煤炭地下氣化開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

陳井瑞，楊瑞召，韓楓濤，許 超，孫夢(mèng)迪，張 昊

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)〈北京〉地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083)

0 引言

我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)國(guó)。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)，2022年我國(guó)煤炭總產(chǎn)量達(dá)到45.6億t，進(jìn)口量為2.9億t。同年，國(guó)內(nèi)能源消費(fèi)總量為54.1億t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤炭消費(fèi)占比達(dá)到56.2%[1-2]。煤炭在能源工業(yè)消費(fèi)中主要用于發(fā)電、鋼鐵和化工等行業(yè)，如圖1所示。與傳統(tǒng)的煤炭開(kāi)采方式相比，煤炭地下氣化技術(shù)(Underground Coal Gasification，UCG)作為一種清潔、低碳、安全、高效的新型能源獲取方式，日益受到人們的關(guān)注和重視。該技術(shù)利用深部煤炭資源進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，將煤炭轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w，可以降低煤炭開(kāi)采成本，減少環(huán)境污染和二氧化碳排放。據(jù)國(guó)際清潔能源委員會(huì)(IEA)統(tǒng)計(jì)，煤炭地下氣化技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的煤炭開(kāi)采方式可以將煤炭利用率提高到80%甚至更高，是一種非常有前景的清潔能源技術(shù)。

圖1 煤炭能源工業(yè)消費(fèi)結(jié)構(gòu)

筆者通過(guò)介紹我國(guó)煤炭地下氣化技術(shù)的研究歷程、發(fā)展目標(biāo)和相關(guān)政策，分析了開(kāi)發(fā)煤炭地下氣化技術(shù)在經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益等方面的影響，并使用PESTEL模型對(duì)煤炭地下氣化進(jìn)行綜合分析，以明確技術(shù)發(fā)展中的不利因素。最后，在分析結(jié)果的基礎(chǔ)上提出了技術(shù)、政策和環(huán)境3個(gè)方面的解決方案和政策性建議，以推動(dòng)我國(guó)煤炭地下氣化技術(shù)的發(fā)展。

1 煤炭地下氣化技術(shù)進(jìn)展

1.1 研究歷程

煤炭地下氣化是我國(guó)低碳高效煤炭能源結(jié)構(gòu)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力之一，可能成為彌補(bǔ)我國(guó)天然氣供需缺口的多元化途徑之一，在碳減排方面也具極大優(yōu)勢(shì)[3-4]。

早在1868年，德國(guó)科學(xué)家西門子(SIEMENS William)首次提出將地面氣化爐搬到地下煤礦直接氣化煤炭[5]。1888年，俄羅斯化學(xué)家門捷列夫(MENDELEEV Dmitri)提出了含有控制的、直接地下煤點(diǎn)火、鉆注入井和生產(chǎn)井的煤地下氣化(UCG)的基本工藝概念，奠定了該技術(shù)的基礎(chǔ)[6-7]。20世紀(jì)30～50年代，煤炭地下氣化技術(shù)在蘇聯(lián)得到了進(jìn)一步的研究和發(fā)展，成為其國(guó)家能源戰(zhàn)略的一部分[8-9]。1960-1980年，美國(guó)、英國(guó)、中國(guó)等也相繼開(kāi)始研究和開(kāi)發(fā)煤炭地下氣化技術(shù)。在這一時(shí)期，煤炭地下氣化技術(shù)取得了顯著的進(jìn)展，涌現(xiàn)出多種不同的氣化方法和工藝[10-11]。

21世紀(jì)以來(lái)，隨著環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的重要性日益凸顯，煤炭地下氣化技術(shù)逐漸受到關(guān)注[12]。在這一時(shí)期，美國(guó)、俄羅斯、加拿大、中國(guó)、澳大利亞等國(guó)家加大了對(duì)煤炭地下氣化技術(shù)的研究和應(yīng)用，致力于提高煤炭利用效率、降低環(huán)境影響。全球具有代表性的煤炭地下氣化示范項(xiàng)目見(jiàn)表1[13-14]。

