内容简介
煤炭在相当长的一段时间内仍然是我国的主体能源，煤炭工业低碳转型既是其实现高质量发展的内在要求，也是落实国家“双碳”目标的重要抓手。《我国煤炭行业碳中和发展科学体系及战略路径》依托中国工程院战略研究与咨询项目，由袁亮院士、葛世荣院士、王成山院士领衔，领域内多位院士及专家共同参与撰写。综合考虑经济、技术、资源、环境和安全等因素，预测煤炭行业碳减排潜力，重点研究煤基能源协同发展和全网低碳化利用与消纳技术应用，提出中国煤炭行业碳中和发展科学体系及战略路径，为煤炭行业制定实施“双碳”目标提供数据支持和决策依据。
精彩书摘
**篇绪论篇
**章绪论
**节研究背景和意义
伴随着化石能源的大量开采和使用，全球性的大气污染和温室效应已经成为21世纪影响人类生存和可持续发展的*大问题之一。如何在满足当前社会发展的前提下，控制和降低碳排放成为近年来社会经济发展的热点话题。面对温室气体大量排放造成日益严峻的全球气候变化问题，我国彰显了大国担当，积极主动参与全球气候环境治理。2020年9月，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上正式宣布“双碳”目标。随后进一步明确指出“双碳”目标是中国基于推动构建人类命运共同体的责任担当和实现可持续发展的内在要求做出的重大战略决策。
目前我国是*大的发展中国家，也是拥有煤炭资源相对比较丰富的国家。我国化石能源需求量较大，煤炭资源的消耗在不可再生能源消耗中占比大于50%。煤炭消耗过程中产生大量温室气体，《BP世界能源统计年鉴》显示我国二氧化碳排放量超过100亿吨，其中很大一部分是由煤炭消耗所产生的。我国碳排放量与全球其他国家的碳排放量相比，位居前列。但长期以来，我国能源生产和消费结构均以煤炭为主（图1-1），煤炭行业在中国经济社会发展中占有极重要的地位，并且在未来很长一段时间内煤炭在我国能源体系中兜底保障的作用都难以改变。与此同时，包含开发、运输、转换和利用等过程在内的煤炭行业相关产业贡献了大量的碳排放，其排放量占我国碳排放总量的70%～80%，并呈现出持续上升的态势，该行业已成为我国碳减排重点单位之一，传统的高碳能源煤炭的优势已经下降。因此，煤炭行业通过低碳转型实现碳达峰，既是煤炭行业高质量发展的内在要求，又是中国落实国家温室气体减排计划的重要抓手。
图1-12000～2022年中国能源生产和消费结构
针对我国碳中和目标下的能源结构调整，煤基能源的发展是我国能源结构低碳转型的必然选择。我国能源结构以煤为主，煤炭将近期发挥“保供”作用、远期发挥“降碳”作用，是我国能源安全保障主体、能源减排降碳主体。推动以化石能源为主的能源结构转型，使煤炭从主体能源逐步向基础能源和调峰能源转变。煤基能源成为清洁、低碳、安全的以煤为主的能源基石，拓宽了煤炭利用方式，是传统煤炭固态燃烧利用高碳排放转变为低碳排放的液气态清洁利用途径。我国煤基能源发展潜力巨大，截至2022年，我国煤炭储量为2078.85亿吨，满足我国煤炭安全保供内涵的在产煤矿可供开发资源量约为1710亿吨。煤制油气也具有较大的潜力，仅新疆哈密五大煤制油气战略基地就拥有可直接液化用煤约61亿吨，气化用煤约120亿吨，富油煤275亿～327亿吨。
煤基能源不仅立足于我国相对富煤、少气、缺油的资源国情，改变了“一刀切”式的退煤减碳方向，且兼顾能源安全与经济发展、“双碳”目标的协调关系，能够为我国解决较长时期“以煤为主”的能源结构和二氧化碳减排之间的突出矛盾提供创新方案，也为未来构建多能耦合的稳定安全低碳能源体系提供创新路径。为了优化我国以煤为主体的能源结构，并同步实现近期保供、远期降碳，必须加快构建以煤基能源为主体的低碳能源体系。构建煤基能源协同发展体系，具有重要的政治和经济内涵，是实现“双碳”目标的关键路径之一，对于加快我国能源行业改革，保障我国经济社会高质量发展具有重大指导意义。
