用足用好各類資源加快支持黃河流域廢棄煤礦因地制宜發(fā)展新能源

黃河流域是我國煤炭生產(chǎn)的重心，中上游原煤產(chǎn)量占全國的75%以上。近幾年，隨著煤炭產(chǎn)能結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化，流域內(nèi)擁有大量的廢棄煤礦（含關閉煤礦，下同）。未來隨著我國能源結(jié)構(gòu)持續(xù)向新型能源體系轉(zhuǎn)型，將產(chǎn)生更多的廢棄煤礦。黃河流域廢棄煤礦具有可觀的地下空間資源，加之同風能、太陽能、地熱等資源重合程度高，適于發(fā)展可再生能源和新型儲能設施。包含新能源發(fā)電、抽水蓄能、新型儲能、地熱利用等在內(nèi)的四種再利用模式大多仍處于技術(shù)示范、研發(fā)的初期。建議從全面摸底評價、制定頂層規(guī)劃、完善支撐政策、銜接生態(tài)修復等方面支撐廢棄煤礦充分利用資源，因地制宜發(fā)展新能源。

一、黃河流域廢棄煤礦發(fā)展新能源潛力巨大

（一）煤礦與可再生能源資源高度重合

一是太陽能資源。黃河流域絕大部分屬于太陽能資源II類及以上地區(qū)，流域內(nèi)煤炭產(chǎn)量最高的內(nèi)蒙古、山西、陜西、寧夏、甘肅、河南6省區(qū)，其太陽能資源量位于全國前十。二是地熱資源。黃河流域上游青藏高原、中游關中平原和下游均有富集。下游以水熱型地熱為主，中上游主要為干熱巖。山西、山東、河南、內(nèi)蒙古等產(chǎn)煤大省的地熱資源量位居全國前十。三是風能資源。其與煤炭亦有一定的重合。以煤炭富集的黃河“幾字彎”區(qū)域為例，在100米和150米高度上，分別有50%以上和80%的面積處于風能資源II類區(qū)及以上。

（二）廢棄煤礦巨量的地下空間亟待利用

我國約90%的煤礦采用井工開采，產(chǎn)生了大量的地下空間。地下空間主要包括井巷和采空區(qū)兩類。按煤礦規(guī)模和0.12—0.19的利用系數(shù)估計，黃河流域廢棄煤礦總計形成了約1億m3的地下井巷空間。采空區(qū)規(guī)模更大。據(jù)神東礦區(qū)估算，其建設至今形成的采空區(qū)超過10億m3。當前很多煤礦在按照要求完成生態(tài)修復治理等“復綠復墾”的規(guī)定動作后，往往“一關了之”，對地下空間的利用率低。如，太原市2016年以來關閉15座煤礦，僅有4座擬開發(fā)利用，比例不足30%。未來，隨著我國持續(xù)推進能源轉(zhuǎn)型，廢棄煤礦地下空間增長迅速。中國工程院研究預測到2030年可利用地下空間資源將達到156億m3，待開發(fā)利用潛力巨大。

（三）具有基礎設施完備和地理條件適宜的突出優(yōu)勢

一方面，由于煤礦本身屬于能源設施，其配套供水供電和道路通信等設施與發(fā)展可再生能源和新型儲能較為適配，從而能減少這部分的投資和建設成本。另一方面，廢棄煤礦地理地質(zhì)條件適宜：地上空間廣闊，可解決部分光伏電站、風電廠等可再生能源電站建設的土地制約；地下井巷空間中，黃河流域有一半以上的煤礦礦井大于400米，為抽水蓄能、重力儲能提供了理想的勢能高差；而對于采空區(qū)而言，煤礦采空區(qū)孔隙是壓縮空氣等儲能形式的良好儲存載體，又具有比地面儲存和地下巷道更安全和更穩(wěn)定的優(yōu)點。

