煤礦區廣泛推廣和應用，余熱資源利用潛力有待提升。② 礦井地下空間通常可以進行儲能（抽水蓄能、壓縮空氣儲能等）、封存CO2，也可以改造為地下實驗室、地下養殖、人防工程等。③ 煤礦地表塌陷區資源主要圍繞經濟與生態功能進行開發利用，包括新能源開發、農林復墾、水產養殖、水庫蓄水等[21]。由于礦井地下空間、煤礦地表塌陷區資源利用屬于煤炭開采后期，資源利用對于煤礦企業而言不具有顯著的經濟效益，導致大量廢棄礦井資源遭到浪費。

三、煤礦能源資源利用面臨的挑戰與發展趨勢

（一）煤礦能源資源利用面臨的挑戰

1. 煤炭伴生資源的綜合利用水平較低

煤炭伴生資源種類豐富、總量大，利用效率不高。對于單類伴生資源而言，即使70%的綜合利用率，也會造成大量的資源浪費與環境污染，因此，單個伴生資源的綜合利用水平仍需進一步提升。煤礦各伴生資源分散分布的特點決定了其分散利用的格局，不能充分發揮各伴生資源能源品位及時空分布優勢，因此，對于多類型煤炭伴生資源而言，其多資源聚合模式以及耦合利用機理有待進一步探明。

2. 資源動態演化下煤礦多環節物質 - 能量耦合傳輸鏈路尚不清晰

煤礦資源動態演化導致全生命周期內煤礦運行場景的復雜多樣性，加之隨著煤礦生產多環節能量輸入與物質產出的差異性、生產及生活用能中各能流的強耦合特性，使得煤礦多環節物質 - 能量耦合傳輸鏈路愈加混雜不清。此外，對煤礦物質生產和能量耦合的特性和調控機制缺乏清晰的認識，難以優化和調節鏈路中的各個環節以實現煤礦物質 - 能量的高效耦合利用。

3. 缺少精細化調度手段和平臺支撐

煤礦生產用能的高安全性以及能源資源利用的高效性都要求煤礦能源系統需具備精細化調度能力，以精準約束各能源設備出力及生產用能行為。目前，煤炭及伴生資源產量、各環節生產用能等多類型物質 - 能量數據的采集、記錄與存儲方式各異，缺少統一的數據集成分析平臺作支撐，難以實現有效的數據集成和共享，限制了系統精細化調度的實施。

（二）煤礦能源資源利用趨勢

1. 供能多元化

隨著對煤礦新能源資源及煤炭伴生資源的持續開發利用，煤礦將逐漸形成以煤炭為主體、電力為核心、多種能源資源協同供能的綜合供能體系。該體系包括傳統燃煤發電、太陽能及風能發電、太陽能等新能源供熱、煤炭伴生資源高效轉化等多種供能形式，在提高煤礦能源資源利用效率的同時將煤礦區打造為集傳統能源與新能源為一體的綜合能源供能網絡。

2. 用能清潔化

近年來，水電、風電、光伏發電等新能源裝機規模不斷攀升，終端用能清潔化水平大幅提升。同時，煤礦負荷端燃油、燃氣等碳排放環節逐漸被電力設施替代，用能更加清潔。隨著煤礦綜合供能網絡的逐步完善，形成了源端以多種清潔能源為主的供能形式，滿足了煤礦及周邊城鎮多元負荷用能需求，提高了煤礦清潔化用能水平。

3. 生態友好化

煤礦在開采結束后，仍賦存著大量的煤、水、氣、地熱、地下空間等多種可利用資源，可發揮廢棄 / 關閉礦井土地資源、遺留資源賦存及設施優勢，采用土地資源利用、生態修復、新能源開發、土地復墾等措施，實現廢棄礦井的精準開發利用，優化當地能源產業結構，推動廢棄礦井資源型城市轉型發展，助力美麗中國建設。

四、煤礦能源資源高效利用的關鍵技術與發展路徑

（一）煤礦能源資源高效利用的關鍵技術

1. 煤炭及共伴生資源高效利用技術

（1）煤炭清潔高效利用技術主要包括煤炭清潔高效轉化、先進燃煤發電技術。煤炭清潔高效轉化涵蓋煤洗選加工、煤制液體燃料及化工品、煤炭氣化及煤與有機物協同氣化、煤轉化過程中多種污染物協同控制。先進燃煤發電技術主要有超超臨界發電、整體煤氣化燃氣蒸汽聯合循環（IGCC）、整體煤氣化燃料電池聯合循環（IGFC）等。煤炭及共伴生資源的高效利用，可實現煤炭洗選、加工、廢棄物利用、發電等全過程清潔低碳，提高煤炭的清潔化利用水平。

