煤炭碳中和战略与技术路径

落实碳达峰碳中和国家战略，煤炭必须在保障能源安全稳定供应的同时，实现低碳、零碳，甚至负碳。本书依托中国工程院咨询研究项目，聚焦实现煤炭碳中和目标，系统分析发达国家碳达峰前后现代化发展历程以及我国国情和能源资源禀赋，研判碳中和目标下我国煤炭需求与地位变化，分析碳中和目标下煤炭科学产能资源量及支撑能力，理清煤炭行业面临的挑战与机遇；描绘煤炭碳中和战略蓝图，提出煤炭碳中和发展战略、重点任务和科技创新路径；从煤炭开发利用碳中和技术体系、“煤炭+”多能互补零碳负碳技术体系、煤矿区碳汇技术体系三个层次，提出煤炭碳中和的技术路径及其关键核心支撑技术。本书可为煤炭及能源相关管理部门、研究机构及企事业单位提供参考，也可作为能源战略、煤炭开发利用等相关专业的本科生、研究生教学用书。

前言
第1章 碳中和目标下我国能源战略研判 1
1.1 碳达峰碳中和是国家战略 1
1.1.1 碳达峰碳中和已成为全球共识 1
1.1.2 我国提出碳达峰碳中和目标任务 3
1.2 碳中和目标对我国能源发展的新要求 7
1.2.1 加快能源低碳转型步伐 7
1.2.2 加快新能源技术产业化发展 7
1.2.3 更加重视煤炭的能源兜底保障作用 7
1.3 碳中和目标下我国能源发展战略方向 8
1.3.1 大力发展节能技术，提高能源利用效率 8
1.3.2 大力发展新能源技术，优化电力结构 9
1.3.3 大力发展“清洁煤电+CCUS”，推进煤炭低碳利用 10
1.3.4 大力发展少碳-用碳-零碳能源原理创新，加快颠覆性技术研发 10
1.3.5 转变能源“双控”政策要求，以政策倒逼技术进步 11
第2章 发达国家碳达峰经验分析借鉴 14
2.1 美国 14
2.1.1 美国碳达峰前后现代化进程与能源消费特征 14
2.1.2 美国低碳发展相关政策措施 19
2.1.3 美国碳减排经验分析 21
2.2 德国 25
2.2.1 德国碳达峰前后现代化进程与能源消费特征 25
2.2.2 德国低碳发展相关政策措施 33
2.2.3 德国碳减排经验分析 38
2.3 英国 42
2.3.1 英国碳达峰前后现代化进程与能源消费特征 42
2.3.2 英国低碳发展相关政策措施 46
2.3.3 英国碳减排经验分析 51
2.4 日本 53
2.4.1 日本碳达峰前后现代化进程与能源消费特征 53
2.4.2 日本低碳发展相关政策措施 56
2.4.3 日本碳减排经验分析 60
2.5 发达国家碳达峰主要特征与经验分析 63
2.5.1 碳达峰后能源消费总量并未明显下降 63
2.5.2 碳达峰后仍需要使用煤炭 64
2.5.3 节能提效是优先的碳减排路径 65
第3章 碳中和目标下我国煤炭需求与地位研判 66
3.1 碳中和目标下我国能源需求总量分析 66
3.1.1 经济增长与能源消费脱钩关系分析 66
3.1.2 能源需求总量回顾分析与未来预测 72
3.2 碳中和目标对煤炭行业发展的影响分析 78
3.2.1 煤炭开发利用碳排放特征分析 79
3.2.2 碳中和目标对煤炭行业的影响机制分析 79
3.2.3 碳中和目标下煤炭竞争力格局分析 80
3.3 碳中和目标下煤炭需求预测 84
3.3.1 电力调峰 85
3.3.2 碳质还原剂 86
3.3.3 保障能源安全 88
3.4 碳中和目标下煤炭与新能源地位变化 90
3.4.1 基础能源阶段(2021～2030年) 91
3.4.2 保障能源阶段(2031～2050年) 91
3.4.3 支撑能源阶段(2051～2060年) 92
3.4.4 应急储备能源阶段(2060年以后) 92
第4章 碳中和目标下煤炭科学产能资源量及支撑能力分析 93
4.1 碳中和目标下亟须提高煤炭科学产能支撑能力 93
4.1.1 煤炭科学产能发展现状 93
4.1.2 碳中和目标实现需煤炭科学产能支撑 98
4.2 碳中和目标下煤炭资源采出量与动用量实证研究 99
4.2.1 煤炭资源采出率 99
4.2.2 矿井设计年限服务率 106
4.3 碳中和目标下我国煤炭资源可用量分析 107
4.3.1 我国煤炭资源分布及特征 107
4.3.2 碳中和目标下煤炭资源可用量影响因素分析 113
4.3.3 碳中和目标下我国煤炭资源可供开发量预测 116
4.4 碳中和目标下煤炭科学产能规模分析 117
4.4.1 黄河流域煤炭科学产能规模预测 117
4.4.2 其他区域煤炭科学产能规模预测 118
4.4.3 碳中和目标下煤炭科学产能规模预测 119
4.5 碳中和目标下煤炭科学产能支撑能力分析 119
