瞭望 | 煤炭保供，如何既增產(chǎn)又增綠?

?今年前5個(gè)月，山西規(guī)模以上原煤產(chǎn)量5.28億噸，同比增長(zhǎng)9.3%;非常規(guī)天然氣產(chǎn)量44.26億立方米，同比增長(zhǎng)19.7%，快于原煤產(chǎn)量增速10個(gè)百分點(diǎn)

?2021年4月至今，山西電力現(xiàn)貨市場(chǎng)已連續(xù)平穩(wěn)試運(yùn)行一年多時(shí)間，是國(guó)家電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區(qū)內(nèi)啟動(dòng)試運(yùn)行時(shí)間最早、結(jié)算試運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)、市場(chǎng)主體類型最全的雙邊電力現(xiàn)貨市場(chǎng)

?鋼-焦-化-氫、煤-焦-化-氫、煤-焦-碳素、煤-焦-精細(xì)化工、高硫煤清潔利用油化電熱一體化等低碳產(chǎn)業(yè)鏈日益完善

確保能源安全繞不開煤炭供應(yīng)。在新能源快速發(fā)展的當(dāng)下，去年煤電依然貢獻(xiàn)了六成的發(fā)電量。今年上半年，全國(guó)規(guī)模以上企業(yè)煤炭產(chǎn)量21.94億噸，同比增長(zhǎng)11%，連續(xù)5個(gè)月保持兩位數(shù)快速增長(zhǎng)。

煤炭，既是億萬(wàn)年前經(jīng)歷滄海桑田褪去綠色的“植物精靈”，又是深埋地底飽含太陽(yáng)光輝的“光明使者”。統(tǒng)籌抓好煤炭清潔低碳發(fā)展、多元化利用、綜合儲(chǔ)運(yùn)，加快綠色低碳技術(shù)攻關(guān)，持續(xù)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，山西不斷提升煤炭增產(chǎn)保供的“含綠量”。

綠色開采：尋求資源開發(fā)和生態(tài)保護(hù)最優(yōu)解

在山西省古交市的屯川河畔，一條500多米長(zhǎng)的輸煤走廊將原煤洗選產(chǎn)生的洗中煤、煤泥等副產(chǎn)品直接輸往附近電廠，轉(zhuǎn)化為電能。在屯川河對(duì)面的山上，一條兩公里長(zhǎng)的藍(lán)色管道蜿蜒而上，將電廠排出的粉煤灰運(yùn)至山頂，再通過管道注入400多米深的井下采空區(qū)，置換出傳統(tǒng)采煤工藝采不出的資源，最大限度避免地面沉陷。

兩條管道形成一個(gè)綠色循環(huán)。這是山西焦煤集團(tuán)所屬的屯蘭礦和古交電廠合作推進(jìn)的一項(xiàng)綠色開采技術(shù)——充填開采。

傳統(tǒng)采煤工藝下，機(jī)械轟鳴聲中，數(shù)以萬(wàn)噸計(jì)的原煤被源源不斷地運(yùn)至地面。層層重壓下，井下采空區(qū)巖石下落，原有的地質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到破壞，地面沉陷難以避免，巖層斷裂還容易造成地下水流失。一項(xiàng)調(diào)研顯示，每開采1噸煤就要損耗2.48噸水。此外，采煤產(chǎn)生劣質(zhì)煤、煤矸石，也加重了礦區(qū)環(huán)境治理負(fù)擔(dān)。過去，煤礦眼看著河道下的資源無法開采，還要為采空區(qū)治理等問題發(fā)愁;燃煤發(fā)電產(chǎn)生的大量粉煤灰也需要電廠妥善處置。

“通過充填開采，去年往井下充填粉煤灰86萬(wàn)噸，多采出優(yōu)質(zhì)焦煤118萬(wàn)噸，還為電廠節(jié)省粉煤灰處置費(fèi)用2200多萬(wàn)元。”屯蘭礦副總工程師王艾軍說，綠色開采不僅減少了環(huán)境影響，還可大幅延長(zhǎng)礦井開采年限。