（2）煤矸石高效利用技術。將煤矸石經粉碎、分選、喂料、燃燒、發電等工藝，驅動蒸汽輪機帶動發電機產生電能，使其中的可燃物質或化合物轉化為可供煤礦生產生活使用的電能。我國已建成陜西煤業化工集團有限責任公司2×300 MW低熱值資源綜合利用發電廠、中煤平朔集團有限公司2×660 MW煤矸石發電廠等發電項目，其中后者每年可消納煤矸石約5.1×106t，發電約6.6×109kW·h，供熱約1×1016J，顯著提高了煤矸石的綜合利用水平。

（3）煤層氣高效利用技術。煤層氣的高效利用方式由其所含甲烷的體積分數決定。體積分數≥8%的煤層氣可用于瓦斯發電，礦井抽采出的煤層氣經水封、燃氣脫硫、排空等操作后進入燃氣發電機組燃燒發電；體積分數在0.75%～8%的煤層氣可用于氧化發電；通常將體積分數在8%以下的低濃度瓦斯與乏風瓦斯摻混至體積分數為1%～1.2%后，通過蓄熱氧化機組回收氧化后產生的高溫煙氣余熱進行供熱或推動蒸汽機發電。我國已建成晉煤控股集團有限公司胡底10 MW 高濃度瓦斯發電廠、陽泉煤業（集團）股份有限公司二礦桑掌15 MW 低濃度瓦斯氧化發電廠等發電項目，其中后者每小時可氧化利用5.4×105m3級的低濃度瓦斯，年發電總量可達1.2×108kW·h，顯著提升了煤層瓦斯的利用水平。

（4）乏風瓦斯高效利用技術。乏風中的甲烷濃度極低（在0.75%以下），通常將乏風送入蓄熱氧化裝置中發生蓄熱氧化反應，同時釋放大量的熱能，經熱交換后乏風中低濃度瓦斯蘊含的化學能轉化為可供煤礦使用的熱能。此外，乏風溫度受礦井通風循環系統影響，略高于環境溫度，可采用熱泵提取礦井回風中的低溫熱能供煤礦生產生活使用。我國已建成淮南礦業（集團）有限責任公司謝橋煤礦8×500 kW 低濃度瓦斯氧化供熱項目、潞安集團高河能源有限公司30 MW低濃度瓦斯氧化發電廠，其中，后者通過瓦斯氧化爐、余熱鍋爐及相關輔機等設備，每年可節約標準煤15 000 t 以上，降低了乏風瓦斯直排對環境的污染。

（5）涌水高效利用技術。受礦井的天然地質條件影響，涌水溫度常年保持穩定，是一種較為穩定的低品質熱能，因此可以采用熱泵對其進行余熱回收，通過少量的電能消耗即可將涌水所蘊含的低品位熱能轉化為可供煤礦生產生活使用的高品質熱能，具有節能、環保、一機多用、可靠性高等特點。目前，太原煤氣化龍泉能源發展有限公司、淮北礦業（集團）有限責任公司信湖煤礦配備了多臺水源熱泵機組以回收礦井排水余熱供煤礦使用，其中，前者在供暖季可節約標煤1100 t，實現了對煤礦熱能的清潔供應。

（6）采煤塌陷區及廢棄礦井利用技術。采煤塌陷區及廢棄礦井擁有大量的土地 / 空間資源，加之煤炭產區與新能源分布區具有重合性，可在采煤塌陷區上新建光伏、風機等，為煤礦提供清潔電能。廢棄礦井則圍繞地下空間儲能、新能源開發、CO2封存技術進行高效利用。加強采煤塌陷區及廢棄礦井利用技術的應用和落地，提升煤礦區的生態治理能力，促進資源型城市轉型升級。

