“雙碳”背景下內蒙古煤炭清潔高效利用的重要方向和先進支撐技術

王明培 劉一楊

摘? 要：“雙碳”目標下，煤炭仍是我國主體能源，發揮著不可替代的能源“壓艙石”作用。內蒙古作為國家重要能源和戰略資源基地，賦存有豐富的煤炭資源，以煤炭清潔高效利用為實現“雙碳”目標的重要技術途徑，既保障了國家能源安全穩定供應，也促進了全區綠色低碳高質量發展。為構建煤炭全鏈條清潔高效利用體系，以深部煤炭資源綠色開發、煤電改造升級及新技術應用、煤化工高值化發展、煤基固廢資源化利用以及產生二氧化碳大規模低成本處置的兜底技術等方面為主要方向，以先進代表性技術為支撐，協同發力實現“雙碳”背景下內蒙古煤炭的清潔高效利用，助推自治區經濟的穩定持續增長以及煤炭工業的綠色低碳高質量發展。

關鍵詞：“雙碳”目標? ? ?煤炭清潔高效利用? ? ?內蒙古? ? ?國家重要能源和戰略資源基地

煤炭是一種重要的能源，為人類社會的可持續發展提供了強有力的支撐，也帶來了一系列環境問題。站在全球角度，越來越多的國家開始減量、退出煤炭的使用，在2050年前，英國、德國、韓國、波蘭等國家將陸續停止燃煤發電，關閉煤礦，我國也于2021年提出，大力支持發展中國家能源綠色低碳發展，不再新建境外煤電項目。但從國家現實分析，我國對煤炭仍然存在依賴，據預測，2030年到2035年，我國能源消費將達到峰值60億噸左右標煤，其中煤炭消費占比仍會維持較高水平。但是近年來，煤炭消費占比逐年下降，煤炭的原料屬性逐步凸顯。此外，煤炭利用產生的碳排約占國家的70%左右。因此，煤炭的清潔高效利用是支撐實現“雙碳”目標的重要技術途徑。

自治區凝心聚力、做深做實習近平總書記交給內蒙古的“五大任務”，加快建設國家重要能源和戰略資源基地，現已形成完整的煤炭、煤電、煤化工產業，其中，內蒙古煤炭資源、煤炭產能、電力裝機均居全國第一、煤制烯烴、煤制氣產能全國第一，煤制油、煤制乙二醇產能全國第二，煤炭產量暫居全國第二。同時，內蒙古積極落實“雙碳”目標，提出到2025年，煤炭消費比重下降至75%以下。為實現能源保供與降碳減排的目標，內蒙古要從深部煤炭資源綠色開發、煤電改造升級及新技術應用、煤化工高值化發展、煤基固廢資源化利用以及產生二氧化碳大規模低成本處置的兜底技術等煤炭產業全鏈條流程統籌考慮，推動煤炭清潔高效利用，做好現代能源經濟這篇大文章。

一、深部資源綠色開發

內蒙古埋深1000-2000m煤炭資源量占全區2000m以淺資源量的80%，而目前技術水平條件下煤炭井工開采的極限深度為1500m。資源開采在進入深部開采后將面臨更大的安全、環境、經濟及技術難題。因此，針對內蒙古豐富的深層煤炭資源，需要探索一條綠色高效安全的開發利用路徑。

內蒙古烏蘭察布、鄂爾多斯已相繼進行了煤炭地下氣化項目的工程示范。其中，鄂爾多斯市的中為能源煤炭地下氣化技術唐家會礦區示范項目于2020年3月取得了科技廳頒發的《科學技術成果登記證書》。總體上，唐家會示范項目取得了良好的示范效果，展示了煤炭地下氣化技術的可行性，實現了氣化工藝的穩定運行控制，獲得了穩定的組分特征，證實了技術的環境友好。