作為不可再生資源，煤炭綠色開采就是要實(shí)現(xiàn)資源開發(fā)利用的最優(yōu)化、生態(tài)環(huán)境影響的最小化。早在2013年，國(guó)家能源局、財(cái)政部等四部門就曾印發(fā)《煤礦充填開采工作指導(dǎo)意見》，要求通過開采技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)資源開發(fā)和生態(tài)保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

2019年起，產(chǎn)煤大省山西試點(diǎn)推進(jìn)煤礦綠色開采，并出臺(tái)減免資源稅等一系列支持政策。截至目前，山西已建成綠色開采試點(diǎn)煤礦32座。潞安化工集團(tuán)高河煤礦達(dá)到了“矸石零排放、地面零沉降、水體零破壞”的標(biāo)準(zhǔn);山西焦煤集團(tuán)東曲煤礦創(chuàng)建了“地面不見矸石山、無矸石外排”的模式;山西義棠煤業(yè)保水開采實(shí)現(xiàn)帶壓區(qū)安全開采，保護(hù)奧灰水不受破壞;晉能控股集團(tuán)成莊煤礦煤與瓦斯共采填補(bǔ)了高瓦斯礦區(qū)綠色開采行業(yè)空白。

與此同時(shí)，煤礦智能化建設(shè)加快推進(jìn)。截至目前，山西已建成22座智能化煤礦、548處智能化采掘工作面，有23座煤礦實(shí)現(xiàn)5G入井，智能化采掘工作面減人比例達(dá)到30%左右，智能化煤礦產(chǎn)能占全省生產(chǎn)煤礦總產(chǎn)能的40%以上。

今年5月，山西進(jìn)一步提出，將持續(xù)探索煤炭綠色開采技術(shù)路線，推動(dòng)智能化、云計(jì)算、5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與綠色開采充分融合，提高綠色開采效率。

瓦斯利用：從高濃度到超低濃度吃干榨凈

煤炭開采本身不會(huì)排放大量碳，碳排放主要集中在煤炭利用環(huán)節(jié)。但在采掘過程中，與煤伴生的瓦斯既是一種非常規(guī)天然氣，也是一種強(qiáng)烈的溫室氣體。瓦斯的主要成分為甲烷，其溫室效應(yīng)是二氧化碳的20多倍。減少煤礦生產(chǎn)過程中的瓦斯排放，是煤炭行業(yè)低碳發(fā)展必須邁過的一道坎。

“初始瓦斯?jié)舛?2%，當(dāng)前瓦斯?jié)舛?0%，抽放情況正常。”今年6月，在華電煤業(yè)集團(tuán)山西石泉煤業(yè)公司井下一處工作面內(nèi)，煤礦安全員用隨身攜帶的設(shè)備，實(shí)地測(cè)量了一處瓦斯抽采管道內(nèi)的最新數(shù)值。

記者在井下看到，瓦斯抽采管道上標(biāo)注的信息顯示，自2021年4月起，這里就開始預(yù)抽瓦斯。一同下井的安全員告訴記者，石泉煤礦是一座高瓦斯礦井，先要抽上3年瓦斯，才能開始采煤。

“這既是為了安全，也是為了低碳。”石泉煤業(yè)董事長(zhǎng)白鵬說，在創(chuàng)新瓦斯抽采工藝的同時(shí)，煤礦引進(jìn)瓦斯發(fā)電機(jī)組，解決抽放瓦斯的排放問題，每年可減少溫室氣體排放約11.78萬(wàn)噸。

記者采訪發(fā)現(xiàn)，不少煤礦仍有一些超低濃度的風(fēng)排瓦斯被直接排空。這些氣體來自井下通風(fēng)管道，也被稱為乏風(fēng)。據(jù)潞安化工集團(tuán)國(guó)家煤基合成工程技術(shù)研究中心測(cè)算，目前我國(guó)煤礦超低濃度瓦斯年排放量較大。由于其濃度低、富集難、氣量大，利用起來非常困難。

