在线咨询:400-001-1352
煤炭行业碳达峰碳中和需求洞察
发布时间:2023-03-08

01、行业能耗和碳排放情况

煤炭生产行业隶属于采矿业,主要包括煤炭开采、洗选,以及相关的专业和辅助性活动,即向地下开掘巷道采掘煤炭,或直接剥离地表土层挖掘煤炭,再从煤炭中去除矸石或其他杂质等活动,不包括煤制品的生产,水的蓄集、净化和分配,以及地质勘查、建筑工程活动。从分类看,包括烟煤和无烟煤开采洗选、褐煤开采洗选、其他煤炭采选及煤炭开采和洗选专业及辅助性活动。

我国煤炭产量和消费量全球居首,存在分布不均、开采难度大等特点。《BP世界能源统计年鉴(2022版)》数据显示,2021年,全球煤炭产量81.73亿吨,其中我国产量占比达到50.5%,我国煤炭消费量也占到全球总消费量的53.8%,成为世界煤炭生产及消费的大国。我国煤炭资源区域分布不均,主要集中在山西、内蒙古、新疆等地,呈现“西多东少,北富南贫”特点,与我国地区经济发达程度呈“逆向分布”,未来“北煤南运”、“西煤东调”的格局长期存在。同时由于我国煤矿地质结构复杂、开采难度大,相对其他而言,一些导致煤矿发生生产事故的瓦斯、水、火、煤尘等灾害情况也更加突出。

煤炭开采、洗选过程的碳排量占比不高,但会影响煤炭消费环节碳排放量水平。煤炭开发利用全过程产生的碳排放占全国碳排放总量的六七成左右,是我国碳减排的关键所在。其中,煤炭开采和洗选过程在煤炭整个生命周期的碳排放总量占比不算高,《煤炭学报》数据显示,2019年我国煤炭开采洗选行业碳排放总量为4.213亿吨,占比仅为5.8%。《工程科学与技术》数据显示,虽然煤炭开采和洗选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,约占中国甲烷总排放量的1/3,甲烷较二氧化碳具有更为显著的增温效益。同时,煤炭开采、洗选过程还将明显影响后续环节的碳排放,提升煤炭开采技术水平,可有效减少煤矸石的采出量,进而节约运力,减少运输环节的碳排放;提升煤炭洗选技术水平,可有效提升煤炭质量,降低运输和消费环节的碳排放。

6.jpg

02、行业节能降碳重点环节

根据《中国煤炭生产企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》,煤炭开采及洗选过程中的碳排放主要来源于使用煤、石油、天然气、电力、热力等产生的碳排放和甲烷、二氧化碳逸散排放两部分。目前,甲烷、二氧化碳逸散排放约占煤炭生产总排放量的60%左右,未来将随瓦斯抽采技术的成熟和提升而逐渐下降。随着智慧煤矿的推广建设,煤炭先进生产装备逐步深入应用,煤炭开发效率不断提升,煤、石油、天然气的使用量占比将呈下降趋势,电能占比则会不断上升,整体碳排放量则将主要取决于清洁能源的使用比重。

1、煤炭开采环节

按照煤炭储藏条件的不同,煤炭开采有露天煤矿开采和井工煤矿开采两种情形。相比较来看,露天开采具有开采成本低、资源回采率高、碳排放相对较低的突出优势,但露天开采对先天条件要求比较苛刻。井工煤矿开采主要包括采掘、运输、通风、排水等环节,井工煤矿开采碳排放主要包括上述环节的甲烷和二氧化碳逸散排放,以及能源消耗产生的碳排放。

根据PCC第2次科学评估报告显示,在甲烷和二氧化碳逸散方面,1吨甲烷的温室效应当量相当于1吨二氧化碳的21倍,甲烷和二氧化碳逸散碳排放水平受到煤炭产量和瓦斯抽效率的波动影响。据全国政协委员姜耀东披露,2020年,我国煤矿瓦斯抽采量为128亿立方米,但利用率只有44.8%,一半以上瓦斯未被利用导致碳排放显著增加。未来煤矿瓦斯抽采利用是煤炭开发过程中碳减排的重要内容之一,随着瓦斯利用效率的提升,总体碳排量呈现降低趋。能源消耗产生的碳排放主要包括消耗煤炭、电力及油气产生的碳排放,《工程科学与技术》数据显示,2020年煤炭消耗碳排放量占54.7%,电力消耗碳排放占38.1%,油气消耗碳排放占7.2%。随着采煤机械化程度的提高,其中电力消耗碳排放占比呈现增加趋势。在煤炭开采过程中通风、采掘和运输阶段能源消耗大,约占本阶段能耗的70%以上。同时,由于地区、地质差异和采矿方式的不同,各矿区的能耗水平差异明显,如新疆青海等高原地区的采掘能耗占比较高,深井矿区的运输能耗占比较高,富水地区煤矿的排水能耗则占比较高。