4.5.1 评估模型 119
4.5.2 数值选取 120
4.5.3 测算结果 121
4.5.4 结论分析 121
第5章 碳中和目标下煤炭面临的挑战和机遇 123
5.1 碳中和目标下煤炭面临的挑战 123
5.1.1 煤炭消费减量导致煤炭行业发展空间受限 123
5.1.2 新能源大比例接入要求提高煤炭供应柔性 124
5.1.3 零碳排放要求颠覆现有煤炭利用方式 124
5.2 碳中和目标下煤炭面临的机遇 125
5.2.1 实现煤炭高质量发展的机遇 125
5.2.2 煤炭升级高技术产业的机遇 126
5.2.3 煤炭与新能源融合发展的机遇 127
第6章 煤炭碳中和战略与科技创新路径 129
6.1 煤炭碳中和战略蓝图与发展战略 129
6.1.1 煤炭碳中和战略蓝图 129
6.1.2 煤炭碳中和战略目标 130
6.1.3 煤炭碳中和发展战略 130
6.2 煤炭碳中和重点任务 134
6.2.1 加大力度勘探符合煤炭科学产能要求的煤炭资源(资源保障) 134
6.2.2 建设煤炭科学产能全国支撑基地(产能保障) 134
6.2.3 推进柔性煤炭科学产能建设(经济运行应急保障) 134
6.2.4 研究制定能源安全下的煤炭科学产能储备战略(国家能源安全保障 ) 134
6.2.5 加快煤炭科学产能支撑力科技攻关(技术保障) 135
6.2.6 构建适应碳中和要求的多能互补的煤矿清洁能源系统(碳中和) 135
6.3 煤炭碳中和科技创新路径 135
6.3.1 煤炭保障能源供给安全的技术路径 136
6.3.2 煤炭开发利用少碳用碳的技术路径 136
6.3.3 煤与新能源多能互补的技术路径 138
6.3.4 煤矿区生态碳汇技术路径 139
第7章 煤炭开发利用碳中和技术体系 140
7.1 煤炭精准保供技术 140
7.1.1 资源勘查与地质保障技术 140
7.1.2 智能无人开采成套技术装备 145
7.1.3 低损绿色开采关键技术 147
7.2 煤炭开发少碳用碳技术 148
7.2.1 煤炭开发节能提效技术 148
7.2.2 煤矿瓦斯抽采利用关键技术 151
7.2.3 煤层CO2安全封存关键技术 153
7.2.4 煤炭开采扰动空间 CO2封存关键技术 154
7.3 煤炭利用少碳用碳技术 156
7.3.1 优选灵活超超临界发电技术 156
7.3.2 新一代煤气化技术 159
7.3.3 煤经合成气一步法制化学品关键技术 162
7.3.4 整体煤气化燃料电池联合循环发电技术 163
7.3.5 零碳排放的直接煤燃料电池发电新技术 164
7.3.6 优选煤基碳材料制备技术 165
7.4 煤炭开发利用减碳变革性技术 166
7.4.1 深部煤与瓦斯物理流态化共采技术 167
7.4.2 深部煤炭原位化学流态化开采技术 168
7.4.3 深部煤炭原位生物降解流态化开采技术 169
第8章 “煤炭+”多能互补零碳负碳技术体系 171
8.1 “煤炭+”多能互补零碳技术体系 171
8.1.1 清洁煤电+CCUS技术 171
8.1.2 燃煤与太阳能耦合发电+CCUS技术 174
8.1.3 煤与生物质协同利用+CCUS技术 175
8.1.4 绿氢与煤炭转化融合+CCUS技术 179
8.1.5 矿区风光储热一体化发展模式与关键技术 183
8.1.6 矿区中低温地热发电未来技术 188
8.2 “煤炭+”多能互补负碳技术体系 190
8.2.1 矿区咸水层CO2封存技术 190
8.2.2 煤矿原位CO2与甲烷重整制氢技术 192
8.2.3 CO2矿化发电颠覆性技术 193
8.2.4 煤矿区CO2驱替煤层气技术 198
8.2.5 CO2能源化资源化利用催化转化技术 198
8.2.6 CO2捕集革新技术 201
第9章 煤矿区碳汇技术体系 207
9.1 煤矿区生态碳汇扩容技术体系 207
9.1.1 土壤碳库重构与碳汇功能提升技术 207
9.1.2 植被碳库重建与碳汇功能提升技术 208
9.1.3 立体空间碳汇技术 208
9.1.4 水体碳汇功能提升技术 209
9.1.5 地表塌陷修复治理碳汇恢复技术 210
9.2 煤矿区生态碳汇防损技术体系 211
9.2.1 碳库构建碳泄露风险防控技术 211
9.2.2 碳库维护碳泄露风险防控技术 211
9.2.3 地表生态碳汇减损技术 211
9.3 煤矿区碳汇管理技术体系 212
9.3.1 煤矿区碳汇监测技术 212
9.3.2 煤矿区碳汇计量评估技术 213
9.3.3 煤矿区碳汇交易管理技术 213
参考文献 214