“双碳”目标下煤炭与新能源的优化组合方式、挑战与建议

能源结构低碳转型需要立足以煤为主的基本国情,推动煤炭与新能源优化组合发展,但我国煤炭与新能源优化组合利用还处于初级阶段,组合方式、耦合利用的空间及途径尚不明确。从电力系统内的协调调度、煤炭与新能源耦合利用两个视角探讨了煤炭与新能源的优化组合方式,并分析了“双碳”目标下不同发展阶段可能面临的新型电力系统建设、多能源系统耦合互补等挑战,最后从顶层设计、系统协同、技术创新、政策保障等角度提出了针对性的对策建议,为推动煤炭与新能源优化组合提供了思路。     

打造创新驱动引擎——写在《能源科技》更名创刊之际

能源是经济社会发展的重要物质基础。当前,伴随着新一轮科技革命和产业革命的兴起,全球能源结构正向着多元化、低碳化和智能化方向转型。化石能源清洁化,清洁能源规模化发展已经成为行业共识。煤炭等传统化石能源清洁高效利用技术不断取得新进展,风能、太阳能、核能、生物质能、地热能、氢能、储能等能源新技术日新月异,深刻地影响着全球能源格局。我国作为全球第一大能源生产消费国,正在按照十九大精神,大力推进能源生产与消费革命,构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系。     

节流还需开源

常规能源的过度开发和由此带来的环境污染，使人类越来越重视节能。随着现代科技的发展，人类把目光投向了风能、太阳能、潮汐能、生物质能等一系列新能源，这些新能源与常规的化石能源相比，具有清洁、可循环再生的优点。因而，节流还需开源，积极开发新能源已成为我国能源可持续发展的重要途径。浙江省常规能源贫乏，新能源蕴涵量却相当丰富，新能源开发对促进浙江可持续发展不仅具有重要现实意义，还具有长远战略意义。     

关闭/废弃矿井地热能开发利用研究现状与进展

探索清洁能源发展的创新途径是实现我国“双碳”目标的重要推动力。低焓地热资源(<85℃)是一种零碳清洁能源，可加快居民热能需求的脱碳进程。然而，低焓地热资源的开采面临着投资成本大、易诱发地质环境灾害等问题，限制了其大规模的开发与利用。而关闭/废弃煤炭矿井，由于具有丰富的水、热及空间资源，可创新性地开发低焓地热资源并延长矿区的经济寿命，降低对环境与经济的负面影响。为此有必要对废弃矿井开采地热能相关的技术、经济、环境和政策等因素进行全面的梳理。因此，进行了广泛的文献综述，从废弃矿井地热能开采原理的角度，概述了其系统、热源、需求及政策等方面的研究成果，特别是对矿井水体积、连通性和温度特征及其影响因素进行了详细的分析。在此基础上，讨论了以解析模型、数值计算及现场实验方法评估废弃矿井地热能利用可行性的研究进展。此外，为了直观地说明废弃矿井地热能的利用潜力，考虑围岩动态补热机制，以徐州矿区关闭张集矿为分析案例，估算了其可利用的地热资源。结果表明：张集矿静态储能约为278 000 MW·h,围岩动态补热量(0.5 a)约为4 731.4 MW·h,系统供能的碳排放系数仅为0.05 kg/(kW·...     

煤炭革命新理念与煤炭科技发展构想

从重大科学发现对能源科技发展重大促进作用的视角,研究煤炭科技革命的科学基础与技术演进趋势,提出了煤炭开发利用一体化、矿井建设与地下空间利用一体化、煤基多元清洁能源协同开发和煤炭洁净低碳高效利用四大煤炭革命理念;提出了近零生态损害的科学开采、近零排放的清洁低碳利用、矿井建设与地下空间一体化利用、深部原位流态化开采四大领域的全产业链煤炭技术革命路线图。结合我国煤炭开发利用的现状、资源空间分布以及能源结构随时间的变化规律,提出了煤炭革命3.0,4.0和5.0三个发展阶段构想,给出了每个阶段的战略目标;系统阐述了不同阶段实现目标需要突破的重大理论和前沿技术,形成了我国未来30年煤炭革命的技术路线及战略蓝图。     

