西北地區(qū)煤礦與新能源融合發(fā)展實施路徑研究

張少鋒，李佳瑞，曹語涵，湯效平，王茲堯

(1.華電煤業(yè)集團(tuán)有限公司，北京 100044；2.華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州 310030)

根據(jù)《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》規(guī)劃，中國致力于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，加大清潔能源的開發(fā)利用，這使得西北地區(qū)的煤礦與新能源融合發(fā)展成為時代發(fā)展的必然選擇[1]。該地區(qū)不僅擁有豐富的煤炭資源，而且具有得天獨厚的新能源發(fā)展條件。通過煤礦與新能源的有效融合，不僅能促進(jìn)地區(qū)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級，還能加快實現(xiàn)碳排放減少的目標(biāo)，對于實現(xiàn)煤炭開采行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型高質(zhì)量發(fā)展，創(chuàng)建“零碳”礦山，助力國家實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要意義。

國內(nèi)外學(xué)者針對煤礦與新能源融合發(fā)展模式開展了研究工作：Ampah提出可以用可再生能源和化石燃料組成的獨立系統(tǒng)，并通過使用電力可再生能源混合優(yōu)化模型，對擬建項目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會可行性進(jìn)行了模擬[2]。王雙明等人建立了富煤地區(qū)能源生產(chǎn)和供應(yīng)單元的異構(gòu)能量流耦合模型，提出了富煤地區(qū)MCIES的能源管理和優(yōu)化邏輯方法及運行模式，論證了產(chǎn)煤地區(qū)大規(guī)模開發(fā)新能源的可行性[3]。

目前，國家正在推進(jìn)以先進(jìn)產(chǎn)能煤礦、清潔高效煤電為支撐的穩(wěn)定可靠新能源供給消納體系建設(shè)[4-6]，但大多數(shù)研究側(cè)重于理論層面或特定地區(qū)的案例分析，而針對中國西北地區(qū)特殊環(huán)境和經(jīng)濟(jì)背景的煤炭與新能源融合發(fā)展的研究仍然不足。西北地區(qū)煤礦與新能源融合的發(fā)展，不僅涉及技術(shù)層面的創(chuàng)新，還涉及政策制定、經(jīng)濟(jì)效益分析、環(huán)境影響評估等多方面的問題[7]。因此，開展這一領(lǐng)域的深入研究，對于指導(dǎo)煤炭企業(yè)發(fā)展、制定相關(guān)政策、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)具有重要意義。

1 西北地區(qū)資源開發(fā)與政策分析

1.1 煤礦資源分布

西北地區(qū)作為中國煤炭資源的重要儲備區(qū)，擁有豐富的煤炭資源[8]。其中陜西省以儲量豐富、煤質(zhì)優(yōu)良著稱，尤其是榆林地區(qū)，被譽為“金三角”之一，煤炭普遍具有高熱值、低硫、低灰分的特點，適用于電力、化工等行業(yè)的需求。內(nèi)蒙古自治區(qū)以大型露天礦和井工礦為主，儲量巨大，煤種齊全，煤炭以其適中的熱值和較低的污染物排放特點受到市場青睞。新疆地區(qū)的煤炭資源分布廣泛，尤其在準(zhǔn)噶爾盆地和塔里木盆地，煤炭資源潛力巨大，其煤炭以大塊煤、少灰分和低硫含量著稱，適合各種工業(yè)用途[9]。

1.2 新能源資源分布

西北地區(qū)的新能源資源擁有顯著的分布優(yōu)勢[10，11]。寧夏、青海和新疆等地的年日照時數(shù)大于3000 h，年均輻射量約為5900 MJ/m2。新疆是中國大陸最豐富的風(fēng)能資源區(qū)之一，風(fēng)能儲量達(dá)3.9×108kW。據(jù)不完全估算，我國西北部區(qū)域煤礦可用于建設(shè)光伏發(fā)電項目面積約3840 km2，可規(guī)劃建設(shè)近1.92億千瓦裝機(jī)。結(jié)合煤礦所在區(qū)域光照資源條件，利用采煤沉陷區(qū)閑置土地資源，統(tǒng)籌推進(jìn)光伏發(fā)電與生態(tài)修復(fù)，將是煤炭與新能源耦合發(fā)展的重要途徑。