表1 全球煤炭地下氣化技術(shù)示范項(xiàng)目

我國(guó)煤炭地下氣化技術(shù)的首次試驗(yàn)項(xiàng)目于1958年在山西展開(kāi)，隨后在內(nèi)蒙古和遼寧等地也進(jìn)行了一系列試驗(yàn)，但是由于技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)環(huán)境的限制，這些項(xiàng)目并未取得很大的成功；1980-1990年，我國(guó)對(duì)煤炭地下氣化技術(shù)進(jìn)行了全面的研究和推進(jìn)[15-16]；1984年，我國(guó)科技部啟動(dòng)了煤炭地下氣化的重點(diǎn)研究項(xiàng)目，推動(dòng)了技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，這一時(shí)期內(nèi)我國(guó)建立了多個(gè)試驗(yàn)基地和研究機(jī)構(gòu)，進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和研究工作[17-18]；2012年至今，隨著能源需求的不斷增長(zhǎng)(圖2)，我國(guó)加速了煤炭地下氣化技術(shù)的研發(fā)，推動(dòng)了多個(gè)大規(guī)模的煤炭地下氣化項(xiàng)目的建設(shè)，包括徐州馬莊、山東孫村煤礦和內(nèi)蒙古烏蘭察布等地[19-21]，同時(shí)也加強(qiáng)了對(duì)煤炭地下氣化技術(shù)的創(chuàng)新研究，提高了效率和環(huán)保性能[22-24]。

圖2 2012-2022年能源消費(fèi)總量及其增速

近年來(lái)，我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，部分民營(yíng)企業(yè)開(kāi)始從不同角度涉足煤炭地下氣化產(chǎn)業(yè)，例如制氫或制氣。這些企業(yè)在內(nèi)蒙古和新疆等地進(jìn)行了淺層煤炭地下氣化的前期研究和實(shí)踐。此外，一些大型石油和天然氣公司也積極考慮將煤炭地下氣化與自身的天然氣產(chǎn)業(yè)鏈相結(jié)合，以增加天然氣供給能力[25]。這些研究進(jìn)展將積極推動(dòng)我國(guó)煤炭地下氣化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1.2 發(fā)展目標(biāo)

根據(jù)中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)，煤炭資源的清潔高效利用一直是我國(guó)煤炭資源的發(fā)展目標(biāo)。中國(guó)工程院院士袁亮指出：“我國(guó)關(guān)閉/廢棄礦井中賦存煤炭資源量高達(dá)420億t。預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)廢棄礦井將達(dá)到1.5萬(wàn)處?！盵26-27]2005-2017年我國(guó)部分省(區(qū))廢棄礦井?dāng)?shù)量統(tǒng)計(jì)[28-29]如圖3所示。關(guān)閉/廢棄的礦井不僅會(huì)直接造成資源浪費(fèi)，導(dǎo)致20～30億元/礦的國(guó)有資產(chǎn)流失，而且還會(huì)誘發(fā)環(huán)境安全及社會(huì)問(wèn)題。

圖3 2005-2017年我國(guó)部分省(區(qū))廢棄礦井?dāng)?shù)量統(tǒng)計(jì)

在“綠水青山就是金山銀山”這一理念指導(dǎo)下，我國(guó)煤炭地下氣化技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)是提高能源利用效率、降低環(huán)境污染、提供清潔能源，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和能源安全[30-31]。

(1)提高能源利用效率。根據(jù)國(guó)家能源局的數(shù)據(jù)，我國(guó)煤炭開(kāi)采和洗選業(yè)的產(chǎn)能利用率2016年為59.5%，2017年提升至68.2%，2018年進(jìn)一步增加到70.6%。與此相比，煤炭地下氣化技術(shù)能夠直接在地下將煤炭資源轉(zhuǎn)化為合成氣，在理想條件下，其利用率可達(dá)80%以上(值得注意的是，實(shí)際應(yīng)用中的利用率可能因技術(shù)、地質(zhì)條件等眾多因素而有所不同)。因此，與2016-2018年的煤炭開(kāi)采利用率相比，煤炭地下氣化技術(shù)有潛力將煤炭開(kāi)采利用率提高10%～20%，達(dá)到80%或更高。煤炭地下氣化技術(shù)產(chǎn)生的煤氣可以用于發(fā)電、供熱和工業(yè)用途。相比傳統(tǒng)煤炭燃燒發(fā)電，煤炭地下氣化技術(shù)發(fā)電的煤氣利用效率可以提高10%～15%。然而，具體的數(shù)據(jù)和細(xì)節(jié)可能因?yàn)椴煌捻?xiàng)目和地區(qū)而有所差異。因此，仍有必要進(jìn)行更多的研究和實(shí)踐來(lái)全面評(píng)估和證明煤炭地下氣化技術(shù)的實(shí)際效果。

(2)降低環(huán)境污染。相對(duì)于傳統(tǒng)煤炭開(kāi)采和燃燒，煤炭地下氣化技術(shù)排放的污染物濃度和排放強(qiáng)度較低，有助于改善空氣質(zhì)量，減少二氧化硫、氮氧化物和顆粒物等大氣污染物的排放。

(3)提供清潔能源，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。煤炭地下氣化產(chǎn)生的煤氣可以作為清潔能源用于發(fā)電、供熱和工業(yè)用途，從而降低碳排放和溫室氣體排放，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型。