二、廢棄礦井發(fā)展新能源模式多樣，多數(shù)仍處于應用初期

（一）模式一：廢棄礦井+新能源發(fā)電

目前處于產(chǎn)業(yè)化應用階段，其中“采煤沉陷區(qū)+光伏發(fā)電”模式已比較成熟，2015年，我國光伏發(fā)電“領跑者”計劃相關項目就開始相關探索。第二批“領跑者”基地項目中，利用采煤沉陷區(qū)地塊的裝機比重達到八成以上。我國推進的“沙戈荒”風光大基地項目中依托采煤沉陷區(qū)開發(fā)的數(shù)量占比接近20%。

近幾年，國家層面發(fā)布一系列政策，支持利用采煤沉陷區(qū)因地制宜發(fā)展新能源。仍以“采煤沉陷區(qū)+光伏發(fā)電”為例，目前，山西大同、內(nèi)蒙古鄂爾多斯、陜北、甘肅等地均已有扎實的應用基礎，并逐步衍生“林光互補”“漁光互補”等模式。該模式不僅實現(xiàn)了廢棄土地資源治理與再利用，也獲得了發(fā)電和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的收益，成為資源型地區(qū)產(chǎn)業(yè)清潔低碳轉(zhuǎn)型和綠色高質(zhì)量發(fā)展的重要方向。

（二）模式二：廢棄礦井+抽水蓄能

目前處于技術(shù)初期示范階段。2021年，江蘇沛縣龍東煤礦抽水蓄能電站項目開展可行性研究。2022年，我國首個利用廢棄礦井抽水蓄能發(fā)電項目在山東淄博開工建設。在儲能中，抽水蓄能是為數(shù)不多長周期的儲調(diào)設施，具有不可替代的作用。但我國抽水蓄能發(fā)展還嚴重不足，2023年抽水蓄能占總電源裝機的比重為1.75%，遠低于全球其它國家3.5%—6.6%的水平。很多地方在規(guī)劃建設抽水蓄能項目時都面臨水土資源不足、建設成本高昂、移民負擔等問題。據(jù)中科院資源研究所顯示，全國范圍內(nèi)約有50%以上的在建抽水蓄能電站處于高和極高水壓力地區(qū)。

實踐證明“廢棄礦井+抽水蓄能”模式能同時解決水土資源約束和經(jīng)濟性問題。據(jù)貴州畢節(jié)某煤礦數(shù)值模擬和可行性研究結(jié)果，廢棄煤礦建抽水蓄能電站相比常規(guī)電站降低33%—50%的成本。更為重要的是，該模式是“缺水”的黃河流域發(fā)展抽水蓄能的“適水”路徑。

（三）模式三：廢棄礦井+新型儲能

目前處于技術(shù)研發(fā)測試階段。廢棄煤礦適宜發(fā)展的新型儲能形式主要有壓縮空氣儲能、重力儲能兩類。在壓縮空氣儲能方面，目前我國僅有山西大同云岡煤礦唯一一個在運項目，其余均在技術(shù)論證和可行性研究階段。在重力儲能方面，中煤能源研究院提出了利用廢棄礦井和礦井提升機的重力儲能方案，中科院已于2022年完成了10kW豎式重力儲能樣機。

黃河中上游風光基地新能源消納不足的問題依然突出。2024年，蒙西、陜西、寧夏、甘肅、青海的光伏發(fā)電利用率都低于全國96.8%的平均水平；蒙西、甘肅、青海的風電利用率低于全國95.9%的平均水平。因此，除電化學儲能外，充分利用廢棄煤礦的地下空間資源探索壓縮空氣儲能、重力儲能等其它形式，能夠豐富拓展新型儲能應用場景，促進新能源消納。

（四）模式四：廢棄礦井+地熱利用

目前處于技術(shù)研發(fā)測試階段。全球范圍內(nèi)共有涉及到加拿大、荷蘭、英國等國家的16個廢棄礦井地熱能項目記錄在案。我國尚未有產(chǎn)業(yè)化運行的相關項目，以案例研究和技術(shù)測試為主。

