煤矿企业碳达峰碳中和方案——以陕西陕煤澄合矿业有限公司为例.pdf

专题与综述 - 146 - 煤矿企业碳达峰碳中和方案 ——以陕西陕煤澄合矿业有限公司为例 赵 洁，王 蜜 * （陕西陕煤澄合矿业有限公司，陕西 澄城 715200） 摘要： 根据我国2030年达到碳排放峰值，争取在2060年前实现碳中和的总体规划，作为主要的能源产业和重点减排产业，煤 炭行业需根据自身情况，以时间为节点制订碳中和碳达峰方案。煤炭企业碳排放一般来自企业用电、终端用煤和煤层气排放 等方面，应当通过提高生产效率，淘汰落后产能、减少煤炭消费，使用清洁能源、合理利用煤层气、提升生态碳汇能力等措 施控制和降低碳排放量。结合国家总体规划和企业总体规划，煤炭企业应将时间节点划分为2030年前的尽快达峰阶段，2030- 2050年加速脱碳阶段和2050-2060年的决胜达标阶段，在这三个阶段内，合理制定各种措施，定时进行评估和推进，确保任务 的顺利完成。 关键词： 碳达峰；碳中和；煤炭企业；碳排放源；措施；时间节点 The carbon emission peak carbon neutralization program of coal enterprise ——taking Shaanxi Shaanxi Coal Chenghe Mining Co.,Ltd.as an example Zhao Jie, Wang Mi * (Shaanxi Shaanxi Coal Chenghe Mining Co.,Ltd.,Chengcheng 715200,China) Abstract: Under the master plan for China to reach the peak of carbon emission in 2030 and strive to achieve carbon neutralization by 2060,as a major energy industry and key emission reduction industry,the coal industry needs to prepare carbon neutralization and carbon peaking schemes with time as nodes according to their own conditions.Generally,the carbon emissions of coal enterprises come from electricity consumption,terminal coal and coal-bed methane emissions,so the following measures should be implemented: improve the production effi ciency and shut down outdated production facilities,reduce coal consumption and use clean energy,coalbed methane should be rationally utilized,take measures to control and reduce carbon emissions,such as improving the capacity of ecological carbon sinks,etc.Based on the national and enterprise overall plans,the coal enterprises should divide the time nodes into three stages:the peak stage before 2030,the accelerated decarbonization stage between 2030 and 2050,and the decisive and achievable stage between 2050 and 2060.In these three stages,coal enterprises should reasonably formulate specifi c targets,regularly evaluate and promote them,so as to ensure the smooth completion of the task. Key words: carbon emission peak;carbon neutralization;coal enterprises;carbon emission sources;measures;time node 气候变化是21世纪全人类面临的重大挑战之一 [1] ，气候形 势关系着发展中国家的现代化进程、全世界的经济发展，乃至 人类的生存 [2] 。