1.3 政策方針

2016年11月15日，國(guó)土資源部、國(guó)家發(fā)改委、工信部等制定了《全國(guó)礦產(chǎn)資源規(guī)劃(2016-2020年)》，指出力爭(zhēng)到2020年，基本建立完善的資源保障體系，基本形成綠色礦業(yè)發(fā)展模式，基本建成現(xiàn)代化礦業(yè)市場(chǎng)體系，有效提升礦業(yè)發(fā)展的效率，塑造資源安全與礦業(yè)發(fā)展新格局。2019年12月31日，自然資源部印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)礦產(chǎn)資源管理改革若事項(xiàng)的意見(jiàn)(試行)》(自然資規(guī)〔2019〕7號(hào))，指出要加強(qiáng)礦產(chǎn)資源的管理，優(yōu)化礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)、保護(hù)和利用。通過(guò)一系列措施，提高礦產(chǎn)資源的管理效能和資源利用效率，促進(jìn)礦業(yè)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的有機(jī)結(jié)合。2021年10月21日，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局和財(cái)政部等印發(fā)了《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃的通知》(發(fā)改能源等〔2021〕1445號(hào))。我國(guó)礦產(chǎn)資源利用主要政策文件見(jiàn)表2[32-36]。這些政策文件推動(dòng)了煤炭地下氣化技術(shù)的發(fā)展。然而，煤炭地下氣化技術(shù)發(fā)展仍需要在安全、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的前提下進(jìn)行，且需要不斷進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，以確保其實(shí)施過(guò)程中的安全性和可持續(xù)性。

表2 礦產(chǎn)資源利用主要政策文件及公告

2 煤炭地下氣化開(kāi)發(fā)利用效益

中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的《2022年中國(guó)煤炭工業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行報(bào)告》中指出：2022年，全國(guó)規(guī)模以上煤炭企業(yè)營(yíng)業(yè)收入4.02萬(wàn)億元，比2021年增長(zhǎng)19.5%；實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)收入1.02萬(wàn)億元，增長(zhǎng)44.3%；到12月末，應(yīng)收賬款 5 320.1億元，增長(zhǎng)23.1%，如圖4所示。我國(guó)承諾到2030年將煤炭消耗量減少100 Mt，二氧化碳減少180 Mt[37]，而煤炭地下氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)利用可以為我國(guó)煤炭行業(yè)在經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)等方面帶來(lái)一定的效益[38]。

圖4 2015-2022年全國(guó)規(guī)模以上煤炭企業(yè)營(yíng)收與利潤(rùn)

2.1 經(jīng)濟(jì)效益

首先，煤炭地下氣化技術(shù)可以利用深埋煤炭資源提供合成氣(Syngas)能源，增加能源供應(yīng)的多樣性和穩(wěn)定性，減少對(duì)進(jìn)口能源的依賴，這在一定程度上降低了能源價(jià)格波動(dòng)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的影響，同時(shí)保障了國(guó)家的能源供應(yīng)穩(wěn)定[39]；其次，煤炭地下氣化技術(shù)可以開(kāi)發(fā)利用難以開(kāi)采的煤炭資源，包括煤矸石、深埋煤層等，大大提高了資源利用率，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)煤炭行業(yè)的發(fā)展；最后，煤炭地下氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)利用促進(jìn)了煤化工、煤氣化、煤制烯烴等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高了產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

同時(shí)，投資建設(shè)煤炭地下氣化項(xiàng)目需要大量的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和相關(guān)配套設(shè)施，如輸氣管道、氣化工廠等，這將帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，提高當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平。2015-2022年全國(guó)煤炭采選業(yè)固定資產(chǎn)投資增速圖展示了在這一時(shí)期內(nèi)煤炭采選業(yè)固定資產(chǎn)投資的變化情況，反映出投資趨勢(shì)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的狀況，如圖5所示?？梢?jiàn)，2020-2022年煤炭采選業(yè)固定資產(chǎn)投資增速有所上升，這意味著在包括煤炭地下氣化項(xiàng)目在內(nèi)的新技術(shù)和項(xiàng)目投資方面存在積極動(dòng)態(tài)。這樣的增速是由于政策支持、市場(chǎng)需求增長(zhǎng)或?qū)μ岣呙禾啃屎铜h(huán)保目標(biāo)追求的反映。