全网低碳化能源利用与消纳也是我国实现“双碳”目标的途径之一。煤矿存在丰富的可利用伴生资源，且在电网中拥有巨大的利用潜力。据统计，我国采煤沉陷区面积超过6万平方千米；累计退出煤矿约1.2万个；废弃矿井的瓦斯资源总量达5000亿立方米；截至2020年底，煤矿采空区地下空间将超过189.73亿立方米，可利用地下空间量将会超过13.53亿立方米；2021年，我国煤矸石、煤层气、矿井排水分别达到7.43亿吨、104.7亿立方米、81.4亿立方米。这些数据表明煤矿具有较为广阔的应用空间，采煤沉陷区可用于建设光伏发电；退出煤矿储能开发潜力可达1.2亿千瓦；废弃矿井瓦斯抽采加工可用于燃气发电；综合利用瓦斯、乏风等伴生能源，可实现多种形式能源之间的互补协同，在满足多元化用能需求的同时提高能源综合利用效率。不仅如此，我国矿井还拥有丰富的地热资源，可以建设综合能源微网，实现废弃资源的就地开发和利用。综合能源微网能够实现区域内电、冷、热、气等能源的高效集成，有效利用矿井区风光等新能源以及煤层气、瓦斯、矿井涌水、空气热等伴生资源，发挥煤矿区综合能源的节能减碳潜力，此外，智能电网和能源互联网也是推动煤炭行业碳中和进程的重要依托。这些不仅能够促进低碳化能源利用与消纳、优化能源结构，对于煤炭行业在碳中和背景下实现可持续发展也具有重要意义。
在此背景下，预测碳中和愿景下中国中长期能源消费总量和煤炭需求并核算煤炭行业各阶段的碳排放及减排路径；探究煤基能源动态碳中和模式和减碳能力以及煤基能源发展的关键科技创新；分析矿区综合能源微网资源产-消特性和关键技术以及大型
目录
目录
前言
**篇 绪论篇 1
**章 绪论 3
**节 研究背景和意义 3
第二节 主要研究内容和思路 7
第二章 战略背景及相关研究进展 12
**节 国内外能源需求及碳排放研究现状 12
第二节 国内外“双碳”政策及实施路径研究现状 15
第三节 国内外“双碳”技术研究现状 27
第三章 国内外煤炭能源结构变化及警示 35
**节 典型国家煤炭在能源消费结构中的变化分析 35
第二节 煤炭结构变化的规律分析 50
第三节 煤炭能源结构变化的启示 52
第二篇 煤炭行业减排现状篇 57
第四章 碳中和愿景下中国中长期能源/煤炭需求预测研究 59
**节 中国能源消费的演变规律及影响因素分析 59
第二节 中国中长期分行业分品种能源需求预测模型构建 80
第三节 碳中和愿景下中国中长期能源需求预测分析 136
第四节 碳中和愿景下中国中长期碳排放预测分析 151
第五章 煤炭行业全生命周期碳排放核算及预测研究 165
**节 煤炭行业全生命周期各阶段碳排放核算 165
第二节 煤炭行业全生命周期碳排放驱动因素解析 199
第三节 煤炭行业全生命周期碳排放情景预测分析 202
第四节 煤基能源动态碳中和的碳排放核算 207
第三篇 煤基能源协调发展篇 219
第六章 煤基能源结构及现状 221
**节 煤基能源结构组成 221
第二节 国内外煤基能源发展现状 221
第三节 煤基能源的主体煤电技术创新 231
第四节 煤基能源的低碳能源支撑体系 234
第七章 煤基能源动态碳中和模式及减碳技术 239
**节 煤基能源动态碳中和实现机制 240
第二节 煤基能源动态碳中和的颠覆性技术 243