1.3 煤礦用能特征

根據(jù)國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)，2020年，我國煤炭生產(chǎn)能源消費總量為1.0066×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國能源消費總量49.8×108t標(biāo)準(zhǔn)煤的2.02%。我國井工煤礦原煤產(chǎn)量占原煤總產(chǎn)量的84.33%，其能耗分布電力占70%、煤炭占25%、油品占5%。此外，煤礦的加工和洗選過程也是能源密集型的，需要大量的電力來支持煤炭的破碎、分選和洗滌等工序。露天煤礦是我國煤炭工業(yè)重要組成部分，占全國煤礦總產(chǎn)能的17.8%。在煤炭露天開采的柴油消耗占總能耗的80%～90%，其他能耗為冬季采暖使用的煤炭和開采過程中電鏟、鉆機(jī)等設(shè)備的電耗。依賴于化石燃料，特別是煤炭自身和石油產(chǎn)品的用能方式在過去支撐了煤炭產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，但同時也帶來了諸多環(huán)境問題，如溫室氣體排放、空氣污染等。隨著全球氣候變化和環(huán)境保護(hù)意識的提高，煤礦行業(yè)面臨著低碳轉(zhuǎn)型的壓力，需要尋找更清潔、更可持續(xù)的能源解決方案[12]。

未來，新能源的支撐將成為煤礦用能的重要特點。隨著新能源技術(shù)的發(fā)展和成本的降低，利用太陽能、風(fēng)能等可再生能源來替代部分傳統(tǒng)能源將成為可能。例如利用采煤沉陷區(qū)、關(guān)閉退出煤礦、工業(yè)場地、排矸場等空間資源和配套設(shè)施，積極發(fā)展有規(guī)模有效益的風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能地?zé)崮?、氫能等新能源；利用廢棄礦井因地制宜發(fā)展抽水蓄能和壓縮空氣儲能，合理配置新型儲能[13]，用多種措施逐步提高綠色用能比重，優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)，降低噸煤生產(chǎn)的二氧化碳排放量。

1.4 政策分析

煤炭礦區(qū)建設(shè)新能源項目得到了國家相關(guān)部委的積極支持與引導(dǎo)。2022年1月30日，國家能源局關(guān)于印發(fā)《以沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)為重點的大型風(fēng)電光伏基地規(guī)劃布局方案》的通知(發(fā)改基〔2022〕195號文)，提出到2030年在陜北、寧夏、蒙西鄂爾多斯、晉北采煤沉陷區(qū)規(guī)劃建設(shè)0.37億千瓦的新能源項目。2022年5月30日，國家發(fā)展改革委在《關(guān)于促進(jìn)新時代新能源高質(zhì)量發(fā)展的實施方案》政策解讀文件中指出：“在基地規(guī)劃建設(shè)運營中，要推動煤炭和新能源優(yōu)化組合，鼓勵煤電與新能源企業(yè)開展實質(zhì)性聯(lián)營?！?022年11月11日國家發(fā)改委、國家能源局下發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)利用采煤沉陷區(qū)發(fā)展光伏等新能源有關(guān)工作的通知》(發(fā)改辦振興(2022)632號文)和《關(guān)于促進(jìn)新時代新能源高質(zhì)量發(fā)展的實施方案》(國辦函〔2022〕39號)，進(jìn)一步推進(jìn)采煤沉陷區(qū)新能源發(fā)展。2023年11月15日，自然資源部發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)綠色礦山建設(shè)的通知(征求意見稿)》以推動礦業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展，全面推進(jìn)綠色礦山建設(shè)。

