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主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
碳中和愿景下,煤炭行业发展起步期、攻关期、巩固期各阶段的重点工作是什么?

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  1.起步期:2020~2030年

  (1)能耗达峰: 即便未来煤炭消费比重将逐步回落,但需求总量短期内难有较大降幅。推动碳减排尽快达峰,就要将煤炭利用过程中节能降耗置于首位,在开采各环节采用高能效开采技术和设备,开展余热、余压、节水、节材等综合利用节能项目,持续优化煤炭利用效率。煤炭兼具能源与资源双重属性,作为资源可用于煤制油、煤制气等化工品进行能源转化,也能解决部分高碳排放问题。散煤燃烧的排污量是火电排放的五倍以上,应着力推进煤炭集中利用、源头控制散煤消费与燃烧,科学规划“煤改气”、“煤改电”。其外,要以减量规划倒逼煤炭行业改革升级,推动能源污染与煤炭燃烧碳排放第三方治理、环境托管等创新发展新模式。

  (2)集聚协同:随着碳减排压力增大,煤炭产品质量要求必将水涨船高,市场竞争也将愈发激烈。亟待推动煤炭产业链形成新标准,应持续向下游延伸以增加产业链附加值。因此,应构建以煤炭产业为源头,煤电、煤化工等下游产业链集聚融合、相互连接的产业体系;推进清洁高效热电联产技术、特殊煤种超临界循环流化床等高效清洁发电技术;提高低碳化原料比例,减少全生命周期碳足迹,带动上下游产业链碳协同减排。

  (3)增加碳汇:基于自然解决方案的减排措施(如植树造林)是增加生态碳汇的重要措施,矿区生态修复则是煤炭行业达成碳中和愿景的有效途径。此前矿区生态修复多关注立地修复,且修复比率不足四分之一。我国煤矿主战场位于气候干旱、生态脆弱的中西部,该区生态修复不仅成本高,且修复收效甚微。于昊辰等曾构建了一个基于LDN的矿山土地生态动态恢复框架,提出了类似“耕地占补平衡”的异位修复策略,明确了碳源与碳汇并不一定必须在同一地区实现,可为碳中和愿景下矿区生态修复提供新思路。

  2.攻关期:2030~2050年

  (1)开采利用:探索低阶煤中低温热解转化及产物分质分级梯级利用,加快低阶煤利用技术研发。不同行业应加大科技研发投入,携手研发碳减排技术,推动煤炭开采、加工、运输、利用等全产业链清洁低碳生产,推动燃煤发电超低排放、近零排放与节能技术改造,提升煤炭利用效率,严控煤炭能耗强度,从源头实现碳减排。而针对煤炭行业,应提高煤炭行业绿色低碳标准,着力突破煤炭低碳化利用以及碳去除等关键技术。

  (2)CCUS技术:脱碳、去碳技术攻关是提高碳循环利用水平的关键举措,大力发展CCUS等硬减排技术是未来40年的必由之路。要想实现CO2深度减排,无论是燃烧发电、煤制氢,抑或是CO2作为介质干热岩发电,在技术上必须与CCUS联合。未来既要突出CCUS中“U”的利用效应[42],也要降低CCUS成本,突破以二氧化碳为原料的循环利用技术瓶颈[32]。为此,应加快部署煤矿产业链CCUS项目示范,着力开辟煤炭脱碳、去碳利用新途径,将煤炭的能量与物质同时高效利用。例如,通过CCUS技术,煤炭企业可为下游产业提供CO2用于驱煤层气或地质封存,共同实现互利双赢。

  (3)生态修复:假设通过有效的生态修复措施,煤炭行业净零碳排放已经实现,那么碳中和愿景是否达成了呢?事实并非如此,以往煤炭开发利用所致的碳排放在大气中长期累积,历史遗留问题仍需持续去除。考虑未来温控目标,必须增加对负排放技术的关注,以更高水平的LDN衡量生态修复需求。未来既要实现采煤对生态环境的近零扰动、减少废弃物排放,又要以新型生态修复理念保障生态碳汇增加。因此,该阶段可鼓励煤炭企业积极承担国土绿化行动责任,利用荒山、荒漠等地区开展植树造林,以增加森林碳汇规模。如此一来,生态修复碳汇可抵消排放部分的CO2,甚至形成净零排放或负排放效应。

  (4)新能源耦合:煤炭短期内难以破除碳排放瓶颈,减排成本大幅降低难;而可再生能源低成本、大规模储能问题难以突破,高比例接入能源体系难。因此,未来仍需在高峰期调用煤电以保障能源基本供应,与此同时也应提升自身碳减排的贡献度,并为新能源发展提供支撑基础。煤炭与新能源耦合形成新能源体系,实现风光水火储一体化,可实现煤炭大幅碳减排。

  (5)适应碳市场:碳中和愿景在形成企业竞争新格局的同时,新机遇也将不断涌现。只有适应未来碳交易市场机制,才能率先优化资源配置、应对气候风险、厘清碳排放价格,进而健全煤炭行业低碳发展体制机制,倒逼解决煤炭资源过度消耗的问题。煤炭行业必须将碳中和目标纳入企业未来发展战略,提升碳资产管理能力,强化全生命周期碳循环动态监测,积极适应气候变化下碳排放配额规则,主动参与碳排放权交易市场建设与煤炭行业碳排放实施方案制定。

  3.巩固期:2050~2060年

  (1)零碳利用:该阶段有望步入井下无人、地上无煤的煤炭工业5.0时代,实现深地原位利用,煤、电、气、热、水、油实现一体化供应,以及太阳能、风能、蓄水能与煤炭协同开发,基本实现近零排放。此外,应探索固碳新途径,只要将排放的碳经过化学处理,防止其转变为CO2、CH4等温室气体,便可避免温室效应的发生。未来应推进燃烧一体化利用(发电+化工)与化学一体化利用(化工+储能)。例如,基于等离激元效应的零碳能源生产类似于人工复制了光合作用,即部分金属纳米颗粒可在光线照射下产生光能集聚效应,进而将二氧化碳和水分子分解为碳、氧、氢离子。如若将其中的碳离子与氢离子组合,可进一步生成碳氢化合物供工业利用。

  (2)负排放技术:鉴于负排放技术在成熟度、潜力、成本、风险等方面差异大,决定了负排放技术的不确定性。过早将碳中和愿景建立在不可预见的负排放技术上是不理性的,极易促使2050年之前更多高排放技术的应用,延缓了减排压力。因此,负排放路径应作为补充手段储备,在其成熟可控、成本可行的基础上,在2050之后对冲远期非二氧化碳等难以减排的残余排放。

参考文献:《碳中和愿景下煤炭行业发展的危机与应对》

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