?2021年4月至今，山西電力現(xiàn)貨市場已連續(xù)平穩(wěn)試運行一年多時間，是國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)內(nèi)啟動試運行時間最早、結(jié)算試運行時間最長、市場主體類型最全的雙邊電力現(xiàn)貨市場

?鋼-焦-化-氫、煤-焦-化-氫、煤-焦-碳素、煤-焦-精細化工、高硫煤清潔利用油化電熱一體化等低碳產(chǎn)業(yè)鏈日益完善

確保能源安全繞不開煤炭供應。在新能源快速發(fā)展的當下，去年煤電依然貢獻了六成的發(fā)電量。今年上半年，全國規(guī)模以上企業(yè)煤炭產(chǎn)量21.94億噸，同比增長11%，連續(xù)5個月保持兩位數(shù)快速增長。

【資料圖】

煤炭，既是億萬年前經(jīng)歷滄海桑田褪去綠色的“植物精靈”，又是深埋地底飽含太陽光輝的“光明使者”。統(tǒng)籌抓好煤炭清潔低碳發(fā)展、多元化利用、綜合儲運，加快綠色低碳技術攻關，持續(xù)推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，山西不斷提升煤炭增產(chǎn)保供的“含綠量”。

綠色開采：尋求資源開發(fā)和生態(tài)保護最優(yōu)解

在山西省古交市的屯川河畔，一條500多米長的輸煤走廊將原煤洗選產(chǎn)生的洗中煤、煤泥等副產(chǎn)品直接輸往附近電廠，轉(zhuǎn)化為電能。在屯川河對面的山上，一條兩公里長的藍色管道蜿蜒而上，將電廠排出的粉煤灰運至山頂，再通過管道注入400多米深的井下采空區(qū)，置換出傳統(tǒng)采煤工藝采不出的資源，最大限度避免地面沉陷。

兩條管道形成一個綠色循環(huán)。這是山西焦煤集團所屬的屯蘭礦和古交電廠合作推進的一項綠色開采技術——充填開采。

傳統(tǒng)采煤工藝下，機械轟鳴聲中，數(shù)以萬噸計的原煤被源源不斷地運至地面。層層重壓下，井下采空區(qū)巖石下落，原有的地質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到破壞，地面沉陷難以避免，巖層斷裂還容易造成地下水流失。一項調(diào)研顯示，每開采1噸煤就要損耗2.48噸水。此外，采煤產(chǎn)生劣質(zhì)煤、煤矸石，也加重了礦區(qū)環(huán)境治理負擔。過去，煤礦眼看著河道下的資源無法開采，還要為采空區(qū)治理等問題發(fā)愁；燃煤發(fā)電產(chǎn)生的大量粉煤灰也需要電廠妥善處置。

“通過充填開采，去年往井下充填粉煤灰86萬噸，多采出優(yōu)質(zhì)焦煤118萬噸，還為電廠節(jié)省粉煤灰處置費用2200多萬元?！蓖吞m礦副總工程師王艾軍說，綠色開采不僅減少了環(huán)境影響，還可大幅延長礦井開采年限。

作為不可再生資源，煤炭綠色開采就是要實現(xiàn)資源開發(fā)利用的最優(yōu)化、生態(tài)環(huán)境影響的最小化。早在2013年，國家能源局、財政部等四部門就曾印發(fā)《煤礦充填開采工作指導意見》，要求通過開采技術創(chuàng)新，促進資源開發(fā)和生態(tài)保護協(xié)調(diào)發(fā)展。

2019年起，產(chǎn)煤大省山西試點推進煤礦綠色開采，并出臺減免資源稅等一系列支持政策。截至目前，山西已建成綠色開采試點煤礦32座。潞安化工集團高河煤礦達到了“矸石零排放、地面零沉降、水體零破壞”的標準；山西焦煤集團東曲煤礦創(chuàng)建了“地面不見矸石山、無矸石外排”的模式；山西義棠煤業(yè)保水開采實現(xiàn)帶壓區(qū)安全開采，保護奧灰水不受破壞；晉能控股集團成莊煤礦煤與瓦斯共采填補了高瓦斯礦區(qū)綠色開采行業(yè)空白。

與此同時，煤礦智能化建設加快推進。截至目前，山西已建成22座智能化煤礦、548處智能化采掘工作面，有23座煤礦實現(xiàn)5G入井，智能化采掘工作面減人比例達到30%左右，智能化煤礦產(chǎn)能占全省生產(chǎn)煤礦總產(chǎn)能的40%以上。

