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煤炭行業(yè)碳達峰碳中和需求洞察
發(fā)布時間:2023-03-08

01、行業(yè)能耗和碳排放情況

煤炭生產(chǎn)行業(yè)隸屬于采礦業(yè),主要包括煤炭開采、洗選,以及相關(guān)的專業(yè)和輔助性活動,即向地下開掘巷道采掘煤炭,或直接剝離地表土層挖掘煤炭,再從煤炭中去除矸石或其他雜質(zhì)等活動,不包括煤制品的生產(chǎn),水的蓄集、凈化和分配,以及地質(zhì)勘查、建筑工程活動。從分類看,包括煙煤和無煙煤開采洗選、褐煤開采洗選、其他煤炭采選及煤炭開采和洗選專業(yè)及輔助性活動。

我國煤炭產(chǎn)量和消費量全球居首,存在分布不均、開采難度大等特點?!禕P世界能源統(tǒng)計年鑒(2022版)》數(shù)據(jù)顯示,2021年,全球煤炭產(chǎn)量81.73億噸,其中我國產(chǎn)量占比達到50.5%,我國煤炭消費量也占到全球總消費量的53.8%,成為世界煤炭生產(chǎn)及消費的大國。我國煤炭資源區(qū)域分布不均,主要集中在山西、內(nèi)蒙古、新疆等地,呈現(xiàn)“西多東少,北富南貧”特點,與我國地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達程度呈“逆向分布”,未來“北煤南運”、“西煤東調(diào)”的格局長期存在。同時由于我國煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、開采難度大,相對其他而言,一些導(dǎo)致煤礦發(fā)生生產(chǎn)事故的瓦斯、水、火、煤塵等災(zāi)害情況也更加突出。

煤炭開采、洗選過程的碳排量占比不高,但會影響煤炭消費環(huán)節(jié)碳排放量水平。煤炭開發(fā)利用全過程產(chǎn)生的碳排放占全國碳排放總量的六七成左右,是我國碳減排的關(guān)鍵所在。其中,煤炭開采和洗選過程在煤炭整個生命周期的碳排放總量占比不算高,《煤炭學(xué)報》數(shù)據(jù)顯示,2019年我國煤炭開采洗選行業(yè)碳排放總量為4.213億噸,占比僅為5.8%。《工程科學(xué)與技術(shù)》數(shù)據(jù)顯示,雖然煤炭開采和洗選過程碳排放總量不多,但甲烷排放量占能源活動甲烷總排放量的80%

以上,約占中國甲烷總排放量的1/3,甲烷較二氧化碳具有更為顯著的增溫效益。同時,煤炭開采、洗選過程還將明顯影響后續(xù)環(huán)節(jié)的碳排放,提升煤炭開采技術(shù)水平,可有效減少煤矸石的采出量,進而節(jié)約運力,減少運輸環(huán)節(jié)的碳排放;提升煤炭洗選技術(shù)水平,可有效提升煤炭質(zhì)量,降低運輸和消費環(huán)節(jié)的碳排放。

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02、行業(yè)節(jié)能降碳重點環(huán)節(jié)

根據(jù)《中國煤炭生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》,煤炭開采及洗選過程中的碳排放主要來源于使用煤、石油、天然氣、電力、熱力等產(chǎn)生的碳排放和甲烷、二氧化碳逸散排放兩部分。目前,甲烷、二氧化碳逸散排放約占煤炭生產(chǎn)總排放量的60%左右,未來將隨瓦斯抽采技術(shù)的成熟和提升而逐漸下降。隨著智慧煤礦的推廣建設(shè),煤炭先進生產(chǎn)裝備逐步深入應(yīng)用,煤炭開發(fā)效率不斷提升,煤、石油、天然氣的使用量占比將呈下降趨勢,電能占比則會不斷上升,整體碳排放量則將主要取決于清潔能源的使用比重。

1、煤炭開采環(huán)節(jié)

按照煤炭儲藏條件的不同,煤炭開采有露天煤礦開采和井工煤礦開采兩種情形。相比較來看,露天開采具有開采成本低、資源回采率高、碳排放相對較低的突出優(yōu)勢,但露天開采對先天條件要求比較苛刻。井工煤礦開采主要包括采掘、運輸、通風(fēng)、排水等環(huán)節(jié),井工煤礦開采碳排放主要包括上述環(huán)節(jié)的甲烷和二氧化碳逸散排放,以及能源消耗產(chǎn)生的碳排放。

根據(jù)PCC第2次科學(xué)評估報告顯示,在甲烷和二氧化碳逸散方面,1噸甲烷的溫室效應(yīng)當(dāng)量相當(dāng)于1噸二氧化碳的21倍,甲烷和二氧化碳逸散碳排放水平受到煤炭產(chǎn)量和瓦斯抽效率的波動影響。據(jù)全國政協(xié)委員姜耀東披露,2020年,我國煤礦瓦斯抽采量為128億立方米,但利用率只有44.8%,一半以上瓦斯未被利用導(dǎo)致碳排放顯著增加。未來煤礦瓦斯抽采利用是煤炭開發(fā)過程中碳減排的重要內(nèi)容之一,隨著瓦斯利用效率的提升,總體碳排量呈現(xiàn)降低趨。能源消耗產(chǎn)生的碳排放主要包括消耗煤炭、電力及油氣產(chǎn)生的碳排放,《工程科學(xué)與技術(shù)》數(shù)據(jù)顯示,2020年煤炭消耗碳排放量占54.7%,電力消耗碳排放占38.1%,油氣消耗碳排放占7.2%。隨著采煤機械化程度的提高,其中電力消耗碳排放占比呈現(xiàn)增加趨勢。在煤炭開采過程中通風(fēng)、采掘和運輸階段能源消耗大,約占本階段能耗的70%以上。同時,由于地區(qū)、地質(zhì)差異和采礦方式的不同,各礦區(qū)的能耗水平差異明顯,如新疆青海等高原地區(qū)的采掘能耗占比較高,深井礦區(qū)的運輸能耗占比較高,富水地區(qū)煤礦的排水能耗則占比較高。