圖5 2015-2022年全國(guó)煤炭采選業(yè)固定資產(chǎn)投資增速

以重慶市煤炭地下氣化示范項(xiàng)目為例，根據(jù)煤氣化的生產(chǎn)成本0.15～0.25元/m3、基建投資120～150元/m3計(jì)算，通過(guò)地下原位燃燒50萬(wàn)t/a煤炭，可以實(shí)現(xiàn)煤炭混合氣產(chǎn)量400萬(wàn)m3/d。其中，氫氣產(chǎn)量可達(dá)192萬(wàn)m3/d、甲烷80萬(wàn)m3/d、氮?dú)饧捌渌?萬(wàn)m3/d等，發(fā)電量168萬(wàn)kWh/d。將氫氣、甲烷價(jià)格及電價(jià)分別按1.078 8、2.868 0元/m3及0.396 4元/kWh估算，通過(guò)銷售氫氣、甲烷、電等可實(shí)現(xiàn)年銷售收入約14.35億元。年運(yùn)行總成本包括年固定成本、投資攤銷年費(fèi)用和年生產(chǎn)成本等，其中，年固定成本和投資攤銷年費(fèi)用需根據(jù)具體的項(xiàng)目情況而定，此處按7億元/a估算，單位生產(chǎn)成本按0.2元/m3估算，可得年運(yùn)行總成本約9億元。綜上所述，項(xiàng)目預(yù)計(jì)年平均實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)超5億元。

2.2 環(huán)境效益

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)煤炭及煤制氣生產(chǎn)企業(yè)在保護(hù)生態(tài)環(huán)境和降低大氣污染方面承擔(dān)著重要的責(zé)任[40]。而煤炭地下氣化技術(shù)可以產(chǎn)生氫氣、甲烷和電等綠色能源產(chǎn)品，拓寬了煤炭清潔化利用渠道，推動(dòng)清潔能源的發(fā)展，并將產(chǎn)生的二氧化碳輸送并回注到已經(jīng)采空的天然氣氣田中，不產(chǎn)生任何碳和污染物排放，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程碳中和。此外，煤炭地下氣化技術(shù)還可以減少傳統(tǒng)煤炭開(kāi)采對(duì)地表水資源和土地的占用，降低礦井排水和礦山廢棄物的產(chǎn)生，從而降低環(huán)境和生態(tài)破壞的風(fēng)險(xiǎn)，提高能源的可持續(xù)性。這些都將緩解我國(guó)因使用煤炭資源導(dǎo)致的大氣污染以及煤炭開(kāi)采對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供了一條全新的途徑。

2.3 社會(huì)效益

煤炭地下氣化的開(kāi)發(fā)能夠?yàn)榻?jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和新型城鎮(zhèn)化建設(shè)增添一份力量，并對(duì)于相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展具有推動(dòng)作用。在開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，需要大量的專業(yè)人才和技術(shù)工人，可以提供就業(yè)機(jī)會(huì)，促進(jìn)就業(yè)增長(zhǎng)和社會(huì)穩(wěn)定。在建設(shè)的過(guò)程中，需要大量的配套設(shè)施和裝備，可以帶動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。在運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中，可以增加地方財(cái)政收入，改善當(dāng)?shù)鼐用竦纳钏?。但需要指出的是，在推?dòng)煤炭地下氣化技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，需要制定嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和管理措施，確保技術(shù)的安全性和可持續(xù)性。同時(shí)，需要加強(qiáng)公眾參與和信息透明，促進(jìn)社會(huì)的理解和支持。

3 煤炭地下氣化技術(shù)開(kāi)發(fā)存在的問(wèn)題

利用PESTEL模型對(duì)煤炭地下氣化技術(shù)進(jìn)行了分析。PESTEL模型涵蓋了政治(P)、經(jīng)濟(jì)(E)、社會(huì)(S)、技術(shù)(T)、環(huán)境(E)、法律(L)等多個(gè)方面[41]，可以確保對(duì)煤炭地下氣化技術(shù)開(kāi)發(fā)存在的問(wèn)題進(jìn)行全面、系統(tǒng)的分析，能夠幫助深入了解煤炭地下氣化技術(shù)開(kāi)發(fā)的問(wèn)題，并提出有效的解決方案。

3.1 政治因素分析

“十四五”期間，我國(guó)將加快推進(jìn)煤炭行業(yè)科技創(chuàng)新和效率效益的發(fā)展，這一時(shí)期對(duì)煤炭地下氣化技術(shù)的進(jìn)步是至關(guān)重要的[42-43]。我國(guó)的能源政策和發(fā)展規(guī)劃為煤炭地下氣化技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用提供了強(qiáng)大的支持和廣闊的應(yīng)用前景。通過(guò)推進(jìn)煤炭地下氣化等清潔能源技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，不僅可以優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率，還能助力實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。

