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煤炭保供既增产又增绿

来源:《瞭望》   作者:梁晓飞   2022-08-06

◇今年前5个月,山西规模以上原煤产量5.28亿吨,同比增长9.3%;非常规天然气产量44.26亿立方米,同比增长19.7%,快于原煤产量增速10个百分点

◇2021年4月至今,山西电力现货市场已连续平稳试运行一年多时间,是国家电网经营区内启动试运行时间最早、结算试运行时间最长、市场主体类型最全的双边电力现货市场

◇钢-焦-化-氢、煤-焦-化-氢、煤-焦-碳素、煤-焦-精细化工、高硫煤清洁利用油化电热一体化等低碳产业链日益完善

国网山西电力调度控制中心 受访企业供图

确保能源安全绕不开煤炭供应。在新能源快速发展的当下,去年煤电依然贡献了六成的发电量。今年上半年,全国规模以上企业煤炭产量21.94亿吨,同比增长11%,连续5个月保持两位数快速增长。

煤炭,既是亿万年前经历沧海桑田褪去绿色的“植物精灵”,又是深埋地底饱含太阳光辉的“光明使者”。统筹抓好煤炭清洁低碳发展、多元化利用、综合储运,加快绿色低碳技术攻关,持续推动产业结构优化升级,山西不断提升煤炭增产保供的“含绿量”。

绿色开采:寻求资源开发和生态保护最优解

在山西省古交市的屯川河畔,一条500多米长的输煤走廊将原煤洗选产生的洗中煤、煤泥等副产品直接输往附近电厂,转化为电能。在屯川河对面的山上,一条两公里长的蓝色管道蜿蜒而上,将电厂排出的粉煤灰运至山顶,再通过管道注入400多米深的井下采空区,置换出传统采煤工艺采不出的资源,最大限度避免地面沉陷。

两条管道形成一个绿色循环。这是山西焦煤集团所属的屯兰矿和古交电厂合作推进的一项绿色开采技术——充填开采。

传统采煤工艺下,机械轰鸣声中,数以万吨计的原煤被源源不断地运至地面。层层重压下,井下采空区岩石下落,原有的地质结构遭到破坏,地面沉陷难以避免,岩层断裂还容易造成地下水流失。一项调研显示,每开采1吨煤就要损耗2.48吨水。此外,采煤产生劣质煤、煤矸石,也加重了矿区环境治理负担。过去,煤矿眼看着河道下的资源无法开采,还要为采空区治理等问题发愁;燃煤发电产生的大量粉煤灰也需要电厂妥善处置。

“通过充填开采,去年往井下充填粉煤灰86万吨,多采出优质焦煤118万吨,还为电厂节省粉煤灰处置费用2200多万元。”屯兰矿副总工程师王艾军说,绿色开采不仅减少了环境影响,还可大幅延长矿井开采年限。

作为不可再生资源,煤炭绿色开采就是要实现资源开发利用的最优化、生态环境影响的最小化。早在2013年,国家能源局、财政部等四部门就曾印发《煤矿充填开采工作指导意见》,要求通过开采技术创新,促进资源开发和生态保护协调发展。

2019年起,产煤大省山西试点推进煤矿绿色开采,并出台减免资源税等一系列支持政策。截至目前,山西已建成绿色开采试点煤矿32座。潞安化工集团高河煤矿达到了“矸石零排放、地面零沉降、水体零破坏”的标准;山西焦煤集团东曲煤矿创建了“地面不见矸石山、无矸石外排”的模式;山西义棠煤业保水开采实现带压区安全开采,保护奥灰水不受破坏;晋能控股集团成庄煤矿煤与瓦斯共采填补了高瓦斯矿区绿色开采行业空白。

与此同时,煤矿智能化建设加快推进。截至目前,山西已建成22座智能化煤矿、548处智能化采掘工作面,有23座煤矿实现5G入井,智能化采掘工作面减人比例达到30%左右,智能化煤矿产能占全省生产煤矿总产能的40%以上。

今年5月,山西进一步提出,将持续探索煤炭绿色开采技术路线,推动智能化、云计算、5G和物联网技术与绿色开采充分融合,提高绿色开采效率。

瓦斯利用:从高浓度到超低浓度吃干榨净

煤炭开采本身不会排放大量碳,碳排放主要集中在煤炭利用环节。但在采掘过程中,与煤伴生的瓦斯既是一种非常规天然气,也是一种强烈的温室气体。瓦斯的主要成分为甲烷,其温室效应是二氧化碳的20多倍。减少煤矿生产过程中的瓦斯排放,是煤炭行业低碳发展必须迈过的一道坎。

“初始瓦斯浓度92%,当前瓦斯浓度80%,抽放情况正常。”今年6月,在华电煤业集团山西石泉煤业公司井下一处工作面内,煤矿安全员用随身携带的设备,实地测量了一处瓦斯抽采管道内的最新数值。

记者在井下看到,瓦斯抽采管道上标注的信息显示,自2021年4月起,这里就开始预抽瓦斯。一同下井的安全员告诉记者,石泉煤矿是一座高瓦斯矿井,先要抽上3年瓦斯,才能开始采煤。

“这既是为了安全,也是为了低碳。”石泉煤业董事长白鹏说,在创新瓦斯抽采工艺的同时,煤矿引进瓦斯发电机组,解决抽放瓦斯的排放问题,每年可减少温室气体排放约11.78万吨。

记者采访发现,不少煤矿仍有一些超低浓度的风排瓦斯被直接排空。这些气体来自井下通风管道,也被称为乏风。据潞安化工集团国家煤基合成工程技术研究中心测算,目前我国煤矿超低浓度瓦斯年排放量较大。由于其浓度低、富集难、气量大,利用起来非常困难。

