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煤炭行業碳中和與碳達峰轉型發展之路

2021-12-30 14:07:07 欄目:行業動態 查看(1)

煤炭革命戰略構想,為探尋符合中國特色的煤炭行業轉型發展路徑提供支撐。期間,需實現煤炭3.0向4.0、5.0的轉型升級,由自動化、向智能化、無人化邁進,由超低排放向近零排放、零排放邁進。而本研究也發現2020~2030年煤炭消費變幅并不大,但2030~2050年卻是煤炭行業生死存亡的關鍵期。為此,將煤炭行業發展路線劃分為起步期、攻關期、鞏固期3個階段。

1、起步期:2020-2030年

(1)能耗達峰:即便未來煤炭消費比重將逐步回落,但需求總量短期內難有較大降幅。推動碳減排盡快達峰,就要將煤炭利用過程中節能降耗置于首位,在開采各環節采用高能效開采技術和設備,開展余熱、余壓、節水、節材等綜合利用節能項目,持續優化煤炭利用效率。煤炭兼具能源與資源雙重屬性,作為資源可用于煤制油、煤制氣等化工品進行能源轉化,也能解決部分高碳排放問題[30]。散煤燃燒的排污量是火電排放的五倍以上,應著力推進煤炭集中利用、源頭控制散煤消費與燃燒,科學規劃“煤改氣”、“煤改電”。其外,要以減量規劃倒逼煤炭行業改革升級,推動能源污染與煤炭燃燒碳排放第三方治理、環境托管等創新發展新模式。

(2)集聚協同:隨著碳減排壓力增大,煤炭產品質量要求必將水漲船高,市場競爭也將愈發激烈。亟待推動煤炭產業鏈形成新標準,應持續向下游延伸以增加產業鏈附加值。因此,應構建以煤炭產業為源頭,煤電、煤化工等下游產業鏈集聚融合、相互連接的產業體系;推進清潔高效熱電聯產技術、特殊煤種超臨界循環流化床等高效清潔發電技術;提高低碳化原料比例,減少全生命周期碳足跡,帶動上下游產業鏈碳協同減排。

(3)增加碳匯:基于自然解決方案的減排措施(如植樹造林)是增加生態碳匯的重要措施,礦區生態修復則是煤炭行業達成碳中和愿景的有效途徑。此前礦區生態修復多關注立地修復,且修復比率不足四分之一。我國煤礦主戰場位于氣候干旱、生態脆弱的中西部,該區生態修復不僅成本高,且修復收效甚微[38]。于昊辰等曾構建了一個基于LDN的礦山土地生態動態恢復框架,提出了類似“耕地占補平衡”的異位修復策略,明確了碳源與碳匯并不一定必須在同一地區實現,可為碳中和愿景下礦區生態修復提供新思路。

2、攻關期:2030-2050年

(1)開采利用:探索低階煤中低溫熱解轉化及產物分質分級梯級利用,加快低階煤利用技術研發。不同行業應加大科技研發投入,攜手研發碳減排技術,推動煤炭開采、加工、運輸、利用等全產業鏈清潔低碳生產,推動燃煤發電超低排放、近零排放與節能技術改造,提升煤炭利用效率,嚴控煤炭能耗強度,從源頭實現碳減排。而針對煤炭行業,應提高煤炭行業綠色低碳標準,著力突破煤炭低碳化利用以及碳去除等關鍵技術。

(2)CCUS技術:脫碳、去碳技術攻關是提高碳循環利用水平的關鍵舉措,大力發展CCUS等硬減排技術是未來40年的必由之路。要想實現CO2深度減排,無論是燃燒發電、煤制氫,抑或是CO2作為介質干熱巖發電,在技術上必須與CCUS聯合。未來既要突出CCUS中“U”的利用效應,也要降低CCUS成本,突破以二氧化碳為原料的循環利用技術瓶頸。為此,應加快部署煤礦產業鏈CCUS項目示范,著力開辟煤炭脫碳、去碳利用新途徑,將煤炭的能量與物質同時高效利用。例如,通過CCUS技術,煤炭企業可為下游產業提供CO2用于驅煤層氣或地質封存,共同實現互利雙贏。

(3)生態修復:假設通過有效的生態修復措施,煤炭行業凈零碳排放已經實現,那么碳中和愿景是否達成了呢?事實并非如此,以往煤炭開發利用所致的碳排放在大氣中長期累積,歷史遺留問題仍需持續去除??紤]未來溫控目標,必須增加對負排放技術的關注,以更高水平的LDN衡量生態修復需求。未來既要實現采煤對生態環境的近零擾動、減少廢棄物排放,又要以新型生態修復理念保障生態碳匯增加。因此,該階段可鼓勵煤炭企業積極承擔國土綠化行動責任,利用荒山、荒漠等地區開展植樹造林,以增加森林碳匯規模。如此一來,生態修復碳匯可抵消排放部分的CO2,甚至形成凈零排放或負排放效應。

(4)新能源耦合:煤炭短期內難以破除碳排放瓶頸,減排成本大幅降低難;而可再生能源低成本、大規模儲能問題難以突破,高比例接入能源體系難。因此,未來仍需在高峰期調用煤電以保障能源基本供應,與此同時也應提升自身碳減排的貢獻度,并為新能源發展提供支撐基礎。煤炭與新能源耦合形成新能源體系,實現風光水火儲一體化,可實現煤炭大幅碳減排。

(5)適應碳市場:碳中和愿景在形成企業競爭新格局的同時,新機遇也將不斷涌現。只有適應未來碳交易市場機制,才能率先優化資源配置、應對氣候風險、厘清碳排放價格[4],進而健全煤炭行業低碳發展體制機制,倒逼解決煤炭資源過度消耗的問題。煤炭行業必須將碳中和目標納入企業未來發展戰略,提升碳資產管理能力,強化全生命周期碳循環動態監測,積極適應氣候變化下碳排放配額規則,主動參與碳排放權交易市場建設與煤炭行業碳排放實施方案制定。

3、鞏固期:2050-2060年

(1)零碳利用:該階段有望步入井下無人、地上無煤的煤炭工業5.0時代,實現深地原位利用,煤、電、氣、熱、水、油實現一體化供應,以及太陽能、風能、蓄水能與煤炭協同開發,基本實現近零排放。此外,應探索固碳新途徑,只要將排放的碳經過化學處理,防止其轉變為CO2、CH4等溫室氣體,便可避免溫室效應的發生。未來應推進燃燒一體化利用(發電+化工)與化學一體化利用(化工+儲能)。例如,基于等離激元效應的零碳能源生產類似于人工復制了光合作用,即部分金屬納米顆??稍诠饩€照射下產生光能集聚效應,進而將二氧化碳和水分子分解為碳、氧、氫離子。如若將其中的碳離子與氫離子組合,可進一步生成碳氫化合物供工業利用。

(2)負排放技術:鑒于負排放技術在成熟度、潛力、成本、風險等方面差異大,決定了負排放技術的不確定性。過早將碳中和愿景建立在不可預見的負排放技術上是不理性的,極易促使2050年之前更多高排放技術的應用,延緩了減排壓力。因此,負排放路徑應作為補充手段儲備,在其成熟可控、成本可行的基礎上,在2050之后對沖遠期非二氧化碳等難以減排的殘余排放。

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