63.jpg

2、煤炭洗选环节

煤炭洗选主要是指通过物理、化学或微生物分选的方法使煤和杂质有效分离,并加工成质量均匀、用途不同的煤炭产品。《中国能源大数据报告(2021)》煤炭篇数据显示,2020年我国原煤入洗率达到74.1%,比2015年提高8.2个百分点。通过对煤炭进行洗选可有效减少煤炭中的杂质,提升煤炭质量,减少运力浪费,降低燃煤过程中的污染物排放量。

煤炭洗选过程的碳排放主要来自于选煤厂的粉筛破碎、入洗分选、煤泥回收、浮精/尾煤回收、介质回收、产品脱水/干燥等生产过程中用能带来的碳排放,包括用煤、电能、热能等产生的能耗,其中以电能为主。《中国矿业大学学报》数据显示,2015年煤炭洗选的平均能耗占煤炭生产总能耗的28.85%,因此洗选阶段也是煤炭生产过程中主要的碳排放环节之一。为落实煤炭清洁高效利用要求,一直积极推动原煤入洗,目前焦炼煤入选比例较高,动力煤入选比例则相对较低。发展改革委在《煤炭清洁高效利用重点领域标杆水平和基准水平(2022版)》中明确规定,选煤电力单耗方面,焦炼煤需要达到8.5千瓦时/吨,动力煤达到4.5千瓦时/吨。对煤炭进行洗选还可有效减少煤炭运输和消费等环节的碳排放量。2013年,中国煤炭加工利用协会副会长张绍强就曾表示,据测算,锅炉采用洗精煤作为燃料,可提高燃煤效率10-15%。每多入选1亿吨原煤,仅提高燃煤效率方面就可节约1000-1500万吨煤炭。同时,原煤洗选还可去除约总量18%的煤矸石、13%的灰分、0.35%的硫分,可有效节约运力和能源消耗、减少二氧化硫等污染物排放。根据王国法院士的研究结果显示,降低煤中灰分硫分可有效降低烟气处理能耗,也会间接减少二氧化碳的排放。

06.jpg

03、行业双碳关键路径

数字化实施路径有,一是建设智能化煤矿降低生产用能,包括提高采煤工作面智能化水平,在掘进工作面减人提效,实现远程控制、智能安控、智慧能源全覆盖,固定岗位提高无人值守作业水平,形成基于综合管控平合的智能一体化管控。二是积极应用数字技术提升生产工艺水平,从而降低生产环节的碳排放,包括加快探索煤炭开采,推进数字化选煤工艺应用,加强通风系统工程研究、实施智能通风工程,数字赋能资源回收再利用和二次矿山开发等。三是构建数智化供应链降低流转过程中的碳排放,包括加强煤炭智慧供应链平台建设,通过赋能煤炭产业供应链实现节能减碳;建设煤炭行业的工业互联网双碳园区,依托产学研结合探索矿区零碳生态模式等。

此外,还可以通过以下途径推动行业绿色低碳发展,一是深化煤炭生产核心技术研发降低行业直接碳排。尽早部署应用煤矿二氧化碳捕集、利用与固化以及封存技术,持续攻关突破低浓度瓦斯提纯和利用关键工艺技术等瓦斯抽采利用技术,有序研发煤矿区新能源与煤耦合利用技术。二是优化生产工艺,降低生产生命周期的能耗。积极优化煤炭生产过程中的技术工艺,通过煤炭低碳化技术创新和煤炭产业低碳化实现“用煤(碳)不排碳”,开展大规模、高精度、全粒级干法选煤研究以优化煤炭选煤工艺流程。三是加强煤炭产业集群协同,实现产业链节能减排。鼓励煤矿生产企业在煤矿区就近将煤炭转化为电力、热力、新材料、化工品;构建高度融合的“煤-电-化工-建材”等一体化的循环经济产业链;筹划建立现代物流企业,强化产业链上下游联盟,实现以需定供。