第三节 煤基能源动态碳中和的引领性模式 249
第八章 煤基能源协同发展关键科技创新 255
**节 煤基能源协同发展关键基础问题研究 255
第二节 煤基能源协同发展重大瓶颈技术攻关 259
第三节 煤基能源协同发展现状 261
第四篇 全网低碳化利用与消纳篇 271
第九章 矿区综合能源微网资源产-消特性分析 273
**节 矿区综合能源微网多元负荷能源需求来源 273
第二节 矿区综合能源微网资源特性分析 277
第三节 矿区综合能源微网资源利用模式分析 283
第十章 考虑资源特性的矿区综合能源微网关键技术分析 299
**节 矿区综合能源微网多资源利用关键技术 299
第二节 矿区综合能源微网典型结构 314
第三节 矿区综合能源微网与外部电网的互动模式 318
第四节 综合能源微网资源演化利用与矿-网低碳化协同发展规划 322
第五节 煤矿区综合能源微网架构及低碳运行优化 326
第十一章 大型风光基地与煤基能源协同耦合关键技术 340
**节 煤基能源支撑能源发展体系及多元利用模式 340
第二节 风光融合下的煤基综合能源耦合模式分析 343
第三节 大型风光基地与煤基能源协同耦合关键技术 346
第四节 大型风光基地煤基融合典型架构 353
第五篇 煤炭行业低碳发展战略篇 357
第十二章 煤炭行业碳中和发展科学体系及战略路径 359
**节 煤炭行业碳中和战略原则 360
第二节 煤炭行业碳中和战略目标 363
第三节 煤炭行业碳中和战略路径及战略路线图 365
第四节 碳中和战略路径支撑 371
第十三章 煤基能源协同发展策略及路径 372
**节 煤基能源协同发展战略布局 372
第二节 煤基能源耦合发展战略布局 378
第三节 煤基能源可靠保供战略路径 384
第四节 煤基能源持续降碳实施策略 393
第五节 煤基能源协同发展颠覆性技术路径 395
第十四章 煤矿能源资源高效利用发展策略及路径 398
**节 煤矿能源资源耦合发展战略布局 398
第二节 煤矿能源资源高效利用发展路径 401
第三节 煤矿资源融合下持续降碳实施策略 403
第四节 能源资源高效利用颠覆性技术 405
第五节 能源资源高效利用发展建议 408
参考文献 410
试读
**篇绪论篇
**章绪论
**节研究背景和意义
伴随着化石能源的大量开采和使用，全球性的大气污染和温室效应已经成为21世纪影响人类生存和可持续发展的*大问题之一。如何在满足当前社会发展的前提下，控制和降低碳排放成为近年来社会经济发展的热点话题。面对温室气体大量排放造成日益严峻的全球气候变化问题，我国彰显了大国担当，积极主动参与全球气候环境治理。2020年9月，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上正式宣布“双碳”目标。随后进一步明确指出“双碳”目标是中国基于推动构建人类命运共同体的责任担当和实现可持续发展的内在要求做出的重大战略决策。
目前我国是*大的发展中国家，也是拥有煤炭资源相对比较丰富的国家。我国化石能源需求量较大，煤炭资源的消耗在不可再生能源消耗中占比大于50%。煤炭消耗过程中产生大量温室气体，《BP世界能源统计年鉴》显示我国二氧化碳排放量超过100亿吨，其中很大一部分是由煤炭消耗所产生的。我国碳排放量与全球其他国家的碳排放量相比，位居前列。但长期以来，我国能源生产和消费结构均以煤炭为主（图1-1），煤炭行业在中国经济社会发展中占有极重要的地位，并且在未来很长一段时间内煤炭在我国能源体系中兜底保障的作用都难以改变。与此同时，包含开发、运输、转换和利用等过程在内的煤炭行业相关产业贡献了大量的碳排放，其排放量占我国碳排放总量的70%～80%，并呈现出持续上升的态势，该行业已成为我国碳减排重点单位之一，传统的高碳能源煤炭的优势已经下降。因此，煤炭行业通过低碳转型实现碳达峰，既是煤炭行业高质量发展的内在要求，又是中国落实国家温室气体减排计划的重要抓手。