根據(jù)一系列政策措施，可以看出政府高度重視西北地區(qū)煤礦與新能源相互協(xié)作實現(xiàn)資源的互補(bǔ)和共贏發(fā)展。同時，政府還提出了加快推進(jìn)大型風(fēng)電光伏發(fā)電基地建設(shè)的要求為西北地區(qū)提供了發(fā)展新能源的重要契機(jī)。在基地規(guī)劃建設(shè)運營方面也提出推動煤炭和新能源優(yōu)化組合，鼓勵煤電與新能源企業(yè)開展實質(zhì)性聯(lián)營，以實現(xiàn)更高效、更可持續(xù)的能源供應(yīng)。

2 技術(shù)路徑分析

現(xiàn)階段煤炭生產(chǎn)重心進(jìn)一步向沙漠、荒漠、戈壁地貌較廣的西部地區(qū)集中，煤礦布局與大型風(fēng)電光伏基地布局趨于一致，煤炭、煤電、新能源協(xié)同互補(bǔ)優(yōu)勢更為明顯，一體化實施的條件也更為齊備?，F(xiàn)階段依托煤炭礦區(qū)發(fā)展新能源的主流技術(shù)路徑包含以供應(yīng)綠電為代表的分布式光伏、集中式光伏、集中式風(fēng)電和以供熱為代表的太陽能供熱及風(fēng)能制熱。

2.1 分布式光伏

目前分布式光伏系統(tǒng)技術(shù)日益成熟，通常采用單晶硅光伏組件和組串式逆變器，然后并入內(nèi)部380 V低壓電網(wǎng)，或者通過變壓器升壓后并入內(nèi)部10.5 kV或其他電壓等級中壓電網(wǎng)[14，15]。電能消納方式可以采用“全部自發(fā)自用”、“余電上網(wǎng)”等模式。如華電蒙泰不連溝煤業(yè)有限責(zé)任公司產(chǎn)能1800萬t，2021年啟動分布式光伏項目建設(shè)，利用工業(yè)廣場辦公樓、餐廳、公寓樓、洗煤車間、物流園屋頂面積約68997 m2，建設(shè)6 MW的分布式光伏項目，共安裝540 Wp單晶硅光伏組件11210塊。項目采用“全部自發(fā)自用”模式。據(jù)測算，按照25 a運行期測算，年均發(fā)電量為830.47萬kW·h，年均利用小時數(shù)1384 h，25 a總發(fā)電量約為20761.8萬kW·h，開啟了煤礦綠電供應(yīng)的序幕。

為提升礦區(qū)分布式光伏建設(shè)質(zhì)量與運維水平，需在如下技術(shù)方向持續(xù)提升：一是研究分布式光伏礦區(qū)供電技術(shù)方案與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，實現(xiàn)分布式光伏的全礦負(fù)荷供電；二是積極開展輕質(zhì)組件示范，提高工業(yè)廣場裝機(jī)容量；三是推進(jìn)光伏建筑一體化技術(shù)路線；四是根據(jù)煤礦區(qū)域多塵少水特點，開發(fā)光伏板節(jié)水自動清洗裝置；五是根據(jù)礦區(qū)特點開發(fā)光伏系統(tǒng)智能管控與無人值守技術(shù)[16]。

2.2 集中式光伏

我國集中式光伏的開發(fā)和運營技術(shù)，總體上處于國際先進(jìn)水平。但受區(qū)域自然環(huán)境、地質(zhì)條件、開采方式和土地性質(zhì)等多重因素影響，煤礦沉陷區(qū)建設(shè)生態(tài)光伏需綜合考慮采空區(qū)塌陷特性、光伏建設(shè)方式、生態(tài)修復(fù)方式等多種因素疊加的相互作用。