廢棄礦井可用的熱水資源包括礦坑水、涌滲水、地熱水等，1000米左右的深部礦井的坑道溫度通常在35℃—45℃，部分高溫區(qū)可達60℃—70℃，具備供熱利用的良好前提。國外在運項目顯示，廢棄礦井地熱供熱效率高，是空氣源熱泵的1.7—2.3倍，溫室氣體削減幅度能達到65%—75%，且地熱水中具有提取鋰資源的潛在價值。有鑒于此，在渤海灣盆地、鄂爾多斯盆地等黃河流域地熱高值區(qū)的適宜廢棄煤礦加大地熱利用具備生態(tài)環(huán)境、戰(zhàn)略安全等效益。

三、推動廢棄煤礦因地制宜發(fā)展新能源的對策建議

廢棄煤礦發(fā)展新能源是一項復雜而龐大的系統(tǒng)工程，要積極推動將廢棄煤礦資源開發(fā)利用充分納入?yún)^(qū)域經(jīng)濟和社會發(fā)展中去，加快完善相關技術(shù)研發(fā)應用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策支持體系。

（一）全面摸底評價

在沿黃九省區(qū)開展廢棄煤礦及可利用資源全面摸底，重點調(diào)查廢棄/關閉煤礦規(guī)模、煤炭采出賦存量等。在省區(qū)、礦區(qū)、煤田等不同維度，估算包含井下巷道和采空區(qū)的地下空間資源總量。結(jié)合可再生能源資源量和開發(fā)利用情況、地形地質(zhì)水文條件、基礎設施配套情況等，根據(jù)耦合發(fā)展風電光伏、抽水蓄能、新型儲能、地熱等不同的模式類型，開展廢棄礦井可利用性和利用方向評價。

（二）制定頂層規(guī)劃

將沿黃廢棄煤礦發(fā)展可再生能源、新型儲能作為“十五五”時期推動黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展、能源轉(zhuǎn)型的重要工作，將兩者融合發(fā)展列入各省區(qū)可再生能源、煤炭等發(fā)展規(guī)劃中。建議研究制定《黃河流域廢棄煤礦與新型能源體系融合發(fā)展的意見》，指導相關省區(qū)出臺廢棄煤礦因地制宜發(fā)展新能源、新型儲能的具體實施方案。研究制定廢棄煤礦分類開發(fā)利用指導細則，推動將廢棄煤礦再利用納入煤礦綠色礦山評價體系。

（三）完善支撐政策

強化技術(shù)創(chuàng)新和示范應用，重點在地下空間改造和地質(zhì)安全穩(wěn)定性保障方面開展新方法、新材料研發(fā)創(chuàng)新；以加快標志性、先導性工程示范應用為目標，同步推進技術(shù)攻關、標準規(guī)范和配套政策實施，爭取“十五五”時期四種模式在黃河流域均實現(xiàn)工程化，“十六五”期間在黃河流域煤炭資源富集城市開展廢棄/關閉煤礦儲能集群和多能耦合互補試點。研究出臺包含財政補貼、稅收價格優(yōu)惠、專項基金在內(nèi)的一攬子激勵政策，積極引導煤炭、電力、可再生能源、儲能等市場主體參與廢棄煤礦再開發(fā)利用。

（四）銜接生態(tài)修復

按照綠色礦山建設要求，在廢棄煤礦采煤沉陷區(qū)治理、煤矸石山治理、重金屬和廢水污染凈化、復綠復墾中嚴格落實相關標準，為與新型能源體系耦合奠定良好基礎。加強生態(tài)修復治理與廢棄煤礦再利用相銜接，在煤矸石山、受污染土地治理中注重采用原位植被修復，科學引入固氮耐貧瘠、重金屬轉(zhuǎn)化能力強的本土樹種；最大程度利用礦區(qū)已有地形搭建涵蓋“凈、用、排”的水循環(huán)系統(tǒng)，科學布設人工濕地、蓄水池等設施。

（作者為中國宏觀經(jīng)濟研究院能源所環(huán)境中心副主任、副研究員）