随着人类社会的飞速发展，以二氧化碳为主的 温室气体大量排放，使得全球气温逐渐上升。据国外学者研 究，按照目前的治理措施，到21世纪后半页，全球气温上升 幅度将达3.6摄氏度，大大突破《巴黎协定》规定的2摄氏度目 标 [3] ，全球变暖导致全世界范围内发生了冰川融化、海平面上 升、极端天气等恶性事件。面对如此严峻的气候形势，控制碳 排放量成为目前亟待解决的关键问题。目前，全球控制碳排放 主要以“碳中和”为目标，即采取措施使人为移除与人为排放 之间达到平衡，达到“净零排放”。 2020年9月22日，习近平总书记在第75届联合国大会上郑重 宣布“中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取 2060年前实现碳中和。”这一承诺意味着我国要在不到10年的 时间内实现碳达峰，再用30年实现碳中和。而我国目前是世界 上最大的发展中国家和碳排放国，2019年碳排放量占全球29%， 人均碳排放量比世界平均水平高46%，煤炭消费比重达58%。结 合我国的国情和目标来看，我国须在紧迫的时间内负担起艰巨 第一作者简介： 赵洁（1985-），男，本科，工程师，研究方向：环境保护. 通讯作者简介： 王蜜（1990-），女，本科，工程师，研究方向：环境保护、电气设备，邮箱：1165075509@qq.com. 专题与综述 - 147 - 的脱碳任务。 2021年3月18日，全球能源互联网发展合作组织在京举办 “中国碳达峰碳中和成果发布暨研讨会”，在国内首次提出通 过建设中国能源互联网实现碳减排目标的系统方案。根据会议 发布的研究成果，这一方案可简述为：以特高压电网做引领， 推进“两个替代”，实现“双主导”“双脱钩”，即推进能源 开发清洁替代和能源消费电能替代；实现能源生产清洁主导、 能源使用电能主导；能源电力发展与碳脱钩、经济社会发展与 碳排放脱钩。 煤炭行业作为主要的能源产业和重点减排产业，应积极响 应国家号召，结合企业现状制定出具体的碳达峰碳中和方案。 1 碳排放分析 以陕西陕煤澄合矿业有限公司为例，煤炭企业的碳排放主 要来自以下方面：（1）企业用电：在煤炭开采过程中，需要 使用各种运输和洗选设备，这些设备由电力驱动，同时，企业 的其他工业区、办公区、生活区也需要用电，而目前我国所使 用的电能主要以煤炭燃烧提供，发电过程会产生大量碳排放。 （2）终端用煤：由于在职人员对暖气和热水的需求，煤炭企业 一般配备锅炉设施，锅炉的能源一般由煤炭燃烧提供，煤炭燃 烧时会产生碳排放。（3）煤层气排放：煤炭开采过程中，常伴 随煤层气的排放，而煤层气的主要成分是甲烷，是温室气体的 一种，煤层气的排放也是碳排放的来源之一。 2 降低碳排放措施 根据碳达峰碳中和系统方案，结合煤炭企业碳排放情况， 应当实施以下方案：提高生产效率，淘汰落后产能；减少煤炭 消费，使用清洁能源；合理利用煤层气；提升生态碳汇能力。 2.1 提高生产效率，淘汰落后产能 在生产过程中充分采用采掘新技术，支护新工艺、新材 料以及电控、运输新设备，淘汰落后工艺、高耗能设备，践行 生产试点先行，利用成功后加快成果的广泛推广，以高工作效 率、高资源回收率、高质量、低成本的技术创新协同推进减污 降碳绿色高质量发展。 2.2 减少煤炭消费，使用清洁能源 煤炭消费主要来自两方面：锅炉用煤和电力产业用煤。 在锅炉用煤方面，应尽快寻找替代能源，与此同时，进行锅炉 设备升级，减少热量损耗，合理利用锅炉余热，并拆除部分锅 炉。在电力产业用煤方面，大力发展清洁能源发电产业，如生 物质发电产业、光伏发电产业、风力发电产业，地热能开发等 逐步替代传统煤电，减少煤炭消费。 