早在2015年我國就開始了以光伏治理采煤沉陷區(qū)的相關(guān)探索。如山西大同采煤沉陷區(qū)100萬kW光伏示范基地2016年建成并網(wǎng)發(fā)電。近年來又涌現(xiàn)出一批生態(tài)光伏項目，如鄂爾多斯市伊金霍洛旗采煤沉陷區(qū)50萬kW生態(tài)治理光伏發(fā)電項目，包含光伏+生態(tài)治理+草畜一體化。項目將采煤沉陷區(qū)約4萬畝土地進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)修復(fù)，在生態(tài)修復(fù)完成后實施“光伏+”項目，以農(nóng)牧光互補(bǔ)，實現(xiàn)“一草兩用”，增加牧草產(chǎn)量的同時可防風(fēng)固沙、改善水源涵養(yǎng)，推動優(yōu)質(zhì)牧場建設(shè)，使生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益最大化。經(jīng)初步測算，如西北礦區(qū)集中式光伏實施率達(dá)到100%覆蓋，采煤沉陷區(qū)預(yù)計可建光伏裝機(jī)將達(dá)到1.92億kW裝機(jī)容量，按光伏發(fā)電1200 h、火電機(jī)組碳排放0.828 kg/kW·h核算，將實現(xiàn)碳減排1.91億t二氧化碳，占煤礦生產(chǎn)碳排放的32.2%。

借鑒已實施礦區(qū)生態(tài)光伏建設(shè)經(jīng)驗，根據(jù)礦區(qū)特點，礦區(qū)生態(tài)光伏實施需在如下三方面持續(xù)提升[17]。一是優(yōu)化光伏支架結(jié)構(gòu)，提高至1.2 m以上以利植被種植，選擇可回收材料以減少環(huán)境污染，并考慮復(fù)雜地形適用的大跨度支架。二是開展生態(tài)環(huán)境與安全監(jiān)測。可結(jié)合場址區(qū)實際情況應(yīng)用變形監(jiān)測、植被監(jiān)測、水沙監(jiān)測及治理效果等監(jiān)測技術(shù)，建立監(jiān)測體系以支持生態(tài)保護(hù)和防患措施。三是構(gòu)建光伏+生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)，保護(hù)現(xiàn)有植被并在光伏列陣間種植本地灌木，實現(xiàn)生態(tài)與經(jīng)濟(jì)雙重效益。

2.3 集中式風(fēng)電

與光伏相似，我國風(fēng)電開發(fā)和運營技術(shù)也處于國際先進(jìn)水平。截止2022年底，風(fēng)電裝機(jī)容量約3.654億kW，已連續(xù)13年穩(wěn)居全球第一；2020年全球前十大風(fēng)機(jī)商中，中國公司占據(jù)七席，陸上風(fēng)電6.7 MW風(fēng)機(jī)已并網(wǎng)發(fā)電，13 MW抗臺風(fēng)型海上風(fēng)電機(jī)組已成功制造，為實施礦區(qū)集中式風(fēng)電項目建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)。

與在采煤沉陷區(qū)建設(shè)光伏相比，建設(shè)風(fēng)電項目對地質(zhì)穩(wěn)定性、壓覆礦及土地屬性和風(fēng)資源要求更高[18，19]。例如，經(jīng)過對華電甘肅萬勝礦業(yè)有限公司礦區(qū)范圍內(nèi)資源的分析，可選擇無煤區(qū)建設(shè)總?cè)萘繛?0 MW的風(fēng)電。隨著風(fēng)電技術(shù)成熟度的提升，建造成本的快速下降，及年利用小時數(shù)優(yōu)勢(通常高于2000 h)，風(fēng)電近期受到更多的關(guān)注，但在開展沉陷區(qū)風(fēng)電項目的同時，需特別關(guān)注風(fēng)電選址復(fù)雜性和環(huán)保的問題。

