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双碳目标下煤炭行业的发展与挑战

发布时间:2021-11-11 13:20:45  来源:煤矿瓦斯灾害防治  作者:

    上期推文写到,我国深部采煤环境和岩体工程响应具有“三高一强扰动”的特点,深部煤岩动力灾害愈发突出。袁亮院士2021年发表在《煤炭学报》上的文章“深部采动相应与灾害防控研究进展”提出了透明矿山及地质保障关键技术灾害风险判识与监控预警关键技术典型动力灾害防控关键技术三方面的措施和建议,为我国深部煤炭资源开发提供了宝贵的指导和建议。然而,随着十四五和双碳目标的提出,煤炭行业迎来了全新的挑战,如何采取正确措施实现碳达峰碳中和以及能源安全稳定供应双重目标是目前亟待解决的问题。


脱碳不等于去煤



图1 中国主要能源碳排放变化


进入21世纪以来,煤炭碳排放量从2000年的23.9亿t快速升至2013年的69.04亿t,达到历史最高位;随后缓慢下降,自2016年起基本保持66亿t左右,仍处高位平台期。其外,即便碳排放增速有所放缓,但煤炭的碳排放量依旧占能源总排放量的70%~80%。为尽快实现“脱碳”,“去煤”、“减煤”呼声高涨,公众总将煤炭利用与高污染、高排放等负面形象挂钩,甚至一些媒体片面地认为只要不再用煤就可以轻松实现碳中和。但事实并非如此,具体分析如下:


1.1 能源革命革谁的命?


谢和平院士指出,能源革命并非不要煤炭,而是革“落后产能”与“肮脏利用”的命。高排放、高污染并非源于煤炭自身,而是未按绿色、洁净、低碳方式开发与利用。

新能源能否完全替代煤炭?更多取决于安全性、可靠性、经济性、接续性。显然,这些问题目前无法得到保障。此外,新能源也未完全解决碳排放问题,且自身污染排放复杂多样。煤炭作为国家能源安全的基石,短期内盲目“去煤化”绝非治理高排放的良策。变革煤炭开发利用理念,引入CCUS等关键技术,并与新能源组合发展才是现实的选择。


1.2 碳中和愿在何层面上实现再平衡?


碳中和是国家全局战略,归根结底要在国家层面上实现再平衡,要求每个行业都完全实现碳中和本身就是一种谬误。煤炭相关的碳排放约占排放总量的70%~80%,但碳排放主要源自利用环节,并非开采环节。电力、供热、冶金、化工等耗煤占比达90%,其中电力与供热占了60%。因此,只要在建设、开采、闭关阶段借助绿色开采、节能减排、生态碳汇和CCUS技术减碳,实现了净零排放则可认定煤炭行业实现了碳中和愿景;而煤电、煤化工等形成的碳源不应归因于煤炭行业。同时,应与国内大循环新格局背景相结合,打通煤炭生产、分配、流通、消费等各个环节,厘清涉及各行业的碳减排共同责任,并实施“科学用煤、清洁去碳”的碳中和技术路径。


2 煤炭行业的挑战


未来煤炭行业必将面临史无前例的巨大挑战:煤炭相关利好政策全面推出;前期资本投入存在搁浅风险;煤炭行业存亡面临巨大挑战;煤炭科技研发面临重大考验

能源相关政策变化、结构调整等外因交织,催生了煤炭行业生存难题与资本搁浅风险;行业危机、人才流失、经费下滑又会阻碍煤炭相关科技进步,形成恶性循环。因此,亟需以危机倒逼煤炭低碳化与负排放技术进步;同时也要研判未来煤炭行业发展态势,审慎预测未来煤炭需求及其在能源结构中的占比。


3 中国未来煤炭行业发展态势


情景分析法依据关键参数设置差异,可厘清不同情景下煤炭需求。当前有多家国际或国内权威机构发布能源展望报告,如国际能源署(IEA)、美国能源信息署(EIA)、英国石油公司(BP)、挪威国家石油公司(Equinor)、中国石油经济技术研究院(ETRI)、美国埃克森美孚公司(Exxon—Mobil)等。