我国后续能源发展战略

后续能源是指：技术上可行，经济上合理，环境和社会可以接受，能确保供应和替代常规化石能源的可持续发展能源体系。它们主要包括可再生能源（风能、太阳能、生物质能、水能、海洋能等）、地热能、核能、氢能。[编者按]     

赵各庄矿采空区上方就地重建村庄

开滦赵各庄矿井田上方村庄密集,铁路、市镇与村庄压煤交错重叠。目前,这个年产300万吨煤炭大型矿井的全部生产水平,均已进入村庄、市镇及铁路压煤区。由于该矿煤层露头及其以北是高山,井田西翼压煤村庄只能向南搬迁,其中自道子大队已搬迁过两次。此外,由于煤层向南倾斜,随着矿井开采深度的增加,采动引起的波及范围不断     

中国典型富煤区地表氟与酸污染现状与成因分析

我国氟污染普遍,而氟污染区域通常与赋煤区总体重叠,且常伴随酸污染,与酸关联的硫 则是煤源污染物。 本文总结了我国典型富煤区地表氟与酸污染现状,揭示了富煤区地表氟与酸 污染并存的现象,阐明了煤中硫氧化成酸加剧体系中氟活化、迁移、释放以及在失酸条件下重新 富集的氟与酸污染协同机制,并在此基础上提出了不同区域氟与酸污染的协同模式。 云贵川交 界区域地表氟与酸污染主要是煤系地层广泛自然出露风化导致的,为自然因素成因,而当地农村 因燃煤流行的地氟病则是自然因素与人为不当利用相互叠加所致;宁夏贺兰山北段羊氟中毒区 地表氟和酸污染主要源于长期煤层自燃及煤炭开采利用,为人为因素成因;内蒙古乌达氟污染则 是煤火和工业园煤炭利用共同作用的结果。     

生物质与油浆共热解产物分布及相互作用

生物质作为一种全生命周期碳近零排放的可再生资源,从生物质中提取轻质燃料和化学品是实现碳达峰和碳中和的终极方向.将化石能源与生物质共转化是符合我国的基本国情、寻求化石能源和新能源优化组合的可行之路.以玉米秆(CS)与催化裂化油浆(FCC)为原料,研究了2者共热解过程中的相互作用及生物质内在矿物质对产物分布和产物特性的影响...     

深部矿井煤炭-地热协同开采系统研究

在煤炭资源深部开采趋势下,矿井高温热害问题日益严重,引起矿井高温热害的热源实质为可持续利用的地热能,在进行煤炭开采的同时将深部矿井地热能提取并进行资源化利用,是建设绿色矿山、降低矿井碳排放的创新途径。总结了国内外深部矿产和地热能共采现状,从工艺流程和关键设备方面分析了煤炭-地热协同开采的可行性,最终提出一种煤炭-地热协同开采系统。该系统总体采用闭式循环,包括地面热能利用系统和井下取热系统,通过在预采煤层水平钻孔并布置同轴套管换热器提取煤层地热能,并由地面热泵机组将从井下开采的低品位地热能进行利用。秉承“先采热、后回采”的时间和空间协同原则,预先在回采工作面前向划分采热工作面,提出顺序采热、交替采热2种模式,确保采热过程对采煤过程无干扰。分析了空间协同设计、煤层钻孔、高效采热和智能监控调控等关键技术,对煤炭开采和地热能提取进行井下空间协同设计,提出基于煤层注水的同轴套管换热器布置工艺,使用快捷装配式同轴套管换热器可进行多种组合实现高效采热,构建智能监控调控平台并提出相关优化模型,构建取热量计算模型,提出智能控制采热方式。简化煤系地层传热过程,构建煤层采热传热模型,可根据回采工作面实际情况...     

煤-热共采的理论与技术框架

煤炭与地热资源共采是煤及煤系共伴生资源共采的积极探索,是煤炭安全开采和地热能利用的有机结合,开发和利用矿山地热,可为绿色矿山建设和地热能发展做贡献。总结了我国高地温矿井的类型及其成因,统计了我国高地温矿井的分布情况,论述了开发和利用矿山地热资源的必要性和可行性。提出了煤-热共采的概念,从工程背景、科学问题、关键技术和工程实践等方面阐述了煤-热共采的基本理论与技术框架。探讨了煤-热共采的科学问题,包括煤系储层的地质力学问题,高地温矿井热源分析及深部地温分布规律,矿山地热资源的技术经济评价方法,煤-热共采的多场耦合及其演化规律等问题。在此基础上,分析了煤-热共采的关键技术,包括共采工艺,井下钻井与成井工艺,井下抽采与回灌技术,高效能热泵技术,高效能集输与间接换热技术,动态监测和智能调峰技术等。     