在內蒙古推動該項技術規模化、產業化發展，一是將有助于內蒙古打造更大規模的國家天然氣生產基地；二是提升煤化工產業競爭力；三是實現煤炭生產利用過程的環境友好，減少了固廢外排，避免了井工開采瓦斯的排放，節約了水資源。

二、煤電改造升級及新技術應用

大力推動煤電清潔高效低碳發展是構建現代能源體系、保障能源安全、實現“雙碳”目標的必然途徑。目前，我國發電和供熱行業二氧化碳排放量占全國排放量的比重超過40%，而內蒙古則占到了60%以上，是二氧化碳排放的重點行業。

（一）存量煤電改造升級

對于存量煤電，要通過三改聯動進行改造升級。一是節能降耗改造。節能是前提，可降低煤電機組度電煤耗和二氧化碳排放；對于供電煤耗在300克標準煤/千瓦時以上的煤電機組，應加快創造條件實施節能改造。二是供熱改造。積極關停采暖和工業供汽小鍋爐，對具備供熱條件的純凝機組開展供熱改造，提高能源利用率。三是靈活性改造。存量煤電機組靈活性改造應改盡改，適應未來大比例風光發電情況下火電機組的調峰需求，增加發電調峰靈活性。

（二）增量煤電推廣應用新技術

對于增量煤電，可推廣新型先進燃煤發電技術。以超臨界水蒸煤制氫熱電多聯產技術為例，與傳統燃煤發電技術的“三低、兩高”對比，具有“三高、兩低”的優勢。一是傳統燃煤系統能效45%左右，如增加碳捕集，則降低至35%以下，而水蒸煤技術系統能效達到50%，制氫效率達到80%；二是傳統燃煤發電逐步由支撐性電源轉變為調節性電源后，年利用小時數有可能將降至2000小時，而水蒸煤技術可根據實際需求在發電、制氫之間進行轉換，大幅提升機組利用時效；三是燃煤電廠排放出的二氧化碳濃度約為15%，捕集成本高達300-400元，而水蒸煤技術可直接產生90%以上的高濃度二氧化碳，可顯著降低捕集成本；四是水蒸煤技術水耗大幅低于傳統燃煤機組；五是燃煤機組每千瓦投資約3500元，而水蒸煤技術可降低20%的投資。此外，燃煤機組需要脫硫脫硝除塵，而水蒸煤技術不會直接向大氣排放硫、氮，無硫無硝無焦無塵。

三、煤化工高值化發展

發展現代煤化工是實現煤炭清潔高效利用的必由之路。在“雙碳”大背景下，內蒙古煤化工主要發展方向包括煤化工與新能源耦合、煤基新材料等。

（一）煤化工與新能源耦合

內蒙古提出，“十四五”末，可再生能源發電裝機達到1.35億千瓦以上，綠氫供給能力超過48萬噸。“十五五”末，可再生能源發電裝機突破3億千瓦，僅鄂爾多斯市綠氫供應能力將達到100萬噸。利用內蒙古豐富的綠電、綠氫資源與煤化工產業耦合，打造內蒙古綠色低碳化工產業。

目前，我國煤化工主要技術路徑的碳利用率（化工產品含碳量與生產過程中消耗碳的比值）大約在30%左右，其余70%的碳主要排放到了大氣中，成為溫室氣體。因此，需要推動灰氫轉綠、以氫換煤、綠氫消碳，實現加氫減煤、減碳增效。

內蒙古主要煤化工產品為甲醇、乙二醇、乙烯、煤制油氣等，每噸產品排放二氧化碳在3-10噸之間。如果通過綠電、綠氫替代，減少公用工程碳排與變換反應負荷，碳利用率可提高到70%左右，1噸綠氫可減排二氧化碳20噸左右；如采取綠電、綠氫制備合成氨，則可實現零碳排放。