2.4 太陽能供熱

由于煤礦總供熱負(fù)荷與生活熱水負(fù)荷差異較大，其中需要全年供熱的生活熱水只占全部供熱負(fù)荷不到20%，其余為冬季采暖和井筒保溫用供熱負(fù)荷。如煤礦全部采用太陽能集熱，其中受到季節(jié)性用熱不平衡因素的影響，高比例太陽能供熱系統(tǒng)的將造成非采暖期的太陽能系統(tǒng)閑置問題。為了降低季節(jié)性用能差異對太陽能供熱系統(tǒng)保證率的影響，近年來，基于長周期儲熱的及區(qū)域綜合能源系統(tǒng)構(gòu)建的太陽能長期儲熱供熱技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注與發(fā)展，以有效推進(jìn)太陽能的夏熱冬用以及四季利用，提升太陽能供熱系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。太陽能跨季節(jié)儲熱供熱系統(tǒng)一般由太陽能集熱器、跨季節(jié)儲熱系統(tǒng)、輔燃鍋爐、緩沖水箱、板式換熱器、水泵、閥門等組成。太陽能集熱器負(fù)責(zé)捕獲太陽輻射能并轉(zhuǎn)換為熱能，然后通過有效的熱交換系統(tǒng)將熱量轉(zhuǎn)移到儲熱系統(tǒng)中?？缂竟?jié)儲熱系統(tǒng)能夠在高溫條件下長時間存儲熱能，減少熱能在非采暖季節(jié)的損失。輔燃鍋爐在供熱需求較低的季節(jié)用來保持系統(tǒng)的最低運行溫度，確保供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。緩沖水箱起到調(diào)節(jié)和穩(wěn)定熱能供應(yīng)的作用，以應(yīng)對供熱需求的波動?？偟膩碚f，太陽能跨季節(jié)儲熱供熱系統(tǒng)的發(fā)展，不僅解決了傳統(tǒng)太陽能供熱系統(tǒng)面臨的季節(jié)性限制，也為能源效率的提升和可持續(xù)能源利用提供了新的可能性，有助于推動能源結(jié)構(gòu)的綠色轉(zhuǎn)型和碳減排目標(biāo)的實現(xiàn)。

2.5 風(fēng)能制熱

近年來，隨著風(fēng)電行業(yè)高速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用逐漸廣泛。由于我國北方冬季供暖需求和風(fēng)速呈正季節(jié)相關(guān)性，將風(fēng)電技術(shù)和熱泵系統(tǒng)聯(lián)合供暖可降低棄電和碳排放，受到了廣泛的關(guān)注和發(fā)展。風(fēng)能供熱技術(shù)分為間接制熱技術(shù)與直接制熱技術(shù)。間接制熱技術(shù)是先將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，然后?jīng)過某種方式轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，具有便利性的?yōu)勢，但由于轉(zhuǎn)變路徑長，能源利用率低，投資大，且易對接入電網(wǎng)造成沖擊。通過風(fēng)力機(jī)傳動鏈直接驅(qū)動壓縮機(jī)的風(fēng)能直接制熱技術(shù)可解決上述風(fēng)能間接制熱技術(shù)的問題。風(fēng)能直接制熱技術(shù)通過風(fēng)機(jī)葉片捕獲風(fēng)能，將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，經(jīng)過增速齒輪箱將轉(zhuǎn)速提高到壓縮機(jī)適合運行轉(zhuǎn)速下，拖動熱泵系統(tǒng)的壓縮機(jī)做功。目前中國科學(xué)院工程熱物理研究所已在河北省涿鹿縣黃帝城小鎮(zhèn)建立了100 kW風(fēng)熱機(jī)組供熱供冷示范，打造了國內(nèi)第一臺成熟風(fēng)力機(jī)拖動的風(fēng)熱機(jī)組，通過測試獲得了風(fēng)熱機(jī)組的運行特性規(guī)律，明確了風(fēng)速、風(fēng)輪、熱泵之間的能量轉(zhuǎn)換規(guī)律，及風(fēng)能與制熱量之間的關(guān)系。

2.6 礦用智能微網(wǎng)系統(tǒng)