中国能源与煤炭工业

众所周知 ,能源工业是国民经济的基础 ,历史发展表明 ,从 18世纪产业革命以来 ,在世界范围内 ,煤炭逐渐成为主要能源 ,但到本世纪中叶 ,石油、天然气逐渐取代煤炭成为主要能源 ,见表 1。随着人们对环保的重视 ,根据可持续发展的要求 ,一次能源充分利用太阳能、风能、海洋能与地热能 ,逐步取代化石燃料成为主要能源是发展的必然趋势。1998年煤炭消费比重已下降至 2 3%。表 1　主要能源消费比重 %年份煤炭石油天然气水力和核能195 0 61.2 2 6.910 .11.8195 5 5 4.5 3 1.2 12 .3 1.91960 49.93 3 .0 14 .92 .11965 41.63 8.3 17.7 2 .31970 3 4…     

碳中和目标下我国能源转型路径探讨

针对2℃情景下我国剩余碳排放空间远低于目前发展模式下的预期碳排放总量,且化石能源消费占比高、单位能耗高、碳排放强度大的问题,围绕实现碳中和目标,从节能提效碳减排,发展可再生能源和新能源碳替代,二氧化碳捕集、封存和利用的碳移除,发展零碳和负碳能源技术等4个方面,分析了我国碳中和的实现路径,认为节能减排是实现碳中和的优先手段,提高终端消费电气化水平是实现碳中和的重要环节,发展风能、太阳能、地热能以及核能等是实现碳中和的关键支撑,负碳技术是实现碳中和的兜底手段。同时从科技创新支撑碳中和目标的层面,提出一批需要攻克的重大关键共性技术和需要提前布局的颠覆性技术,并提出相关体制机制建议及其保障措施。     

双碳背景下“煤-水-热”正效协同共采理论与技术构想

双碳目标下，煤炭企业绿色低碳化发展已成为我国能源革命的迫切需求。煤炭生产在大力发展节能提效技术的基础上，消除水害与热害隐患的负面影响，主动激励伴生资源的潜在正面效应发挥能源替代功能是实现矿山可持续性绿色开采的有效举措。基于我国煤矿资源特点，首先提出了一种集约型煤水热多资源正效协同开采模式，剖析了该模式的内涵与基本协同模式，对全生命周期煤炭开采伴生资源控制-利用-储存形成矿区资源产供储一体产业链。通过阐述顶板水高效精准疏放、季节性含水层储能、低焓热能高效提取与梯级利用、深部地热原位开采和矿井水深部地质封存等关键技术及科学问题，提出了以煤炭开采低碳零碳融合为核心的全生命周期煤水热共采技术体系。针对系统运行优化管理，考虑以碳排放与经济性为双重目标配置优化开采工艺与运行策略的协同度。最后以陕西榆林小纪汗煤矿为分析案例，初步基于遗传算法构建煤水热共采模式下矿区资源多目标配置优化模型，评估了系统运行节能减排效益，结果表明：利用小纪汗矿伴生风/水资源年节能率可达50.2%,减少矿区生产用能总二氧化碳排放量24.2%,节能减排效果显著。通过实现矿业负效应资源的正向转换，拓展伴生资源对矿区综合能源体系的...     

《中国地热能发展报告(2018)》白皮书发布

正[本刊讯]在2018年8月25日召开的2018年能源大转型高层论坛上,自然资源部中国地质调查局联手国家能源局新能源和可再生能源司、中国科学院科技战略咨询研究院、国务院发展研究中心资源与环境政策研究所,首次公开发布了由4个单位联合编写的《中国地热能发展报告(2018)》白皮书。白皮书指出,我国地热能资源丰富,但资源探明率和利用程度较低,开发利用潜力很大。近年来,我国地热能勘探、开发及利用技术持续创新,地热能装备水平不断提高;浅层地热能     

