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“双碳”背景下煤炭生产企业碳减排路径研究

祖秉辉 李长松

祖秉辉, 李长松. “双碳”背景下煤炭生产企业碳减排路径研究[J]. 矿业科学学报, 2024, 9(3): 464-474. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.015
引用本文: 祖秉辉, 李长松. “双碳”背景下煤炭生产企业碳减排路径研究[J]. 矿业科学学报, 2024, 9(3): 464-474. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.015
ZU Binghui, LI Changsong. Research on carbon emission reduction pathways for coal production enterprises to meet the "dual carbon" targets[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2024, 9(3): 464-474. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.015
Citation: ZU Binghui, LI Changsong. Research on carbon emission reduction pathways for coal production enterprises to meet the "dual carbon" targets[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2024, 9(3): 464-474. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.015

“双碳”背景下煤炭生产企业碳减排路径研究

doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.015
基金项目: 

辽宁省教育厅项目 LJ2017QL025

辽宁省科技厅项目 2022-MS-395

中煤科工集团信息技术有限公司科研项目 22-2117

中国神华能源股份有限公司神东煤炭分公司科技项目 20-2117

详细信息
    作者简介:

    祖秉辉(1983—),男,河北秦皇岛人,博士,讲师,硕士生导师,主要从事煤炭行业低碳与数字化转型方面的研究工作。E-mail:zbh6984179@163.com

  • 中图分类号: TD82

Research on carbon emission reduction pathways for coal production enterprises to meet the "dual carbon" targets

  • 摘要:

    当前“双碳”大环境下,煤炭生产企业急需改变行业碳排放量较高的现状。从煤炭产品特点、开采流程、涉排类型等视角,分析了煤炭生产企业的碳减排潜力。在煤炭生产装备方面,提出了应用先进清洁技术、升级改造生产设备、实施能效管理策略等技术发展路径;在煤炭生产技术方面,从煤炭的勘探、采掘、洗选、监测四方面给出了具体的技术升级路线;在物流与人员管理方面,针对碳排放高的原因,提出更新新能源车辆、应用智慧平台进行物流管理,对于矿区人员生活办公则提出更新用能设备的降碳路径;在企业碳排放捕集封存技术方面,则从煤炭采掘、洗选过程碳捕集技术、煤与瓦斯共采碳捕集技术、碳封存方式四方面提出企业技术发展建议。全面构建煤炭生产企业的碳减排技术路径,帮助行业尽早达峰,尽快中和。

  • 图  1  煤炭生产、加工流程

    Figure  1.  Coal production and processing

    图  2  煤炭产品流向分布

    Figure  2.  Distribution of coal products

    图  3  煤炭生产企业涉排范围

    Figure  3.  Scope of emissions from coal production enterprises

    图  4  煤炭开采碳排放源

    Figure  4.  Sources of carbon emissions from coal mining

    图  5  煤炭生产过程碳减排路径

    Figure  5.  Carbon emission reduction pathways in coal production process

    图  6  智能管理平台功能模块逻辑

    Figure  6.  Functional module of the intelligent management platform

    图  7  煤矿减碳技术图谱

    Figure  7.  Map of carbon reduction technology in coal mines

    图  8  煤炭生产企业碳捕集技术原理

    Figure  8.  Mechanism of carbon capture technology by coal production enterprises

    表  1  煤炭生产企业碳排放量及分析

    Table  1.   Analysis on carbon emissions of coal production enterprises

    涉排环节 碳排放分析 碳排放量
    开采   ①伴随煤炭开采产生的气体二氧化碳、甲烷等产生的碳排放;
      ②能源原煤、柴油、汽油以及电和水的使用产生的碳排放,其中对原煤、柴油、汽油的消耗为直接碳排放源,电能和水资源的使用是间接碳排放源
      2021年我国煤炭开采过程碳排放总量大致为230 Mt[10],可视为开采环节的碳排放潜力
    洗选   洗选环节碳排放主要发生在选煤厂的粉筛破碎、入洗分选、煤泥回收、浮精/尾煤回收、介质回收、产品脱水/干燥、产品运输、设备维护等主要用能单元在运行时产生的碳排放   研究采用吨煤电耗碳排放强度24.9 kg/t[11]、以2021年1—10月公开大型企业选煤总量,核算得出2021年全国选煤环节碳排放21.911Mt二氧化碳
    运输   煤炭生产与消费具有地理空间异质性,依靠铁路、公路、水路等运输环节实现调配,不可避免地消耗油气等,产生碳排放   根据发改委《煤炭行业年度发展报告》中的煤炭运输量,与《中国煤炭工业年鉴》中煤炭总调运量,核算2021年该环节碳排放量4.17 Mt[12]
    生活办公   生活和办公设施所消耗的电能,以及冬季供暖所消耗的煤炭等产生的碳排放   根据《国际能源管理体系标准(ISO50001)》中的换算规则,按照生活、办公区域每日消耗100度电换算,核算该环节单矿区一年的碳排放量约为30 t二氧化碳,按照2022年全国大型露天煤矿357处计算,核算得该环节排放10 710 t二氧化碳
    非可控   矿区非受控自燃现象产生碳排放(煤层自燃、煤层气自燃、煤矸石自燃)   根据中国矿业大学的统计数据,每年燃烧的煤炭数量约为13 Mt;根据IPCC列出的碳排放系数清单,测算出大致的碳排放量为37.18 Mt二氧化碳,可视为该环节的减碳潜力
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    表  2  煤炭生产设备减碳技术升级路径

    Table  2.   Carbon reduction pathways for coal production equipments

    生产环节 生产装备 碳排放分析 减排路径
    煤炭开采   采煤机,转载机,破碎机,乳化液泵站,凿岩机,掘进机,装载机,刨煤机等[14-16]   主要碳排放来自设备的电能、油品消耗排放及生产用水带来的碳排放,即排放源为原煤、电能、油品等   更新和改造生产装备,提高运行效率。例如,通过引入新型节能煤炭采掘设备减少能源消耗和碳排放;通过实施能效管理策略,如合理安排设备运行时间、优化设备运行参数等,减少碳排放
    煤炭洗选   筛分机,破碎机,分选机,脱水机,运输机等[17]   主要碳排放来自生产过程中电能、油品等的消耗   在洗选设备中引入清洁能源技术,如太阳能、风能等,减少对电能的依赖,减少碳排放;
    采用高效节能的洗选设备,如高效煤炭洗选设备、节能干燥设备等,降低单位产品碳排放
    矿井运输   推土机,输送机,平板车,翻车机,卸车机,轨道衡,皮带秤等[18-19]   使用燃油、柴油或煤炭作为动力,产生CO2和其他气体的直接排放;使用电力提供动力,产生的间接碳排放   更新矿井智能用电设备;
    实施能效管理策略,使用节能设施,合理安排设备运行
      矿井辅助设备   通风机,排水机,空压机,提升系统等[20]   使用燃油、柴油或天然气等作为燃料提供动力,产生CO2和其他气体的碳排放;维持设备的运转消耗电能,产生的间接碳排放   采用高效节能的矿井辅助设备,如高效通风设备、节能抽放设备等提高能源利用效率,降低单位产品碳排放;
    更新智能节能设备,如智能矿井检测系统,提高设备利用效率
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-08-29
  • 修回日期:  2024-03-16
  • 刊出日期:  2024-06-30

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