盡管政府出臺(tái)了一系列有利于推進(jìn)煤炭地下氣化開(kāi)發(fā)利用的政策措施，但仍需要開(kāi)發(fā)先進(jìn)的技術(shù)來(lái)支持煤炭地下氣化項(xiàng)目的實(shí)施，同時(shí)也面臨著巨大的投資風(fēng)險(xiǎn)。因此，政府需要加大對(duì)開(kāi)發(fā)煤炭地下氣化的資金投入，推動(dòng)煤炭地下氣化實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。目前，美國(guó)、加拿大、澳大利亞、中國(guó)等在財(cái)政支持、法規(guī)和許可制度、專項(xiàng)資金、研發(fā)和創(chuàng)新技術(shù)等方面展開(kāi)了實(shí)質(zhì)性措施。但是，煤炭地下氣化的開(kāi)發(fā)可能涉及到土地征用和搬遷等問(wèn)題，容易引起當(dāng)?shù)鼐用竦牟粷M和抵制。地方政府在推進(jìn)煤炭地下氣化項(xiàng)目時(shí)，需要解決社會(huì)穩(wěn)定和民生問(wèn)題，平衡各方利益，避免引發(fā)社會(huì)矛盾和不穩(wěn)定因素。

3.2 經(jīng)濟(jì)因素分析

煤炭地下氣化技術(shù)目前在經(jīng)濟(jì)方面存在著高成本、能源市場(chǎng)不穩(wěn)定、風(fēng)險(xiǎn)投資難題和技術(shù)難題等問(wèn)題。煤炭地下氣化技術(shù)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本較高，難以與傳統(tǒng)煤炭開(kāi)采技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。能源市場(chǎng)的價(jià)格波動(dòng)和需求變化可能直接影響其經(jīng)濟(jì)效益，在能源需求增速下降、能源價(jià)格整體下降的背景下，煤炭地下氣化技術(shù)的應(yīng)用面臨著“如何生產(chǎn)出最為經(jīng)濟(jì)的煤氣”的挑戰(zhàn)。另一方面，由于技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較高，會(huì)使得吸引風(fēng)險(xiǎn)投資變得困難。

3.3 社會(huì)因素分析

近30年來(lái)，我國(guó)在信息技術(shù)、生物醫(yī)藥、新能源等高新技術(shù)領(lǐng)域培養(yǎng)了大量科學(xué)家、工程師和技術(shù)人員，但對(duì)煤炭地下氣化的開(kāi)發(fā)利用未給予足夠重視。煤炭地下氣化技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜的工藝，需要具備高水平的技術(shù)和專業(yè)知識(shí)。然而，相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)和教育程度的不足，使得專業(yè)技術(shù)人員難以更好地掌握煤炭地下氣化技術(shù)所需的知識(shí)和技能。由于煤炭地下氣化技術(shù)還處于發(fā)展初期，對(duì)于新興技術(shù)和創(chuàng)新有著強(qiáng)烈的需求，特別是在多學(xué)科的合作和交叉這一部分，如礦業(yè)工程、化學(xué)工程、環(huán)境科學(xué)等，然而目前多學(xué)科合作的機(jī)制和平臺(tái)相對(duì)不完善，缺乏有效的溝通和合作機(jī)會(huì)。這導(dǎo)致了不同學(xué)科領(lǐng)域的專業(yè)人才無(wú)法充分協(xié)同，在一定程度上限制了煤炭地下氣化技術(shù)的發(fā)展。

3.4 技術(shù)因素分析

一項(xiàng)技術(shù)是在經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)室研究階段、中試階段、示范工程階段、商業(yè)化階段才能達(dá)到成熟。煤炭地下氣化技術(shù)在國(guó)內(nèi)還未達(dá)到商業(yè)化階段，仍然處于實(shí)驗(yàn)室研究和示范工程階段。盡管已經(jīng)有一些煤炭地下氣化示范項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)建設(shè)，但規(guī)模仍較小，存在一些技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的限制，因此，技術(shù)成熟度的挑戰(zhàn)和問(wèn)題仍然存在。另外，在煤炭地下氣化項(xiàng)目建設(shè)的過(guò)程中，相關(guān)的技術(shù)包括“U”型井鉆完井技術(shù)、點(diǎn)火技術(shù)、穩(wěn)定控制工藝、監(jiān)測(cè)技術(shù)、環(huán)保技術(shù)等應(yīng)用尚需完善，國(guó)內(nèi)對(duì)于煤炭地下氣化涉及到一系列特殊的設(shè)備的供應(yīng)能力尚且不足，例如，用于初期點(diǎn)燃煤層的點(diǎn)火系統(tǒng)、用于過(guò)濾合成氣的氣體凈化系統(tǒng)和用于安全監(jiān)測(cè)的傳感器或報(bào)警系統(tǒng)等。相關(guān)設(shè)備的供應(yīng)商數(shù)量有限，這直接導(dǎo)致設(shè)備的供應(yīng)周期較長(zhǎng)，項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度受到影響。如果設(shè)備無(wú)法滿足技術(shù)要求，可能會(huì)導(dǎo)致工藝效果不理想，影響項(xiàng)目的運(yùn)行和產(chǎn)出。