綜上所述，以高效能量轉化裝置為基礎，資源利用技術為支撐，對煤炭及共伴生資源進行回收利用，以期提高煤炭伴生資源的利用水平，實現煤礦能源資源的梯級利用。

2. 煤礦生產多環節物質 - 能量循環利用模式

煤礦包含諸多特殊的能源生產和消費行為，尤其是在煤炭伴生資源利用環節，既利用礦井生產過程產生的煤矸石、乏風、涌水等資源，同時也消耗外部電能來驅動帶式運輸機、通風機、抽采泵等生產設備，因此，煤炭伴生資源與其他多形態能源間存在強耦合特性。鑒于此，煤礦生產多環節物質 -能量循環利用模式在解析礦井異質資源物質流動和能量循環關系的基礎上，通過煤礦能量耦合環節多能轉化設備聚合煤礦地面及井下的風、光、熱、氣等能源資源，將煤炭伴生資源轉化為可供煤礦使用的電、熱、冷等。同時，全面剖析煤礦能源生產和消費特征，辨識煤礦用能關鍵環節，基于源荷狀態信息、關鍵環節能量 - 物質連接模式與耦合機理，形成從源端資源利用到荷端能源需求的全環節物質 - 能量循環利用模式，實現煤礦能源資源的自主循環利用。

3. 資源動態演化下煤礦物質 - 能量循環高效利用拓撲構建方法

煤礦生產具有鮮明的周期性，如前期建井、中期開采、后期關閉，各時期內伴生資源賦能特征、能源產銷特性等具有較大差異。以煤礦中期開采為例，隨著煤炭的持續開采，井下工作面的新增與關閉、地質空間環境變化等都會引起煤炭伴生資源賦能特征、生產用能行為以及系統拓撲結構的改變。因此，在煤礦資源動態演化條件下，圍繞煤礦全生命周期內物質生產全流程以及多環節能量耦合模式，可以構建煤礦物質 - 能量循環高效利用拓撲架構。目前，太原煤氣化龍泉能源發展有限公司根據現階段煤礦開采特征，擬構建的煤礦拓撲結構如圖4 所示。該結構充分考慮煤礦生產特性，以滿足煤礦開采、生產、生活辦公等的電、氣、冷、熱需求為主要目標，通過伴生資源和其他可利用能源資源之間的多能互補綜合利用，提升煤礦能源利用效率、能源供給可靠性，促進煤礦能源系統向綠色低碳的綜合能源微網發展。

圖4 基于煤礦生產特性的煤礦綜合能源系統能源資源高效利用拓撲結構

4. 煤礦綜合能源系統優化調度技術

與傳統綜合能源相比，煤礦存在能源供給可靠性要求極高、多種伴生資源與可再生能源共存、物質 - 能量各環節高度耦合等特殊性和復雜性，這使得煤礦綜合能源優化調度技術需更多地關注煤礦供能與生產安全、異質資源間的資源協調利用、能量與生產耦合環節的耦合特性等方面。通過解析煤礦能源資源稟賦特性、識別能量與生產的核心環節、提取多元負荷耦合特征以及區分運行場景變化等，可以實現對煤礦綜合能源系統的深層剖析。在構建煤礦綜合能源系統優化調度模型時，通過以煤礦供電和供熱 / 冷等的安全可靠性、煤礦能源資源利用效率、能源生產及消費成本等經濟性指標，或以碳、污染物排放量等環保性指標，確定需要優化的目標；然后，考慮煤礦能源轉化設備的出力約束、物質 - 能量各環節耦合約束以及系統各類用能行為約束，尤其是與生產強相關的安全性約束，如通風機、抽水泵、瓦斯抽放泵等。根據模型呈現的大規模、強耦合、非線性等特征，選取合適的求解方法進行模型求解，生成可指導煤礦生產、能源產出、用能行為的能源資源分配方案，促進煤礦能源資源的高效利用[29～33]。

（二）煤礦能源資源高效利用的發展路徑

根據能源資源關鍵技術的發展水平及國家政策導向等因素，可將煤礦能源資源高效利用發展路徑劃分為以下3個階段。

工程示范階段：2023—2025年，融合多種資源高效利用技術，構建煤礦多能互補體系，推進煤與共伴生資源協同開發利用。該階段煤礦開發建設需與國家能源領域政策相結合，以提高煤、煤矸石、煤層氣、涌水等礦山基礎能源的綜合利用效率為目標，推動煤炭清潔轉換、伴生資源高效利用等技術的發展，重點攻關IGCC、IGFC等先進燃煤發電技術、高性能熱泵技術等，積極探索煤礦資源耦合利用循環模式，為煤礦綜合能源系統應用推廣提供理論支持。