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2、煤炭洗選環(huán)節(jié)

煤炭洗選主要是指通過物理、化學(xué)或微生物分選的方法使煤和雜質(zhì)有效分離,并加工成質(zhì)量均勻、用途不同的煤炭產(chǎn)品。《中國能源大數(shù)據(jù)報告(2021)》煤炭篇數(shù)據(jù)顯示,2020年我國原煤入洗率達到74.1%,比2015年提高8.2個百分點。通過對煤炭進行洗選可有效減少煤炭中的雜質(zhì),提升煤炭質(zhì)量,減少運力浪費,降低燃煤過程中的污染物排放量。

煤炭洗選過程的碳排放主要來自于選煤廠的粉篩破碎、入洗分選、煤泥回收、浮精/尾煤回收、介質(zhì)回收、產(chǎn)品脫水/干燥等生產(chǎn)過程中用能帶來的碳排放,包括用煤、電能、熱能等產(chǎn)生的能耗,其中以電能為主?!吨袊V業(yè)大學(xué)學(xué)報》數(shù)據(jù)顯示,2015年煤炭洗選的平均能耗占煤炭生產(chǎn)總能耗的28.85%,因此洗選階段也是煤炭生產(chǎn)過程中主要的碳排放環(huán)節(jié)之一。為落實煤炭清潔高效利用要求,一直積極推動原煤入洗,目前焦煉煤入選比例較高,動力煤入選比例則相對較低。發(fā)展改革委在《煤炭清潔高效利用重點領(lǐng)域標(biāo)桿水平和基準(zhǔn)水平(2022版)》中明確規(guī)定,選煤電力單耗方面,焦煉煤需要達到8.5千瓦時/噸,動力煤達到4.5千瓦時/噸。對煤炭進行洗選還可有效減少煤炭運輸和消費等環(huán)節(jié)的碳排放量。2013年,中國煤炭加工利用協(xié)會副會長張紹強就曾表示,據(jù)測算,鍋爐采用洗精煤作為燃料,可提高燃煤效率10-15%。每多入選1億噸原煤,僅提高燃煤效率方面就可節(jié)約1000-1500萬噸煤炭。同時,原煤洗選還可去除約總量18%的煤矸石、13%的灰分、0.35%的硫分,可有效節(jié)約運力和能源消耗、減少二氧化硫等污染物排放。根據(jù)王國法院士的研究結(jié)果顯示,降低煤中灰分硫分可有效降低煙氣處理能耗,也會間接減少二氧化碳的排放。

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03、行業(yè)雙碳關(guān)鍵路徑

數(shù)字化實施路徑有,一是建設(shè)智能化煤礦降低生產(chǎn)用能,包括提高采煤工作面智能化水平,在掘進工作面減人提效,實現(xiàn)遠程控制、智能安控、智慧能源全覆蓋,固定崗位提高無人值守作業(yè)水平,形成基于綜合管控平合的智能一體化管控。二是積極應(yīng)用數(shù)字技術(shù)提升生產(chǎn)工藝水平,從而降低生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碳排放,包括加快探索煤炭開采,推進數(shù)字化選煤工藝應(yīng)用,加強通風(fēng)系統(tǒng)工程研究、實施智能通風(fēng)工程,數(shù)字賦能資源回收再利用和二次礦山開發(fā)等。三是構(gòu)建數(shù)智化供應(yīng)鏈降低流轉(zhuǎn)過程中的碳排放,包括加強煤炭智慧供應(yīng)鏈平臺建設(shè),通過賦能煤炭產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈實現(xiàn)節(jié)能減碳;建設(shè)煤炭行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)雙碳園區(qū),依托產(chǎn)學(xué)研結(jié)合探索礦區(qū)零碳生態(tài)模式等。

此外,還可以通過以下途徑推動行業(yè)綠色低碳發(fā)展,一是深化煤炭生產(chǎn)核心技術(shù)研發(fā)降低行業(yè)直接碳排。盡早部署應(yīng)用煤礦二氧化碳捕集、利用與固化以及封存技術(shù),持續(xù)攻關(guān)突破低濃度瓦斯提純和利用關(guān)鍵工藝技術(shù)等瓦斯抽采利用技術(shù),有序研發(fā)煤礦區(qū)新能源與煤耦合利用技術(shù)。二是優(yōu)化生產(chǎn)工藝,降低生產(chǎn)生命周期的能耗。積極優(yōu)化煤炭生產(chǎn)過程中的技術(shù)工藝,通過煤炭低碳化技術(shù)創(chuàng)新和煤炭產(chǎn)業(yè)低碳化實現(xiàn)“用煤(碳)不排碳”,開展大規(guī)模、高精度、全粒級干法選煤研究以優(yōu)化煤炭選煤工藝流程。三是加強煤炭產(chǎn)業(yè)集群協(xié)同,實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈節(jié)能減排。鼓勵煤礦生產(chǎn)企業(yè)在煤礦區(qū)就近將煤炭轉(zhuǎn)化為電力、熱力、新材料、化工品;構(gòu)建高度融合的“煤-電-化工-建材”等一體化的循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈;籌劃建立現(xiàn)代物流企業(yè),強化產(chǎn)業(yè)鏈上下游聯(lián)盟,實現(xiàn)以需定供。