煤-热共采模式下矿井地热水开采及智能调度技术研究

为响应我国“碳达峰、碳中和”战略目标,实现能源绿色清洁转型,开发深部矿井地热资源具有重要意义。以平煤十矿为背景,利用热储体积法,评价了矿区地热水开发潜力,结果显示矿区地热水蕴藏热能7.63×10¹⁷ J,折合标煤26.1 Mt,动态地热流体可采量折合标煤1.01 Mt/a,具有较高开发潜力。基于此,在煤-热共采理论及框架的基础上,提出了矿井地热水开采方法,并提出了一种基于地面热负荷的地热水开采智能调度技术。通过计算矿区热负荷,设计了矿井地热水开采方案,并进行了现场工业性实验。实验结果表明,开发利用矿井地热水可满足平煤十矿矿区17万m²的冬季供暖及7 000余名职工日常洗浴,同时可减少燃煤约10 327 t/a,折合CO₂排放量2.69×10⁴ t/a,为企业带来693.8万元的经济效益。因此,深部矿井地热水开采具有良好的安全效益、经济效益、社会效益与环境效益,可为我国“双碳”目标的实现贡献力量。     

煤与煤层气资源开发全过程阶段划分及其开发效果评价

为更好地认识煤与煤层气两种资源开发的全过程，科学评价各阶段开发效果，基于煤层气矿业权和煤炭采矿权分置的现实以及现行的煤炭和煤层气开采的安全生产许可制度，考虑不同类型开采企业的性质和特点以及不同时空煤层气开发对煤炭生产的影响，对煤和煤层气开发全过程进行了系统研究分析。研究结果表明：煤炭与煤层气开发全过程可分为相互独立又相互联系的4个阶段，即：单纯性煤层气开发阶段、互惠性煤层气开发阶段、煤与瓦斯共采阶段和废弃矿井煤层气开发阶段。但随着“煤层气勘查、开采结束前，不设置煤炭矿业权”规定的落实，将来煤炭与煤层气开发仅有单纯性煤层气开发阶段、煤与瓦斯共采阶段和废弃矿井煤层气开发3个阶段。基于各开发阶段不同的的开发目标，提出了各阶段开发效果评价的内容和方法，用于指导各开发阶段开发方案的优选。     

废弃矿井地下空间反季节循环储能研究

随着我国“碳达峰,碳中和”目标的提出,煤炭在一次能源消费结构中的比例逐步下降,关停矿井数量逐年增多。直接关闭或废弃矿井不仅造成巨大的资源浪费,还极有可能诱发一系列的安全、环境等问题,需要因地制宜的提出符合我国废弃矿井现状的剩余资源开发利用模式。基于此,系统梳理了国内外废弃矿井开发再利用现状,着重讨论了废弃矿井地下空间储能的利用模式,针对性的提出了废弃矿井反季节循环储能工艺系统,该系统充分考虑了废弃矿井地下空间资源、地热资源、水资源和地上可再生资源,通过在沉陷区布置太阳能和风能发电设备,为周边用户和整个系统提供电能,以井下恒温岩土体中的巷道群和采空区为储能空间,以矿井水为储能介质,通过太阳能集热和地热能资源为周边用户供热/制冷,在无需供热/制冷的季节将热能储存至矿井地下,实现反季节循环储能。阐述了废弃矿井地下反季节循环储能亟需突破的3个关键技术：多尺度空间热储评估方法、废弃矿井反季节循环储能井上井下整体优化设计方法以及反季节循环储能多源耦合的运行模式。最后,以京西王平村废弃矿井为例研究了该系统的节能减排效益,结果表明：与传统化石燃料相比,应用反季节循环储能系统供热制冷,每年可减排二氧化碳...     

我国东北煤田构造特征与赋煤构造单元划分

以新一轮全国煤炭资源潜力评价东北地区资料为基础,参考区域地质和能源盆地研究的最新成果,分析了东北地区煤田构造的主要特征,聚煤盆地多为半地堑、地堑性质的断陷盆地,盆地的形成与火山活动关系密切,展布方向主要为北东和北北东向。根据东北地区煤系赋存特征、构造格局,确定了东北赋煤区的边界,应用赋煤构造单元的理论,将东北赋煤区划分为11个赋煤构造带,系统论述了各个赋煤构造带的基底性质、盆地构造和控煤基本特征。     

中国能源发展战略

本文提出我国的能源发展应采取多种能源结构的战略，即开发利用煤炭资源的同时，应开发利用天然气、煤层气、核电、太阳能、风能、地热能、生物能等多种能源资源。