今年5月，山西進一步提出，將持續(xù)探索煤炭綠色開采技術路線，推動智能化、云計算、5G和物聯(lián)網(wǎng)技術與綠色開采充分融合，提高綠色開采效率。

國網(wǎng)山西電力調(diào)度控制中心 受訪企業(yè)供圖

瓦斯利用：從高濃度到超低濃度吃干榨凈

煤炭開采本身不會排放大量碳，碳排放主要集中在煤炭利用環(huán)節(jié)。但在采掘過程中，與煤伴生的瓦斯既是一種非常規(guī)天然氣，也是一種強烈的溫室氣體。瓦斯的主要成分為甲烷，其溫室效應是二氧化碳的20多倍。減少煤礦生產(chǎn)過程中的瓦斯排放，是煤炭行業(yè)低碳發(fā)展必須邁過的一道坎。

“初始瓦斯?jié)舛?2%，當前瓦斯?jié)舛?0%，抽放情況正常。”今年6月，在華電煤業(yè)集團山西石泉煤業(yè)公司井下一處工作面內(nèi)，煤礦安全員用隨身攜帶的設備，實地測量了一處瓦斯抽采管道內(nèi)的最新數(shù)值。

記者在井下看到，瓦斯抽采管道上標注的信息顯示，自2021年4月起，這里就開始預抽瓦斯。一同下井的安全員告訴記者，石泉煤礦是一座高瓦斯礦井，先要抽上3年瓦斯，才能開始采煤。

“這既是為了安全，也是為了低碳。”石泉煤業(yè)董事長白鵬說，在創(chuàng)新瓦斯抽采工藝的同時，煤礦引進瓦斯發(fā)電機組，解決抽放瓦斯的排放問題，每年可減少溫室氣體排放約11.78萬噸。

記者采訪發(fā)現(xiàn)，不少煤礦仍有一些超低濃度的風排瓦斯被直接排空。這些氣體來自井下通風管道，也被稱為乏風。據(jù)潞安化工集團國家煤基合成工程技術研究中心測算，目前我國煤礦超低濃度瓦斯年排放量較大。由于其濃度低、富集難、氣量大，利用起來非常困難。

位于山西省長治市的潞安化工集團高河乏風氧化發(fā)電項目，是全國首家、全球規(guī)模最大、穩(wěn)定運行時間最長的煤礦乏風氧化發(fā)電示范項目。運營這一項目的長治市億揚能源科技有限公司負責人趙志中說，項目滿負荷運行狀態(tài)下，每小時能處理108萬立方米超低濃度瓦斯，年發(fā)電量2億千瓦時，可實現(xiàn)溫室氣體減排140萬噸二氧化碳當量。

此外，大量廢棄礦井中殘存的瓦斯也被抽取利用。晉能控股集團煤與煤層氣共采國家重點實驗室執(zhí)行副主任李國富說，山西已從廢棄礦井采空區(qū)抽采利用煤層氣上億立方米，減排效果顯著。

目前，山西已形成煤層氣產(chǎn)能227.25億立方米/年。面對煤炭保供壓力，瓦斯利用效果凸顯。數(shù)據(jù)顯示，今年前5個月，山西規(guī)模以上原煤產(chǎn)量5.28億噸，同比增長9.3%；非常規(guī)天然氣產(chǎn)量44.26億立方米，同比增長19.7%，快于原煤產(chǎn)量增速約10個百分點。

煤電轉(zhuǎn)型：傳統(tǒng)能源與新能源優(yōu)勢互補

近年來，我國以風光為主的新能源發(fā)展迅猛。由于新能源具有很大的波動性，快速增加的新能源裝機對能源系統(tǒng)運行帶來較大挑戰(zhàn)。

以山西為例，全省風電、光伏裝機規(guī)模超過3700萬千瓦，但極端天氣條件下，實際出力規(guī)模甚至不到百分之一。國網(wǎng)山西省電力公司調(diào)度控制中心主任王其兵說，新能源“靠天吃飯”，要實現(xiàn)“氣象驅(qū)動型”的電力平衡，對電力運行帶來很大挑戰(zhàn)。

未來，新能源在發(fā)電裝機中的占比越來越高，傳統(tǒng)火電企業(yè)何去何從？山西瑞光熱電有限責任公司副總經(jīng)理董鑫說，由于風電、光伏具有波動性、間歇性等特點，新能源裝機規(guī)模越大，越需要響應速度快的火電機組進行配合。