图2 不同情景下中国未来煤炭需求预测


根据上述预测,当前煤炭消费已基本达峰,但仍处于高位,囿于经济发展规模、可再生能源以及减排技术等因素的不确定性,未来煤炭需求量差异悬殊。根据预测结果,大致可分为维系现状、适度减少、净零愿景3个区间(表1),与维系现状及适度减少相比,净零愿景可实现1.5或2℃温控目标,但极具挑战性,2050年煤炭需求低于6亿t,尚不足当前煤炭产量的1/6。


表1 2030与2050年煤炭需求及其占比预测的区间划分



4 煤炭行业现状与碳中和愿景的差距


从煤炭行业自身发展的视角出发,若想2030年前实现碳达峰目标、2060年达成碳中和愿景,必须正视几个方面的问题(图3):

(1)标准规范不匹配,仍需修订符合碳中和愿景的绿色矿山建设标准。

(2)监管要求不健全,仍需规范煤炭企业碳排放监测及信息披露要求。

(3)治理能力不成熟,仍需提升煤炭行业对气候变化风险的应对能力。

(4)技术研发不充分,仍需强化低碳化与负排放双重技术的研发部署。

(5)激励机制不完善,重建符合碳中和愿景的减排增汇激励机制。



图3 煤炭行业与碳中和愿的差距


5 面向碳中和愿景的煤炭行业发展路线图


煤炭行业在实现碳中和愿景中必须实现自我改革与救赎。因此需要制定符合碳达峰目标与碳中和愿景的煤炭行业发展路线图。


5.1 构建煤炭全生命周期的碳足迹核算体系


应厘清煤炭全生命周期的碳源与碳汇效应,分析碳循环相互作用机制,从煤炭全生命周期视角构建碳足迹核算体系,以评估或预测模拟煤矿区在不同时期、不同阶段的温室气体排放量。


5.2 响应层次与实现机制


煤炭行业碳中和实现机制包含2个层面:

(1)通过避免或减少排放措施,从源头避免与过程减排推动实现“近零排放”。

(2)在碳循环动态监测下确定已排放的CO2,并预测未来潜在排放CO2,并采取有效措施抵消已排放温室气体,形成以碳收支平衡为特征的“净零排放”。


5.3 树立能源命运共同体理念


能源行业在谋求自身发展时,应兼顾其他行业的利益,合作应对气候变化、环境污染等造成的行业危机,确保能源各行业机会平等、规则平等、权利平等,进而实现各能源行业共建、共享、共赢的共同体理念。既要统筹煤炭全生命周期清洁绿色低碳生产,也要制定煤炭行业与下游产业协同的中长远期的定量约束与路径方案。



图4 煤炭行业实现碳达峰目标与碳中和愿景的路线


5.4 路径选择


参照谢和平院士提出的煤炭革命战略构想,探寻符合中国特色的煤炭行业转型发展路径。期间需实现煤炭3.0向4.0,5.0的转型升级,由自动化向智能化、无人化迈进,由超低排放向近零排放、零排放迈进

(1)起步期(2020—2030年):着力推动煤炭能耗达峰、产业集聚协同、生态修复增汇,保障煤炭碳排放尽早达峰;

(2)攻关期(2030—2050年):重点攻关低碳开采、脱碳去碳、生态修复技术,主动适应碳市场需求,实现煤炭与新能源耦合共生;

(3)巩固期(2050—2060年):应耦合零碳利用与负排放技术,积极抵消以往排放的温室气体,保障准时或提前达成碳中和愿景。


内容来源:陈浮,于昊辰,卞正富,尹登玉.碳中和愿景下煤炭行业发展的危机与应对[J].煤炭学报,2021,46(06):1808-1820.