位于山西省長(zhǎng)治市的潞安化工集團(tuán)高河乏風(fēng)氧化發(fā)電項(xiàng)目，是全國(guó)首家、全球規(guī)模最大、穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的煤礦乏風(fēng)氧化發(fā)電示范項(xiàng)目。運(yùn)營(yíng)這一項(xiàng)目的長(zhǎng)治市億揚(yáng)能源科技有限公司負(fù)責(zé)人趙志中說，項(xiàng)目滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，每小時(shí)能處理108萬(wàn)立方米超低濃度瓦斯，年發(fā)電量2億千瓦時(shí)，可實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排140萬(wàn)噸二氧化碳當(dāng)量。

此外，大量廢棄礦井中殘存的瓦斯也被抽取利用。晉能控股集團(tuán)煤與煤層氣共采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行副主任李國(guó)富說，山西已從廢棄礦井采空區(qū)抽采利用煤層氣上億立方米，減排效果顯著。

目前，山西已形成煤層氣產(chǎn)能227.25億立方米/年。面對(duì)煤炭保供壓力，瓦斯利用效果凸顯。數(shù)據(jù)顯示，今年前5個(gè)月，山西規(guī)模以上原煤產(chǎn)量5.28億噸，同比增長(zhǎng)9.3%;非常規(guī)天然氣產(chǎn)量44.26億立方米，同比增長(zhǎng)19.7%，快于原煤產(chǎn)量增速約10個(gè)百分點(diǎn)。

煤電轉(zhuǎn)型：傳統(tǒng)能源與新能源優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)

近年來，我國(guó)以風(fēng)光為主的新能源發(fā)展迅猛。由于新能源具有很大的波動(dòng)性，快速增加的新能源裝機(jī)對(duì)能源系統(tǒng)運(yùn)行帶來較大挑戰(zhàn)。

以山西為例，全省風(fēng)電、光伏裝機(jī)規(guī)模超過3700萬(wàn)千瓦，但極端天氣條件下，實(shí)際出力規(guī)模甚至不到百分之一。國(guó)網(wǎng)山西省電力公司調(diào)度控制中心主任王其兵說，新能源“靠天吃飯”，要實(shí)現(xiàn)“氣象驅(qū)動(dòng)型”的電力平衡，對(duì)電力運(yùn)行帶來很大挑戰(zhàn)。

未來，新能源在發(fā)電裝機(jī)中的占比越來越高，傳統(tǒng)火電企業(yè)何去何從?山西瑞光熱電有限責(zé)任公司副總經(jīng)理董鑫說，由于風(fēng)電、光伏具有波動(dòng)性、間歇性等特點(diǎn)，新能源裝機(jī)規(guī)模越大，越需要響應(yīng)速度快的火電機(jī)組進(jìn)行配合。

兩年前，瑞光熱電2號(hào)機(jī)組進(jìn)行了靈活性改造。在新能源大發(fā)時(shí)，只要短短幾分鐘，機(jī)組負(fù)荷就能從30萬(wàn)千瓦下調(diào)到13萬(wàn)千瓦，為新能源消納讓渡出發(fā)電空間;一旦新能源發(fā)電不足，火電也能快速頂上，確保電力供應(yīng)穩(wěn)定安全。

持續(xù)推進(jìn)的電力市場(chǎng)化改革，促使越來越多的煤電企業(yè)主動(dòng)參與調(diào)峰。山西是首批8個(gè)電力現(xiàn)貨建設(shè)試點(diǎn)省份之一。2021年4月至今，山西電力現(xiàn)貨市場(chǎng)已連續(xù)平穩(wěn)試運(yùn)行一年多時(shí)間，是國(guó)家電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區(qū)內(nèi)啟動(dòng)試運(yùn)行時(shí)間最早、結(jié)算試運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)、市場(chǎng)主體類型最全的雙邊電力現(xiàn)貨市場(chǎng)。