3.5 環(huán)境因素分析

近年來(lái)，我國(guó)非常重視環(huán)境問(wèn)題治理，發(fā)布了《水污染防治法》《大氣污染防治法》《“十四五”重點(diǎn)流域水環(huán)境綜合治理規(guī)劃的通知》(發(fā)改地區(qū)〔2021〕1933號(hào))等一系列保護(hù)政策[44-46]。煤炭地下氣化雖然在一定意義上有助于碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，但在氣化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的溫室氣體(CO2、CH4)，對(duì)氣候變化和全球暖化產(chǎn)生負(fù)面影響。同時(shí)，煤炭地下氣化需要大量的水參與氣化反應(yīng)。這會(huì)對(duì)水資源相對(duì)緊缺的地區(qū)造成資源壓力。同時(shí)，廢水排放中可能含有高濃度的有害物質(zhì)，如重金屬和有機(jī)化合物，對(duì)水質(zhì)造成污染。煤炭地下氣化涉及對(duì)地下煤層的開(kāi)采和氣化過(guò)程，可能會(huì)對(duì)周圍的地質(zhì)環(huán)境帶來(lái)不利影響，如地表沉降、地下空洞和地震等。煤氣化過(guò)程中會(huì)殘留部分未被氣化的碳和重金屬等，如果沒(méi)有進(jìn)行妥善處理和處置，會(huì)對(duì)土壤和水資源造成污染，對(duì)礦區(qū)和周邊生態(tài)環(huán)境的產(chǎn)生破壞[47-48]。

3.6 法律因素分析

目前，關(guān)于煤炭資源管理與利用的法律主要有《中華人民共和國(guó)礦產(chǎn)資源法》和《中華人民共和國(guó)煤炭法》。同時(shí)，為促進(jìn)煤炭地下氣化技術(shù)的科學(xué)實(shí)施、合理開(kāi)發(fā)和有效保護(hù)，國(guó)家相關(guān)部門及地方政府還根據(jù)這2部法律制定了相關(guān)法律法規(guī)和意見(jiàn)，如國(guó)家能源局等提出的《關(guān)于促進(jìn)煤炭安全綠色開(kāi)發(fā)和清潔高效利用的意見(jiàn)》、國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的《積極穩(wěn)妥推進(jìn)煤炭清潔高效利用，為高質(zhì)量發(fā)展提供安全綠色的能源保障》、以及大同市政府發(fā)布的《大同市煤炭資源保護(hù)辦法》等地方法規(guī)。這些法律法規(guī)文件等為煤炭地下氣化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供了根本遵循，有助于有序的環(huán)境保護(hù)和資源開(kāi)發(fā)利用，確保相關(guān)項(xiàng)目的可持續(xù)性和安全性。但是，我國(guó)仍缺乏專門針對(duì)煤炭地下氣化方面的法律規(guī)范文件。這會(huì)導(dǎo)致在項(xiàng)目實(shí)施地過(guò)程中，相關(guān)法律的適用性和指導(dǎo)性不夠明確，存在法律空白和模糊的情況。這可能導(dǎo)致一些煤炭地下氣化項(xiàng)目在技術(shù)規(guī)范和環(huán)境保護(hù)等方面存在監(jiān)管的漏洞和不足。

4 發(fā)展對(duì)策與解決方案

“十四五”時(shí)期，我國(guó)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，必須堅(jiān)持以新發(fā)展理念為指導(dǎo)，深入實(shí)施“四個(gè)革命、一個(gè)合作”的能源安全新戰(zhàn)略，推動(dòng)煤炭工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型，積極面對(duì)新挑戰(zhàn)，發(fā)揮煤炭保障能源安全的基礎(chǔ)作用，助推煤炭工業(yè)清潔利用高質(zhì)量發(fā)展[49]。煤炭地下氣化技術(shù)的未來(lái)發(fā)展需要綜合考慮技術(shù)研究、環(huán)境保護(hù)、安全管理等因素，注重技術(shù)創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)煤炭地下氣化技術(shù)在能源供應(yīng)和環(huán)境保護(hù)方面的雙重效益[50]。

4.1 技術(shù)研究

(1)加強(qiáng)技術(shù)研究和創(chuàng)新。繼續(xù)加大對(duì)煤炭地下氣化技術(shù)的研究和創(chuàng)新投入，開(kāi)展基礎(chǔ)理論研究、工程實(shí)踐與示范項(xiàng)目，并探索新的煤炭地下氣化技術(shù)路線和解決方案。重點(diǎn)關(guān)注技術(shù)安全性、高效性、環(huán)保性和可持續(xù)性等方面的問(wèn)題，以提高煤炭地下氣化技術(shù)的整體水平。