图1-12000～2022年中国能源生产和消费结构
针对我国碳中和目标下的能源结构调整，煤基能源的发展是我国能源结构低碳转型的必然选择。我国能源结构以煤为主，煤炭将近期发挥“保供”作用、远期发挥“降碳”作用，是我国能源安全保障主体、能源减排降碳主体。推动以化石能源为主的能源结构转型，使煤炭从主体能源逐步向基础能源和调峰能源转变。煤基能源成为清洁、低碳、安全的以煤为主的能源基石，拓宽了煤炭利用方式，是传统煤炭固态燃烧利用高碳排放转变为低碳排放的液气态清洁利用途径。我国煤基能源发展潜力巨大，截至2022年，我国煤炭储量为2078.85亿吨，满足我国煤炭安全保供内涵的在产煤矿可供开发资源量约为1710亿吨。煤制油气也具有较大的潜力，仅新疆哈密五大煤制油气战略基地就拥有可直接液化用煤约61亿吨，气化用煤约120亿吨，富油煤275亿～327亿吨。
煤基能源不仅立足于我国相对富煤、少气、缺油的资源国情，改变了“一刀切”式的退煤减碳方向，且兼顾能源安全与经济发展、“双碳”目标的协调关系，能够为我国解决较长时期“以煤为主”的能源结构和二氧化碳减排之间的突出矛盾提供创新方案，也为未来构建多能耦合的稳定安全低碳能源体系提供创新路径。为了优化我国以煤为主体的能源结构，并同步实现近期保供、远期降碳，必须加快构建以煤基能源为主体的低碳能源体系。构建煤基能源协同发展体系，具有重要的政治和经济内涵，是实现“双碳”目标的关键路径之一，对于加快我国能源行业改革，保障我国经济社会高质量发展具有重大指导意义。
全网低碳化能源利用与消纳也是我国实现“双碳”目标的途径之一。煤矿存在丰富的可利用伴生资源，且在电网中拥有巨大的利用潜力。据统计，我国采煤沉陷区面积超过6万平方千米；累计退出煤矿约1.2万个；废弃矿井的瓦斯资源总量达5000亿立方米；截至2020年底，煤矿采空区地下空间将超过189.73亿立方米，可利用地下空间量将会超过13.53亿立方米；2021年，我国煤矸石、煤层气、矿井排水分别达到7.43亿吨、104.7亿立方米、81.4亿立方米。这些数据表明煤矿具有较为广阔的应用空间，采煤沉陷区可用于建设光伏发电；退出煤矿储能开发潜力可达1.2亿千瓦；废弃矿井瓦斯抽采加工可用于燃气发电；综合利用瓦斯、乏风等伴生能源，可实现多种形式能源之间的互补协同，在满足多元化用能需求的同时提高能源综合利用效率。不仅如此，我国矿井还拥有丰富的地热资源，可以建设综合能源微网，实现废弃资源的就地开发和利用。综合能源微网能够实现区域内电、冷、热、气等能源的高效集成，有效利用矿井区风光等新能源以及煤层气、瓦斯、矿井涌水、空气热等伴生资源，发挥煤矿区综合能源的节能减碳潜力，此外，智能电网和能源互联网也是推动煤炭行业碳中和进程的重要依托。这些不仅能够促进低碳化能源利用与消纳、优化能源结构，对于煤炭行业在碳中和背景下实现可持续发展也具有重要意义。
在此背景下，预测碳中和愿景下中国中长期能源消费总量和煤炭需求并核算煤炭行业各阶段的碳排放及减排路径；探究煤基能源动态碳中和模式和减碳能力以及煤基能源发展的关键科技创新；分析矿区综合能源微网资源产-消特性和关键技术以及大型
