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煤炭企业如何实现碳中和(研究揭示煤炭开发过程碳排放特征及碳中和发展技术途径)

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煤炭开发利用过程中产生的碳排放约占全国碳排放总量的60%~70%,是中国碳减排的关键所在。煤炭开发和利用碳排放量差距较大,利用过程的碳排放量占比近90%,开发过程占比约10%。虽然开发过程碳排放总量不多,但甲烷排放量占能源活动甲烷总排放量的80%以上,约占中国CH4总排放量的1/3,因CH4较CO2更为显著的增温效益,已引起广泛的关注。

厘清煤炭开发过程碳排放量和排放特征是挖掘减排潜力的前提和基础,近日,煤炭科学研究总院科技支持中心任世华研究员等联合密歇根州立大学深圳大学科研人员基于煤炭开发全生命周期碳排放清单分析方法,从生产用能、瓦斯排放及矿后活动3个环节,建立了煤炭开发过程碳排放计算模型,测算煤炭开发过程碳排放量,并分析不同环节碳排放特征,提出煤炭开发过程碳减排技术途径。12月29日,这项研究成果以《煤炭开发过程碳排放特征及碳中和发展的技术途径》为题在《工程科学与技术》网络首发。


煤炭开发过程碳排放计算模型范围、边界及输入输出

生产用能碳排放特征方面,煤炭开发过程生产用能碳排放主要包括煤炭、电力及油气消费碳排放。研究发现,生产用能碳排放强度呈降趋势,由2010年的81.5 kg/t,先快速降低到2015年的66.5 kg/t,而后缓慢降低到2020年的65.4 kg/t。分析认为,这得益于中国煤炭开发机械化水平持续提高,大型煤炭企业采煤机械化水平已高达97.1%,达到或超过发达国家水平。研究指出,生产用能碳排放受原煤产量、单位产品能源消耗强度、能源消耗碳排放强度的影响,其中原煤产量是最主要影响因素,生产用能碳排放量的变化趋势基本与原煤产量变化趋势一致。

瓦斯排放(碳排放)特征方面,瓦斯排放(碳排放)强度呈快速下降趋势,由2010年的123.7 kg/t,降低到2020年的67.6 kg/t。不同学者对煤矿瓦斯排放的估算结果差异较大,主要原因在于估算依据和数据来源不同,任世华等在本研究瓦斯排放量估算中综合考虑了煤矿瓦斯的抽采利用率。研究发现,瓦斯排放(碳排放)量的变化与煤矿瓦斯溢出量变化规律一致,主要受原煤产量和瓦斯抽采利用率的波动影响,吨煤瓦斯排放(碳排放)量的降低对其影响较小。

矿后活动碳排放特征方面,研究发现,矿后活动碳排放强度呈缓慢降低趋势,由2010年的21.5 kg/t,逐渐降至2020年的18.0 kg/t。矿后活动碳排放量主要受原煤产量的波动影响,而吨煤矿后活动碳排放量的降低对其影响较小。

任世华等基于以上碳排放量和排放特征分析,提出了煤炭开发过程实现碳中和的5大技术途径,即大力推广应用煤炭开发节能提效技术,减少煤炭开发过程能源消耗带来的碳排放;持续攻关煤矿瓦斯抽采利用技术,减少煤炭开发过程甲烷排放;加快探索煤炭开发颠覆性技术,从原理上改变碳排放特性;有序研发和示范煤矿区煤与新能源耦合利用技术,降低单位产品碳排放强度;尽早谋划煤矿区二氧化碳捕集、利用与固化、封存技术,形成煤炭行业独有的碳中和实现途径。

这项研究得到了中国工程院咨询研究项目的资金支持。

引用格式:任世华,谢亚辰,焦小淼,谢和平.煤炭开发过程碳排放特征及碳中和发展的技术途径[J/OL].工程科学与技术:1-9[2021-12-30].DOI:10.15961/j.jsuese.202100924.


煤层气(煤矿瓦斯)抽采量及利用率


生产用能碳排放量及排放强度


不同机构煤矿瓦斯溢出量估算量对比


煤炭开发碳排放量及排放强度


煤炭开发过程碳排放结构及变化趋势

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