(2)推進(jìn)工程實(shí)踐與示范項(xiàng)目。加強(qiáng)與實(shí)際工程項(xiàng)目的合作，建立煤炭地下氣化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用平臺(tái)。通過(guò)在不同地質(zhì)條件下的示范項(xiàng)目，驗(yàn)證和完善煤炭地下氣化技術(shù)的可行性和適應(yīng)性，積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)數(shù)據(jù)，為技術(shù)的推廣和商業(yè)化提供支持。

(3)探索低碳排放技術(shù)。加強(qiáng)煤炭地下氣化技術(shù)與二氧化碳捕集、利用與儲(chǔ)存(CCUS)技術(shù)的結(jié)合，探索低碳排放的煤炭地下氣化技術(shù)路徑。研發(fā)和應(yīng)用新型吸附劑、催化劑和反應(yīng)條件，實(shí)現(xiàn)煤炭氣化過(guò)程中二氧化碳的高效捕集和利用，減少向大氣的排放，為實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

(4)加強(qiáng)人才培養(yǎng)。需要加強(qiáng)煤炭地下氣化技術(shù)領(lǐng)域的人才培養(yǎng)和教育，推動(dòng)相關(guān)教育機(jī)構(gòu)開(kāi)設(shè)專門的培訓(xùn)課程。建立跨學(xué)科的合作機(jī)制和平臺(tái)，通過(guò)行業(yè)、企業(yè)、院校合作，形成本科-碩士-博士連續(xù)性、跨學(xué)科的潔凈煤工程科技人才培養(yǎng)通道，促進(jìn)不同領(lǐng)域的專業(yè)人才之間的交流和合作[51]。同時(shí)，政府和企業(yè)可以提供更多的獎(jiǎng)勵(lì)和支持，吸引人才投身于煤炭地下氣化技術(shù)研究和應(yīng)用。

4.2 政策完善

(1)完善政策支持與法律保障。為減輕企業(yè)負(fù)擔(dān)，政府應(yīng)完善礦業(yè)權(quán)出讓政策。建議在煤炭資源豐富的省份先行開(kāi)展合理的實(shí)驗(yàn)性方案，對(duì)出讓煤炭資源所獲得的收益率進(jìn)行合理的設(shè)置；對(duì)以申請(qǐng)?jiān)谙鹊姆绞饺〉玫牡V業(yè)權(quán)，應(yīng)充分考慮企業(yè)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)勘查應(yīng)得收益。資源出讓收益金繳納方面，應(yīng)按當(dāng)年動(dòng)用儲(chǔ)量計(jì)算繳納，減少企業(yè)付現(xiàn)壓力。

(2)優(yōu)化辦理流程。為推動(dòng)規(guī)劃環(huán)評(píng)與國(guó)土空間“多規(guī)合一”，應(yīng)優(yōu)化煤礦建設(shè)項(xiàng)目手續(xù)辦理流程，使規(guī)劃環(huán)評(píng)具備科學(xué)的約束性指標(biāo)，能夠直接指導(dǎo)和規(guī)范項(xiàng)目建設(shè)。這樣可以更好地適應(yīng)市場(chǎng)化的煤炭資源配置，提升規(guī)劃環(huán)評(píng)的作用和效果。

(3)加強(qiáng)安全管理和監(jiān)控。加強(qiáng)煤炭地下氣化項(xiàng)目的安全管理和監(jiān)控，建立完善的安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程。加強(qiáng)對(duì)地下氣化過(guò)程中的地質(zhì)災(zāi)害、氣體爆炸、地下水污染等風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別和評(píng)估，采取有效的監(jiān)測(cè)和預(yù)警措施，確保煤炭地下氣化項(xiàng)目的安全運(yùn)行。

(4)加強(qiáng)國(guó)際合作與交流。建議建立國(guó)際合作機(jī)制、參與國(guó)際合作項(xiàng)目、舉辦國(guó)際會(huì)議和研討會(huì)、建立國(guó)際交流平臺(tái)，學(xué)習(xí)借鑒國(guó)際經(jīng)驗(yàn)和措施以促進(jìn)煤炭地下氣化技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，加速技術(shù)的推廣和應(yīng)用，提高我國(guó)煤炭地下氣化技術(shù)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和影響力，實(shí)現(xiàn)煤炭地下氣化技術(shù)在全球范圍內(nèi)的可持續(xù)發(fā)展。

4.3 環(huán)境保護(hù)