兩年前，瑞光熱電2號機組進行了靈活性改造。在新能源大發(fā)時，只要短短幾分鐘，機組負荷就能從30萬千瓦下調(diào)到13萬千瓦，為新能源消納讓渡出發(fā)電空間；一旦新能源發(fā)電不足，火電也能快速頂上，確保電力供應穩(wěn)定安全。

持續(xù)推進的電力市場化改革，促使越來越多的煤電企業(yè)主動參與調(diào)峰。山西是首批8個電力現(xiàn)貨建設試點省份之一。2021年4月至今，山西電力現(xiàn)貨市場已連續(xù)平穩(wěn)試運行一年多時間，是國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)內(nèi)啟動試運行時間最早、結(jié)算試運行時間最長、市場主體類型最全的雙邊電力現(xiàn)貨市場。

國網(wǎng)山西省電力公司數(shù)據(jù)顯示，得益于市場化機制，山西電網(wǎng)新能源消納空間最大增加500萬千瓦。去年電力供應緊張時期，山西電網(wǎng)日均增加發(fā)電能力約200萬千瓦，最大降低尖峰負荷約90萬千瓦。今年以來，山西市場化交易電量占全部發(fā)電量的九成以上，日前，現(xiàn)貨市場單日最大峰谷價差1.5元/千瓦時，晚高峰時段實時現(xiàn)貨出清均價0.7126元/千瓦時，是日實施現(xiàn)貨出清均價的1.95倍。

多名山西電力行業(yè)人士表示，在“中長期+現(xiàn)貨+輔助服務”的電力市場體系下，優(yōu)先消納新能源是基本原則。在新能源大發(fā)時段，電力現(xiàn)貨分時電價將降為零，煤電機組只有擁有靈活的調(diào)峰能力才能有效降低成本；新能源出力不足時，分時電價最高能達到1.5元/千瓦時，激勵煤電機組頂峰發(fā)電，有效助力電力保供。

多元利用：推動煤炭由燃料向原料轉(zhuǎn)變

在位于山西轉(zhuǎn)型綜合改革示范區(qū)的華陽碳谷，去年10月并網(wǎng)的1兆瓦時鈉離子電池儲能系統(tǒng)已成為周邊“網(wǎng)紅”打卡地，不少新能源汽車前來體驗綠色充電?！耙话愕某潆姌断喈斢诔潆姴遄@里可以說是一個充電寶?！比A陽新材料科技集團新能源蓄能新材料事業(yè)部副總經(jīng)理趙廣說，這套系統(tǒng)的核心設備是鈉離子儲能柜，通過集成光伏發(fā)電、飛輪儲能、電化學儲能、充電樁等多項技術，綠色電量變得可儲可控。

五年前，中科院物理研究所在鈉離子電池碳基負極材料研究上取得突破，無煙煤正是負極材料的上佳原料。利用豐富的無煙煤資源，華陽新材料科技集團聯(lián)手中科海鈉科技公司共同推進鈉離子電池規(guī)?；瘧谩?/p>

在陽泉神堂嘴煤層氣工業(yè)園區(qū)，煤層氣制備金剛石的培育、打磨在有條不紊地進行著。在大唐云岡熱電廠，燃煤排出的煙氣順著蜿蜒的管道進入捕集設備，經(jīng)過冷卻、吸收、解析、提純等多道程序，成為高純度的液態(tài)二氧化碳，最終轉(zhuǎn)化為碳納米管及其下游產(chǎn)品。

無煙煤制鈉離子電池負極材料、煤層氣制備金剛石、煤制特種油蠟……堅持“高端化、多元化、低碳化”發(fā)展方向，山西推動煤炭清潔高效利用不斷邁出堅實步伐。

今年5月，山西晉南鋼鐵集團依托自身鋼鐵、焦化、化工的能源互補優(yōu)勢，首次在國內(nèi)將氫氣應用在1860立方米高爐，實現(xiàn)氫能煉鋼，低碳冶金。7月，孝義市鵬灣氫港氫能產(chǎn)業(yè)園焦爐煤氣制氫項目正式投產(chǎn)，這座煤城首次產(chǎn)出99.99%的高純度氫氣，當?shù)厥纵v氫能重卡完成氫氣加注。

鋼-焦-化-氫、煤-焦-化-氫、煤-焦-碳素、煤-焦-精細化工、高硫煤清潔利用油化電熱一體化等低碳產(chǎn)業(yè)鏈日益完善，煤炭正由單一燃料屬性向燃料、原料方向并重轉(zhuǎn)變，共同推動高碳能源低碳利用，黑色煤炭綠色發(fā)展。