隨著新能源占比不斷提升，新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建和礦區(qū)范圍內(nèi)新能源建設(shè)的推進(jìn)，為保障煤礦供電安全、高效、低碳和經(jīng)濟(jì)運行，需構(gòu)建以國家電網(wǎng)、煤礦新能源、應(yīng)急備用電源、煤礦用電負(fù)荷及智能管控系統(tǒng)等為主體的礦用智能微網(wǎng)系統(tǒng)，積極助力新能源占比不斷提升的新型電力系統(tǒng)構(gòu)建。開展煤礦智能用電研究，在保障一類負(fù)荷安全供電前提下，根據(jù)礦用智能微網(wǎng)在不同季節(jié)、天氣、時間段的系統(tǒng)運行特性和煤礦地區(qū)不同時段的峰谷平電價結(jié)構(gòu)，通過人工智能和大數(shù)據(jù)賦能，實施動態(tài)監(jiān)測與智能調(diào)控，減少新能源棄光/棄風(fēng)率，優(yōu)化用電功率曲線；提高積極推進(jìn)煤礦用電側(cè)需求管理，開展煤礦機(jī)電設(shè)備響應(yīng)靈活性研究和工序生產(chǎn)的調(diào)變性；調(diào)整煤礦生產(chǎn)作業(yè)組織順序，將用電量最大的生產(chǎn)班次安排在電力充裕、電價較低的時間段；通過生產(chǎn)端用電與分布式發(fā)電的柔性調(diào)整，實現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)低碳供電。

3 煤礦與新能源融合創(chuàng)建“零碳礦山”

所謂“零碳礦山”，是指在評價邊界內(nèi)，直接或間接產(chǎn)生的二氧化碳排放總量，在一定周期內(nèi)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、利用可再生能源、提高終端能源消費電氣化率、開展數(shù)智化能源管理等方式實現(xiàn)能源供應(yīng)清潔化和能源利用高效化，盡最大可能減少生產(chǎn)、服務(wù)過程中產(chǎn)生的溫室氣體排放量，對于無法避免的排放量應(yīng)采用碳抵消的方式實現(xiàn)碳元素“零排放”。在此以小紀(jì)汗煤礦為例介紹煤炭企業(yè)通過融合新能源實現(xiàn)“零碳礦山”創(chuàng)建的案例。

3.1 “零碳礦山”建設(shè)條件

小紀(jì)汗煤礦地處陜西省榆林市城西12 km，屬溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候。本地區(qū)太陽總輻射量為5935.2 MJ/m2，逐月太陽總輻射量數(shù)值在287.7～703.9MJ/m2之間，屬于B類太陽能資源“很豐富區(qū)”，具備較好的新能源開發(fā)前景。區(qū)境呈不規(guī)則平行四方形，最北端為小壕兔鄉(xiāng)公合補(bǔ)兔村，最西端為紅石橋鄉(xiāng)沙漩灣村，最東端為大河塔鎮(zhèn)蘆家鋪村，最南端為鎮(zhèn)川鎮(zhèn)八塌灣村。南北最長距離124 km，東西最寬距離128 km，總面積7053 km2，部分區(qū)域具備較好的光伏建設(shè)條件。

根據(jù)小紀(jì)汗煤礦碳排放數(shù)據(jù)核算，全年碳排放量約為20.9萬t(CO2當(dāng)量)，其中凈購入電力對應(yīng)的CO2排放占比63.6%，井工開采CH4逃逸排放占比15.7%，燃料燃燒CO2排放13.07%。目前小紀(jì)汗正在實施低碳供熱改造，項目建成后預(yù)計可可減少CO2排放2.4萬t。剩余18.5萬t CO2需要新能源產(chǎn)生綠電中和，按照小紀(jì)汗區(qū)域光伏建設(shè)條件和光資源，預(yù)計需要142 MWp光伏裝機(jī)容量。

3.2 礦區(qū)新能源建設(shè)分析

小紀(jì)汗煤礦2022年率先啟動屋頂分布式光伏項目，目前礦區(qū)6 MWp正在建設(shè)，項目建成投產(chǎn)后全年可實現(xiàn)綠電供應(yīng)895.6萬kW·h，與相同發(fā)電量的火電相比，減少排放溫室效應(yīng)氣體CO2約7451.4 t。