在煤炭地下氣化項(xiàng)目的規(guī)劃和實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)措施的制定和執(zhí)行，確保項(xiàng)目對(duì)水源、土壤和大氣等環(huán)境要素的影響控制在合理范圍內(nèi)。采取有效的廢棄物處理和廢水處理技術(shù)，減少對(duì)周邊環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性。

(1)嚴(yán)格環(huán)境監(jiān)管。建立健全的法律法規(guī)體系，制定嚴(yán)格的環(huán)境監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)和措施，監(jiān)測(cè)和評(píng)估煤炭地下氣化項(xiàng)目對(duì)環(huán)境的影響。加強(qiáng)監(jiān)管力度，確保煤炭地下氣化項(xiàng)目在環(huán)境保護(hù)方面的合規(guī)性和可持續(xù)性。

(2)強(qiáng)化水資源管理。氣化過(guò)程中會(huì)涉及大量的水資源利用。加強(qiáng)對(duì)水資源的監(jiān)控和管理，確保合理利用和節(jié)約用水。采用水資源回收和再利用技術(shù)，尤其在水資源相對(duì)匱乏的地區(qū)，要最大限度地減少對(duì)地下水的開(kāi)采，減輕水資源壓力。

(3)推進(jìn)廢棄物處理與利用。煤炭地下氣化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量廢棄物和排放物。加強(qiáng)廢棄物的分類、處理和利用，采用環(huán)保技術(shù)和設(shè)備，減少?gòu)U棄物對(duì)環(huán)境的影響。推動(dòng)廢棄物的資源化利用，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

(4)強(qiáng)化環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與應(yīng)對(duì)。在煤炭地下氣化項(xiàng)目的規(guī)劃和實(shí)施過(guò)程中，對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面評(píng)估和預(yù)測(cè)。制定應(yīng)對(duì)策略和措施，加強(qiáng)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的管控和應(yīng)急準(zhǔn)備，確保UCG技術(shù)的安全和環(huán)保性。

(5)加強(qiáng)公眾參與與信息公開(kāi)。加強(qiáng)與公眾的溝通和互動(dòng)，提高公眾對(duì)煤炭地下氣化技術(shù)的認(rèn)知和參與度。開(kāi)展公眾教育和宣傳活動(dòng)，加強(qiáng)環(huán)境信息的公開(kāi)和透明度，促進(jìn)公眾對(duì)環(huán)境保護(hù)的關(guān)注和監(jiān)督。

5 結(jié)論

(1)“十四五”期間，我國(guó)煤炭行業(yè)主要集中在科技創(chuàng)新和效率效益的發(fā)展。開(kāi)發(fā)利用煤炭地下氣化技術(shù)具有潛在的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，可以促進(jìn)投資和就業(yè)，減少溫室氣體排放。但目前我國(guó)的煤炭地下氣化技術(shù)還未達(dá)到商業(yè)化階段，仍然處于實(shí)驗(yàn)室研究和示范工程階段。

(2)我國(guó)出臺(tái)了一系列與煤炭能源開(kāi)發(fā)利用相關(guān)的政策，但關(guān)于煤炭地下氣化的特殊政策很少。國(guó)際合作和交流對(duì)于推動(dòng)煤炭地下氣化技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要，通過(guò)學(xué)習(xí)借鑒國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)展合作研究和項(xiàng)目，可以共同解決技術(shù)和環(huán)境問(wèn)題，促進(jìn)煤炭地下氣化技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用。

(3)煤炭地下氣化技術(shù)在實(shí)施過(guò)程中仍面臨著諸多挑戰(zhàn)。例如，地質(zhì)條件適宜性評(píng)估和選擇、點(diǎn)火過(guò)程的控制、排放控制等。要實(shí)現(xiàn)我國(guó)煤炭地下氣化的發(fā)展目標(biāo)，我國(guó)政府首先要做的就是提供技術(shù)上的支持，包括加強(qiáng)技術(shù)研究和創(chuàng)新、推進(jìn)關(guān)鍵裝備與技術(shù)研發(fā)等；其次就是要完善政策支持，加強(qiáng)安全管理和監(jiān)控；最后要加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，確保煤炭地下氣化項(xiàng)目對(duì)水源、土壤和大氣等環(huán)境要素的影響控制在合理范圍內(nèi)。

(4)煤炭地下氣化技術(shù)具有潛在的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)施過(guò)程中仍面臨著諸多挑戰(zhàn)。加強(qiáng)國(guó)內(nèi)高校-企業(yè)-能源公司的交流、國(guó)際合作以及建立環(huán)境保護(hù)措施，可以推動(dòng)煤炭地下氣化技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源開(kāi)發(fā)和環(huán)境保護(hù)的雙贏。