國(guó)網(wǎng)山西省電力公司數(shù)據(jù)顯示，得益于市場(chǎng)化機(jī)制，山西電網(wǎng)新能源消納空間最大增加500萬(wàn)千瓦。去年電力供應(yīng)緊張時(shí)期，山西電網(wǎng)日均增加發(fā)電能力約200萬(wàn)千瓦，最大降低尖峰負(fù)荷約90萬(wàn)千瓦。今年以來，山西市場(chǎng)化交易電量占全部發(fā)電量的九成以上，日前，現(xiàn)貨市場(chǎng)單日最大峰谷價(jià)差1.5元/千瓦時(shí)，晚高峰時(shí)段實(shí)時(shí)現(xiàn)貨出清均價(jià)0.7126元/千瓦時(shí)，是日實(shí)施現(xiàn)貨出清均價(jià)的1.95倍。

多名山西電力行業(yè)人士表示，在“中長(zhǎng)期+現(xiàn)貨+輔助服務(wù)”的電力市場(chǎng)體系下，優(yōu)先消納新能源是基本原則。在新能源大發(fā)時(shí)段，電力現(xiàn)貨分時(shí)電價(jià)將降為零，煤電機(jī)組只有擁有靈活的調(diào)峰能力才能有效降低成本;新能源出力不足時(shí)，分時(shí)電價(jià)最高能達(dá)到1.5元/千瓦時(shí)，激勵(lì)煤電機(jī)組頂峰發(fā)電，有效助力電力保供。

多元利用：推動(dòng)煤炭由燃料向原料轉(zhuǎn)變

在位于山西轉(zhuǎn)型綜合改革示范區(qū)的華陽(yáng)碳谷，去年10月并網(wǎng)的1兆瓦時(shí)鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)已成為周邊“網(wǎng)紅”打卡地，不少新能源汽車前來體驗(yàn)綠色充電。“一般的充電樁相當(dāng)于充電插座，這里可以說是一個(gè)充電寶。”華陽(yáng)新材料科技集團(tuán)新能源蓄能新材料事業(yè)部副總經(jīng)理趙廣說，這套系統(tǒng)的核心設(shè)備是鈉離子儲(chǔ)能柜，通過集成光伏發(fā)電、飛輪儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、充電樁等多項(xiàng)技術(shù)，綠色電量變得可儲(chǔ)可控。五年前，中科院物理研究所在鈉離子電池碳基負(fù)極材料研究上取得突破，無煙煤正是負(fù)極材料的上佳原料。利用豐富的無煙煤資源，華陽(yáng)新材料科技集團(tuán)聯(lián)手中科海鈉科技公司共同推進(jìn)鈉離子電池規(guī)?；瘧?yīng)用。

在陽(yáng)泉神堂嘴煤層氣工業(yè)園區(qū)，煤層氣制備金剛石的培育、打磨在有條不紊地進(jìn)行著。在大唐云岡熱電廠，燃煤排出的煙氣順著蜿蜒的管道進(jìn)入捕集設(shè)備，經(jīng)過冷卻、吸收、解析、提純等多道程序，成為高純度的液態(tài)二氧化碳，最終轉(zhuǎn)化為碳納米管及其下游產(chǎn)品。

無煙煤制鈉離子電池負(fù)極材料、煤層氣制備金剛石、煤制特種油蠟……堅(jiān)持“高端化、多元化、低碳化”發(fā)展方向，山西推動(dòng)煤炭清潔高效利用不斷邁出堅(jiān)實(shí)步伐。

今年5月，山西晉南鋼鐵集團(tuán)依托自身鋼鐵、焦化、化工的能源互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，首次在國(guó)內(nèi)將氫氣應(yīng)用在1860立方米高爐，實(shí)現(xiàn)氫能煉鋼，低碳冶金。7月，孝義市鵬灣氫港氫能產(chǎn)業(yè)園焦?fàn)t煤氣制氫項(xiàng)目正式投產(chǎn)，這座煤城首次產(chǎn)出99.99%的高純度氫氣，當(dāng)?shù)厥纵v氫能重卡完成氫氣加注。

鋼-焦-化-氫、煤-焦-化-氫、煤-焦-碳素、煤-焦-精細(xì)化工、高硫煤清潔利用油化電熱一體化等低碳產(chǎn)業(yè)鏈日益完善，煤炭正由單一燃料屬性向燃料、原料方向并重轉(zhuǎn)變，共同推動(dòng)高碳能源低碳利用，黑色煤炭綠色發(fā)展。