目前正在策劃采煤沉陷區(qū)集中式生態(tài)光伏建設(shè)，含200 MWp生態(tài)光伏、1200畝樟子松防護(hù)林和40 MW/40 MW·h磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)。工程建成后年均發(fā)電量約為31442.57萬kW·h，年減排CO2約為26.14萬t。目前項目已完成可行性研究報告，正在推進(jìn)建設(shè)工作。

200 MWp采煤沉陷區(qū)集中式生態(tài)光伏建成時，小紀(jì)汗煤礦不僅可實現(xiàn)“零碳礦區(qū)”建設(shè)，每年還可以減排約8.38萬t的溫室氣體排放，實現(xiàn)“負(fù)碳”園區(qū)。

4 煤炭與新能源融合發(fā)展對策建議

近年來，國家相繼出臺了一系列政策措施，為推進(jìn)煤炭與新能源融合發(fā)展指明了方向，行業(yè)層面、企業(yè)層面也正在積極推動落實，并取得了積極成效；技術(shù)也在日趨成熟。但從煤炭企業(yè)看，由于思想認(rèn)識不完全一致、政策配套還有待加強(qiáng)、標(biāo)準(zhǔn)體系還處于起步等多方面因素，還需要進(jìn)一步多向發(fā)力、多措并舉，實現(xiàn)各項工作更加向縱深推進(jìn)。

4.1 研究系統(tǒng)性的指導(dǎo)意見

目前，針對煤炭與新能源融合發(fā)展，各方主要關(guān)注煤炭的利用方面，如煤炭發(fā)電、煤電與新能源耦合發(fā)電、煤制氫等，對煤炭企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)與新能源統(tǒng)籌協(xié)同的研究較少；同時，由于煤炭企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品屬于高碳能源，一般認(rèn)為與新能源距離較遠(yuǎn)，對于新能源融合發(fā)展重視程度參差不齊，工作推進(jìn)上存在淺嘗輒止、不求深入的現(xiàn)象。煤礦作為生產(chǎn)能源的工業(yè)企業(yè)，同時也是能源消耗企業(yè)，在雙碳目標(biāo)背景下，與新能源的深入結(jié)合方面不應(yīng)缺席，也不能缺席。建議有關(guān)方面從加強(qiáng)行業(yè)指導(dǎo)著手，強(qiáng)化頂層設(shè)計和統(tǒng)籌謀劃，研究涵蓋煤礦生產(chǎn)、伴生資源利用、塌陷區(qū)新能源發(fā)展、土地復(fù)墾綠化等各環(huán)節(jié)的煤炭新能源融合發(fā)展思路，指引煤炭企業(yè)進(jìn)一步統(tǒng)一思想、提高認(rèn)識，調(diào)動各煤礦積極性和主動性，充分利用各自條件、發(fā)揮各自優(yōu)勢，推進(jìn)煤炭企業(yè)更加綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展。

4.2 細(xì)化針對性的支持措施

《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出，創(chuàng)新礦區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，探索利用采煤沉陷區(qū)、露天礦排土場、廢棄露天礦坑、關(guān)停高污染礦區(qū)發(fā)展風(fēng)電、光伏發(fā)電、生態(tài)碳匯等產(chǎn)業(yè)?！蛾P(guān)于促進(jìn)新時代新能源高質(zhì)量發(fā)展實施方案》強(qiáng)調(diào)，支持在采煤沉陷區(qū)等礦區(qū)開展具有生態(tài)保護(hù)和修復(fù)效益的新能源項目。煤礦企業(yè)在治理生產(chǎn)造成的土地塌陷中，需要給予當(dāng)?shù)鼐用裱a(bǔ)償，并對塌陷區(qū)進(jìn)行平整和生態(tài)修復(fù)，具備同步規(guī)劃建設(shè)光伏項目的有利條件。但由于在新能源指標(biāo)獲取方面尚無差異化的支持政策，目前生態(tài)修復(fù)和新能源發(fā)展有機(jī)結(jié)合的程度還有待進(jìn)一步提高。建議針對煤礦企業(yè)采煤沉陷區(qū)新能源發(fā)展，研究更為具體的措施，支持煤礦企業(yè)新能源項目取得建設(shè)用地、配置新能源指標(biāo)、納入項目建設(shè)庫、列入年度開發(fā)方案等，為煤礦企業(yè)發(fā)展新能源創(chuàng)造條件。