2.3 合理利用煤层气 煤层气的主要成分是甲烷，是一种非常规的天然气，可作 为清洁能源被利用。在煤炭开采前对煤层气进行开采，不仅可 以降低煤矿对通风的需求，还可以合理利用资源，利用瓦斯发 电、供暖等降低碳排放量。 2.4 提升生态碳汇能力 提升生态碳汇能力，强化国土空间规划和用途管控，有效 发挥森林、草原、湿地、海洋、土壤、冻土的固碳作用，提升 生态系统碳汇增量。结合企业现状，可通过植树造林、煤矸石 回填等方法，降低碳“净排放量”。 3 减排目标 根据国家总体规划，实现碳达峰碳中和主要分三步走：第 一阶段尽早达峰（2030年前），重点是加快清洁能源的开发，压 控化石能源消费总量。第二阶段加速脱碳（2030-2050年），重 点是全面建成中国能源互联网，深入推进清洁替代和电能替代。 第三阶段全面中和（2050-2060年），重点是进一步发挥中国能 源互联网的带动作用，推进各行业、各领域深度脱碳。根据陕 西陕煤澄合矿业有限公司上级管理单位陕西煤业化工集团有限 公司部署，深入思考2030年以前我国碳排放达峰和2060实现碳 中和对高耗能产业的影响，所属纳入碳排放企业要加强碳排放 宣贯，充分利用国家相关碳排放政策，以市场导向研究探索绿 色技术创新体系，逐步推进减排和增绿“双轮驱动”工程，提 前研究采煤沉陷生态综合治理和既有林场增绿计划在碳交易中 的价值和作用，积极构建企业清洁生产体系，创建绿色示范企 业，加强煤矿瓦斯的综合利用，进一步推进企业节能降耗。 结合陕西陕煤澄合矿业有限公司自身发展规划，实现碳达 峰碳中和也应分三步走。 3.1 2030年前：尽快达峰阶段 一是积极响应国家号召，大力推进高效生产。利用切顶卸 压留巷新技术，提高资源回收率，并减少巷道万吨掘进率。在 前期陕西澄城董东煤业有限责任公司实验成功的基础上，继续 做好在条件适宜矿井的试行推广工作。进一步探索切顶卸压自 成巷技术，计划至2022年，在公司条件适宜的1-2个矿井开展相 关试点工作，实验成功后，做好在全公司的推广工作。全面提 升采掘工作效率，加大技术研发力度，推广应用先进技术和工 艺，和科研院校合作，不断推进快速掘进技术研究，确保半煤 岩巷和煤巷实现快速掘进，提高单进水平，逐渐探索出适合澄 合矿区条件的快速掘进参数、装备等技术路径。通过组建自有 高素质掘进队伍，达到提升人员素质、减少用工总量、提高掘 进效率，实现高质量发展目的。加强掘进技术和工艺研究，重 点开展巷道支护技术研究，科学合理避开采动压力的影响，提 高巷道支护质量和使用效率，减少无效进尺，争取一次设计、 一次支护、永不翻修，减少巷道维修工作量。积极打造“高产 高效”采煤工作面，通过更改顺槽支护方式、采用永磁电机带 式输送机、优化液压支架工作阻力设计、采用电液控系统、增 设破碎机提升破岩效率、探索采用无轨胶轮车辅助运输方式等 一系列重点举措，全力打造高产高效综采工作面。二是大力推 进高耗能设备淘汰替代工作，不增加煤电装机数量，加快老旧 机械设备、车辆更换清洁能源设备进度，在2030年前达到40% 更换率。三是加强矿井单位等重点用能单位用能管控，严格执 行能耗限额标准，建立企业能源资源使用管理体系，利用信息 化、数字化和智能化技术加强能源资源耗用的控制和监管，依 靠技术手段节能。四是在锅炉用煤方面，尽快寻找替代能源， 2018年以来，按照《陕西省铁腕治霾打赢蓝天保卫战三年行动 方案》要求，先后完成对矿区68台20 t/h以下燃煤锅炉进行空 气源热泵+电磁锅炉等形式清洁能源改造的基础上，加快建设 项目西卓煤矿采用热源泵技术回收矿井回风、矿井涌水、空压 专题与综述 - 148 - 机余热为矿井提供井口防冻、地面建筑供暖及常年性生活热水 方案比选，确保2022年实施完成并投入使用。五是大力发展新 能源发电业务，继续探索实施生物质发电项目、矿区闲置土地 或房屋顶光伏发电、黄龙山养殖基地风力发电，并逐步扩大规 模，争取在2030年替代50%的煤炭发电量。六是探索研究地热 能、低浓度瓦斯开发和利用，合理利用煤层气，争取在2030年 前至少2家矿井单位实现利用地热能供热供暖，尝试替代部分供 暖燃煤和电能消耗。七是通过清洁生产审核及绿色矿山建设提 升矿区碳生物捕集能力，不断提升矿区生态修复水平，年度塌 陷损毁治理率达到80%以上，提升生态碳汇能力，进行植树造 林、煤矸石回填等，在2030年前使矿区绿化率达70%，煤矸石回 填率达80%。