應用推廣階段：2025—2030年，在國家相關政策的支持下，在條件良好的煤礦推廣綜合能源系統。利用煤礦自身能源資源優勢，加強煤礦企業與高校、科研院校之間的合作，重點推進煤與伴生資源、新能源耦合發展，實現煤礦物質 - 能量循環。在應用推廣過程中檢驗相關能源技術應用的效果，總結出煤礦不同資源稟賦下的技術集成形式，為規模化應用階段提供案例參考。

規模化應用階段：2030年后，煤礦綜合能源系統初具規模，并協同煤電、煤化工等煤炭上下游產業形成煤基綜合能源基地。以風、光資源為依托，匹配煤電支撐性調節電源，深入推進煤基綜合能源與新能源的優化組合。推動煤基多元清潔能源協同開發、煤基風光互補多元協同運行、高效大規模多元儲能、碳捕集利用與封存（CCUS）等技術融合，促進煤炭清潔低碳利用，優化能源結構，實現能源資源高效利用。

五、發展建議

（一）加強政策引導與技術創新，促進煤炭共伴生資源及地下空間的高效利用

建議國家主管部門出臺相關政策，明確伴生資源開發利用的要求和標準，加大對煤炭及共伴生資源利用的研發投入，推動技術創新和示范應用。加大煤炭清潔高效轉化及先進燃煤發電技術的研究力度，開展煤矸石、煤層氣、乏風瓦斯、涌水等伴生資源高效能量轉化技術及設備的研制，積極探索多種伴生資源聚合利用的方式方法與耦合機理。鼓勵企業自發高效、安全、梯級利用煤炭伴生資源，提高煤炭及共伴生資源的綜合利用效率和附加值。探究礦井廢棄空間資源利用方式，推進循環減碳技術、大規模地下儲氣技術與煤礦能源體系相結合，延伸煤炭行業產業鏈。

（二）推進煤礦綜合能源微網建設，優化能源組合及CCUS技術應用

在把握煤礦資源動態演化規律的基礎上，深入開展煤礦生產多環節物質 - 能量循環利用模式、耦合鏈路及拓撲構建方法研究。加強煤礦物質生產與能源消費之間的聯系，根據煤礦資源動態變化情況合理匹配源荷資源。協同煤炭、電力、熱力、光伏發電、風電等不同能源系統的配置和集成，確保煤礦能源微網在電力供需、能源配置、市場交易等方面與煤礦整體能源系統相協調。推動煤炭與新能源優化組合、物質 - 能量自主循環、CCUS 等相關技術創新，將CCUS技術與電轉氣、地下儲氣技術相融合，利用CCUS裝置捕集煤礦綜合能源微網產生的CO2，用作電轉氣甲烷化反應環節的原料以生成CH4，額外的CO2進行就地封存，實現煤礦綜合能源微網循環減碳。

（三）開發煤礦綜合微網精細化調度平臺，推動煤礦能源資源安全高效利用

建立煤礦綜合能源微網精細化調度平臺，將煤炭及伴生資源產量、能源出力、各生產環節用能等信息納入平臺，實現煤礦多類型數據的集成、共享與生產全流程的運行監控，從而精準掌握煤礦物質 - 能量耦合變化關系，實現煤礦剛性負荷的可靠供給，保障煤礦生產運行安全。同時以精細化調度手段、智能算法、優化模型等技術為支撐，充分發揮煤礦多環節、多資源的調動能力，實現多階段源端能源出力與荷端多元用能的精準匹配，提高煤礦安全、低碳運行水平。

利益沖突聲明

本文作者在此聲明彼此之間不存在任何利益沖突或財務沖突。

Received date:August 7, 2023;Revised date:October 13, 2023

Corresponding author:Song Guanyu is a senior engineer from the School of Electrical and Information Engineering of Tianjin University.His major research fields include the simulation analysis and operation optimization of active distribution networks. E-mail: gysong@tju.edu.cn

Funding project:Chinese Academy of Engineering project “Research on Scientific System and Strategic Path of Carbon Neutral Development of China’s Coal Industry” (2022-XBZD-09)