4.3 開展引領(lǐng)性的技術(shù)創(chuàng)新

煤炭企業(yè)利用新能源和伴生能源總體水平偏低，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展有的還處于起步階段。適用于煤礦工業(yè)廣場和采煤沉陷區(qū)的新能源技術(shù)，特別是適用于煤礦的智能微電網(wǎng)技術(shù)還在探索研發(fā)階段。建議結(jié)合煤礦生產(chǎn)特點，針對性的研究煤炭與新能源融合發(fā)展技術(shù)，通過研發(fā)計劃、揭榜掛帥、產(chǎn)學(xué)研融合等多種方式，重點突破煤礦新能源發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)、新能源發(fā)電與煤礦供電系統(tǒng)智能微網(wǎng)等技術(shù)，不斷為煤炭綠色低碳專項發(fā)展提供支撐。

4.4 健全約束性的標(biāo)準(zhǔn)體系

煤炭與新能源融合發(fā)展屬新課題，現(xiàn)有與之接近或相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)有能耗等級與限額、能效評價等，主要包括設(shè)計規(guī)范、相關(guān)監(jiān)測和計算方法，覆蓋面和深度不能完全支撐新形勢下的新要求。下一步，要結(jié)合技術(shù)創(chuàng)新和示范應(yīng)用進(jìn)展，不斷健全與煤礦企業(yè)發(fā)展新能源相適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系，通過建立認(rèn)證機(jī)制、發(fā)布先進(jìn)技術(shù)裝備目錄以及強(qiáng)制約束等，引導(dǎo)支持企業(yè)采用先進(jìn)技術(shù)和工藝，開展新能源、伴生能源高效利用和用能用電系統(tǒng)智能化改造，持續(xù)加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)約束和引導(dǎo)。

4.5 創(chuàng)建導(dǎo)向性的示范項目

煤炭企業(yè)探索新能源融合發(fā)展，主要是貫徹新發(fā)展理念、助力實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。結(jié)合煤炭企業(yè)特點，重點要在生產(chǎn)環(huán)節(jié)實施與新能源融合，引導(dǎo)開展清潔能源替代，降低單位產(chǎn)品碳排放，對于無法避免的排放可采用碳匯、碳交易等方式實現(xiàn)抵消，逐步通過建設(shè)低碳、零碳礦山示范項目，引領(lǐng)形成新的能源消費模式。具體可根據(jù)煤礦各方面條件，優(yōu)先選取適宜的大型現(xiàn)代化煤礦開展工程示范，以點帶面、循序漸進(jìn)，倡導(dǎo)和培育區(qū)域或行業(yè)層面的煤炭、新能源融合發(fā)展新業(yè)態(tài)，推進(jìn)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

5 結(jié) 論

本研究針對西北地區(qū)煤礦與新能源融合發(fā)展的實施路徑進(jìn)行了深入分析，得出結(jié)論如下：

(1)西北地區(qū)具有豐富的煤炭資源和新能源潛力，可在工業(yè)廣場和采煤沉陷區(qū)布局實施分布式光伏、集中式光伏、集中式風(fēng)電、太陽能供熱及風(fēng)能制熱等新能源工程。

(2)通過節(jié)能降耗可有效降低煤炭企業(yè)的碳排放，但其降低程度有限，“零碳礦山”創(chuàng)建離不開新能源與煤礦的融合發(fā)展。

(3)煤礦與新能源融合發(fā)展需要技術(shù)路徑、管理創(chuàng)新與碳市場三重突破。