八是在日常生活中进一步教育引导矿区职工家属绿 色低碳生活，少买不必要的衣服、少用或不用一次性餐具、节 约用水用电、生活垃圾分类处理、短途出行尽量骑自行车或步 行，2030年前绿色低碳生活方式在矿区得到普及。 3.2 2030-2050年：加速脱碳阶段 一是淘汰落后产能方面，将传统能源机械设备逐渐淘汰， 在2050年至少达到90%淘汰率，清洁能源设备使用占比90%以 上。二是能源资源耗用控制和监管信息化、数字化和智能化技 术在矿区普遍应用，矿区能源资源耗用明显下降。三是新能源 发电业务方面，在尽快达峰阶段的基础上继续发展，根据实际 情况重点发展更为实用的新能源发电产业，争取在2050年前替 代80%的煤电产量。四是地热能、低浓度瓦斯开发和利用技术 在矿区进一步推广应用，矿区供热供暖全部采用地热能；地热 能、低浓度瓦斯发电技术在矿区实施应用，争取在2050年前替 代矿区30%的煤电用量。五是调整公司产业结构，推动转型升 级，在壮大煤炭产业基础上，机械制造及材料加工产业、煤炭 气化产业、配售电业务等产业取得重要突破和持续推进，探索 实施煤炭清洁低碳安全高效利用技术。六是进一步提升矿区碳 生物捕集能力，矿区年度塌陷损毁治理率达到100%，生态系统 进一步优化，煤矸石充填率达90%以上。七是常规碳捕集技术在 矿区普遍应用，矿区烟囱、排气筒加装碳捕集装置捕集二氧化 碳，降低碳排放。 3.3 2050-2060年：决胜达标阶段 一是全面淘汰落后设备，将传统高耗能机械全面淘汰， 全面使用清洁能源设备。二是地热能、低浓度瓦斯发电等技术 在矿区进一步实施应用，煤炭开采过程中排放瓦斯利用达到 100%，力争在2050年前替代矿区80%的煤电用量。三是积极在矿 区开展绿色低碳技术创新成果转化，支持绿色技术创新。四是 加快新兴碳捕集技术在矿区的应用，在碳减排、碳封存、碳捕 集基础上，探索实施碳利用技术。五是推进矿区山水林田湖草 沙一体化保护和修复，注重综合治理、系统治理、源头治理， 进一步优化矿区碳生物捕集能力。通过以上措施，使碳捕集、 利用能力与碳排放量齐平，甚至超过碳排放量。 4 结语 综上，我国对国际社会承诺的碳达峰碳中和目标时间紧 迫、任务艰巨。煤炭企业应肩负起自身的责任和使命，积极响 应国家号召，从自身出发，分析碳排放的来源，设置具体措 施，跟紧国家步伐，逐步实现碳达峰碳中和的目标。 参考文献： [1]马 亮 ，林 坚 .我 国 健 康 城 市 发 展 的 关 键 要 素 [ J ] .人 民 论 坛 ，2 0 2 1（8）： 54-57. [2]柴麒敏.积极推进“碳达峰”行动与“碳中和”国家建设[J].中国机 关 后 勤 ，2 0 2 1（4 ）：3 4 - 3 5 . [3]刘慧，武海宝.国家“规训”资本是否可能——西方“绿色国家”理论 的 政 治 经 济 学 批 判[ J ] .云 南 社 会 科 学 ，2 0 2 1（ 2）：1 2 6 -1 3 5 . （上接第143页） 亚粘土、亚砂土在1～1.5 m潜水埋深条件下的潜水蒸发系 数为0.147～0.298，综合分析区域特征、气候条件和潜水埋深 等影响因素后取0.225，由于工业区大量修建厂房，有效入渗区 面积较小，调查后发现弱透水区域厂房与透水区的面积比例按 9：1设置比较合适，即综合当地气温、湿度、潜水埋深、植被 条件等信息，潜水蒸散量统一设置为0.000 1 m/d，蒸发极限埋 深设置为4 m。 3.3.2 溶质运移模拟 （1）数学模型 本模型的溶质运移数学模型拟设为第二类边界条件的均质 各向异性三维瞬态溶质运移模型，数学模型具体如下： （2）数值模型 根据地下水环境监测在线监测和实验室水质检测数据， COD、氨氮、总磷、总氮的初始浓度场由23个监测点浓度插值 生成。 4 结论 通过对台州市土壤（地下水）污染在线监测预测预警系 统的研究及实施，强化了台州市环境管理部门对于台州市土壤 （地下水）环境的监测监控能力，对加快推进台州市土壤（地 下水）污染防治数字化转型，建立健全覆盖污染源和环境质量 的园区土壤自动监测监控体系，提升园区土壤环境管控水平， 实现生态环境保护数字治理、精准治理、智能治理具有重大 意义。 参考文献： [1]张伟红.地下水污染预警研究[D].吉林大学，2007. [2]马晋.地下水污染风险评价及预警模型研究[D].成都理工大学，2019.