位于山西省长治市的潞安化工集团高河乏风氧化发电项目,是全国首家、全球规模最大、稳定运行时间最长的煤矿乏风氧化发电示范项目。运营这一项目的长治市亿扬能源科技有限公司负责人赵志中说,项目满负荷运行状态下,每小时能处理108万立方米超低浓度瓦斯,年发电量2亿千瓦时,可实现温室气体减排140万吨二氧化碳当量。

此外,大量废弃矿井中残存的瓦斯也被抽取利用。晋能控股集团煤与煤层气共采国家重点实验室执行副主任李国富说,山西已从废弃矿井采空区抽采利用煤层气上亿立方米,减排效果显着。

目前,山西已形成煤层气产能227.25亿立方米/年。面对煤炭保供压力,瓦斯利用效果凸显。数据显示,今年前5个月,山西规模以上原煤产量5.28亿吨,同比增长9.3%;非常规天然气产量44.26亿立方米,同比增长19.7%,快于原煤产量增速约10个百分点。

煤电转型:传统能源与新能源优势互补

近年来,我国以风光为主的新能源发展迅猛。由于新能源具有很大的波动性,快速增加的新能源装机对能源系统运行带来较大挑战。

以山西为例,全省风电、光伏装机规模超过3700万千瓦,但极端天气条件下,实际出力规模甚至不到百分之一。国网山西省电力公司调度控制中心主任王其兵说,新能源“靠天吃饭”,要实现“气象驱动型”的电力平衡,对电力运行带来很大挑战。

未来,新能源在发电装机中的占比越来越高,传统火电企业何去何从?山西瑞光热电有限责任公司副总经理董鑫说,由于风电、光伏具有波动性、间歇性等特点,新能源装机规模越大,越需要响应速度快的火电机组进行配合。

两年前,瑞光热电2号机组进行了灵活性改造。在新能源大发时,只要短短几分钟,机组负荷就能从30万千瓦下调到13万千瓦,为新能源消纳让渡出发电空间;一旦新能源发电不足,火电也能快速顶上,确保电力供应稳定安全。

持续推进的电力市场化改革,促使越来越多的煤电企业主动参与调峰。山西是首批8个电力现货建设试点省份之一。2021年4月至今,山西电力现货市场已连续平稳试运行一年多时间,是国家电网经营区内启动试运行时间最早、结算试运行时间最长、市场主体类型最全的双边电力现货市场。

国网山西省电力公司数据显示,得益于市场化机制,山西电网新能源消纳空间最大增加500万千瓦。去年电力供应紧张时期,山西电网日均增加发电能力约200万千瓦,最大降低尖峰负荷约90万千瓦。今年以来,山西市场化交易电量占全部发电量的九成以上,日前,现货市场单日最大峰谷价差1.5元/千瓦时,晚高峰时段实时现货出清均价0.7126元/千瓦时,是日实施现货出清均价的1.95倍。

多名山西电力行业人士表示,在“中长期+现货+辅助服务”的电力市场体系下,优先消纳新能源是基本原则。在新能源大发时段,电力现货分时电价将降为零,煤电机组只有拥有灵活的调峰能力才能有效降低成本;新能源出力不足时,分时电价最高能达到1.5元/千瓦时,激励煤电机组顶峰发电,有效助力电力保供。

多元利用:推动煤炭由燃料向原料转变

在位于山西转型综合改革示范区的华阳碳谷,去年10月并网的1兆瓦时钠离子电池储能系统已成为周边“网红”打卡地,不少新能源汽车前来体验绿色充电。“一般的充电桩相当于充电插座,这里可以说是一个充电宝。”华阳新材料科技集团新能源蓄能新材料事业部副总经理赵广说,这套系统的核心设备是钠离子储能柜,通过集成光伏发电、飞轮储能、电化学储能、充电桩等多项技术,绿色电量变得可储可控。

五年前,中科院物理研究所在钠离子电池碳基负极材料研究上取得突破,无烟煤正是负极材料的上佳原料。利用丰富的无烟煤资源,华阳新材料科技集团联手中科海钠科技公司共同推进钠离子电池规模化应用。

在阳泉神堂嘴煤层气工业园区,煤层气制备金刚石的培育、打磨在有条不紊地进行着。在大唐云冈热电厂,燃煤排出的烟气顺着蜿蜒的管道进入捕集设备,经过冷却、吸收、解析、提纯等多道程序,成为高纯度的液态二氧化碳,最终转化为碳纳米管及其下游产品。

无烟煤制钠离子电池负极材料、煤层气制备金刚石、煤制特种油蜡……坚持“高端化、多元化、低碳化”发展方向,山西推动煤炭清洁高效利用不断迈出坚实步伐。

今年5月,山西晋南钢铁集团依托自身钢铁、焦化、化工的能源互补优势,首次在国内将氢气应用在1860立方米高炉,实现氢能炼钢,低碳冶金。7月,孝义市鹏湾氢港氢能产业园焦炉煤气制氢项目正式投产,这座煤城首次产出99.99%的高纯度氢气,当地首辆氢能重卡完成氢气加注。

钢-焦-化-氢、煤-焦-化-氢、煤-焦-碳素、煤-焦-精细化工、高硫煤清洁利用油化电热一体化等低碳产业链日益完善,煤炭正由单一燃料属性向燃料、原料方向并重转变,共同推动高碳能源低碳利用,黑色煤炭绿色发展。


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