（二）煤基新材料

2022年，我國風電和光伏發電裝機容量分別占世界的41.2%和37.2%；鋰離子電池產量750GWh，同比增長130%，約占全球市場的59.4%；正極材料、負極材料、隔膜、電解液等材料產量同比增長均達60%以上。與風機、光伏、儲能電池制造相關的碳纖維、電解液、正負極材料噸產品價格在10萬元/噸高位運行。將傳統的煤制甲醇烯烴產業鏈向下游纖維、聚酯、電解液、正負極材料延伸，契合新能源材料發展熱潮，可以實現煤化工產業的高值化發展。

同時，隨著近年來環境改善訴求的不斷增加和國家塑料污染治理力度持續加大，我國可降解材料產業迎來了重大的發展機遇。將傳統的煤制甲醇產業向下游延伸，制成可降解塑料，能夠顯著提升煤炭的資源效益、經濟效益、環境效益、減排效益。

四、煤基固廢資源化利用

煤炭生產、利用過程中會產生占煤炭總量15%左右的固體廢物，包括煤矸石、煤化工氣渣、粉煤灰、脫硫石膏、爐渣等，不僅占用土地面積，還會對土壤、大氣和水體等周圍環境造成污染。以“資源化利用、規模化減量、無害化處置”原則，進行固廢削減、處置、利用，提高資源利用效率，是實現碳達峰碳中和的重要途徑之一。

一是提取硅鋁等有價元素。煤矸石、粉煤灰等固廢中含有較高的氧化鋁和二氧化硅。內蒙古鄂爾多斯市高鋁粉煤灰中蘊藏的氧化鋁資源非常豐富，立足當地鋁、硅資源及綠電，打造我國鋁硅產業基地，開辟新賽道、形成新優勢。同時，促進固廢和綠電融合消納。

二是推動固廢消納與鹽堿地改良耦合。積極推動荒漠化治理、鹽堿地改良與固廢資源化利用協同發展，利用億噸級煤基固廢中含有的豐富有益元素以及億噸級礦井疏干水，改良土壤，提高農作物質量和產量，在實現生態環境治理的同時，促進固廢的規模化消納，打造資源循環利用新產業。

五、“雙碳”兜底技術——CCUS/CCS

內蒙古作為國家重要能源和戰略資源基地，仍會消費部分化石能源，產生二氧化碳難以避免。而CCUS/CCS作為實現煤炭清潔高效利用的關鍵兜底技術，可助力全社會實現零碳排放。

一方面，內蒙古有鄂爾多斯盆地、銀額盆地、二連盆地、海拉爾盆地，具有廣闊的二氧化碳封存空間；另一方面，內蒙古具備良好的源匯匹配條件；同時，內蒙古還擁有一定規模的高濃度二氧化碳。以上優勢奠定了內蒙古發展CCUS/CCS產業的基礎。

內蒙古已完成示范的某集團CCS示范項目已累計完成二氧化碳注入封存超過30萬噸，成本240元/噸；計劃開展百萬噸級的CCUS示范項目，預計成本可降至120元/噸以內。如利用中石油、中石化等企業擁有的廢棄井進行二氧化碳地下封存，有望進一步降低CCUS/CCS成本，實現內蒙古二氧化碳大規模低成本處置。

煤炭清潔高效開發利用是內蒙古能源基地建設的重中之重，對保障國家能源安全，產業鏈供應鏈安全具有重要意義。因此，要積極穩妥推動煤炭清潔高效利用，綠色高效開發豐富深部煤炭資源，穩步推進煤電機組“三改聯動”，推動煤電由常規主力電源向基礎保障性和系統調節性電源并重轉型，加快煤炭由單一燃料向原料和燃料并重轉變，加強固廢資源化利用，提高資源利用效率，建立健全綠色低碳循環發展經濟體系，提前布局二氧化碳大規模低成本處置的兜底技術——CCUS/CCS，系統籌劃、多措并舉實現內蒙古煤炭資源全鏈條綠色清潔高效開發利用，充分發揮煤炭在“雙碳”目標實現中的兜底保障作用。

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（作者單位：鄂爾多斯碳中和研究院）

責任編輯：康偉