生态保护

中国工程院院士王双明煤炭开采对环境的影响可以减小

长期以来,大家习惯于用‘富煤、缺油、少气’来形容我国能源资源禀赋,客观分析不同能源资源及其消费贡献,我认为使用‘缺油、少气、相对富煤’,更契合我国能源资源的实际情况。近日在一场学术研讨会上,中国工程院院士王双明讲到上述观点。记者就此展开了采访。

王双明提出,富煤只是相较于国内油气资源量而言,放眼全球范围,我国人口大约占世界总人口的20%,已探明煤炭储量却只占世界探明储量的11%,人均煤炭资源为世界平均水平的42.5%,并不能算富。而在非化石能源尚不能安全可靠替代传统能源的情况下,煤炭仍承担着能源安全兜底重任,认清能源资源禀赋就显得尤为重要。

实际可支撑量尚不确定

客观分析我国不同能源资源的禀赋特点,对于推进双碳目标稳步实现具有重要现实意义。王双明用一组数据进行了详细阐述:截至2021年底,我国石油、天然气剩余探明技术可采储量分别为36.89亿吨、6.33万亿立方米,煤炭证实储量与可信储量之和为2078.85亿吨。

从化石能源资源总量来看,煤炭大约占到94%,相比石油2.5%、天然气3.5%,煤炭资源量的确比较丰富。但他指出,我们要注意,2078.85亿吨是我国煤炭资源的地质储量,从地质储量到工业储量,再到可采储量,最后采出原煤,必然会一层一层打折扣。比如,现在越来越多使用机械化、自动化方式采煤,相比过去最大不同,是厚度1.2米以下的煤层难以使用机械化设备规模化开采,这部分资源恰恰包含在2078.85亿吨中。在‘双碳’目标下,生态红线等约束进一步强化,也影响着煤炭可供开发量。考虑类似种种因素,剩余可采量到底能够支撑多久,目前还要打个问号。

王双明提出,我国非化石能源理论总量丰富,但生产实践表明,现阶段还存在规模大、产出低、贡献小等问题,短期内难以成为主体能源。在此背景下,煤炭安全保供依然责任重大。实际数据对此也有印证,2010-2019年,煤炭占我国一次能源消费的比重出现明显下降,每年降幅都超过1%。但从2019年起,降幅收窄到1%以内,到了2022年,浮动由前一年下降0.8%转为增加0.2%。总体来看,煤炭消费占比一直在小幅下降,消费量却仍在高位震荡。要确保安全稳定供应,前提是客观认识我国能源资源禀赋现状。

煤可发挥保供以外作用

在王双明看来,对煤的关注不能放松。即便实现碳达峰,煤炭消费量迎来拐点,其仍会占据一席之地。届时,煤炭将由主体能源向支撑性能源保障地位转变,作为战略性矿产资源的作用随之提升,发挥出保供以外的多重效用——

一是生产煤基特种燃料的战略性资源。煤是生产油气的重要原料。到‘十四五’末,我国规划建成煤制油产能1200万吨,煤制气产能150亿立方米。王双明表示,要做好煤制油气战略基地规划布局和管控,立足国内,挖掘发挥煤炭资源的油气资源潜力,以增加油气供给,降低油气对外依存风险。

二是生产煤基化工产品的重要原料。王双明称,煤化工是利用煤中的碳、氢、氧元素,与蒸汽、空气、氧气等,在一定温度及压力下组合反应生产不同的化工产品,实际上是对碳进行部分固定。这是提高煤炭清洁高效利用的有效途径,碳达峰后效果更加突出。预测到2025年,我国化工领域耗煤年均复合增长率约2.88%,2025-2030年,煤化工年耗煤量将达到4.5亿-5亿吨。

在更广泛的领域,煤炭还可作为短期内难以替代的钢铁生产炉料,消纳新能源的调峰能源,是具有封存二氧化碳潜力的重要层状矿产资源。王双明举例,研究二氧化碳地质封存所需的基础地质条件,据此选取适合封存的矿区,实现采煤与二氧化碳矿井封存一体化,相当于把采煤变成构筑二氧化碳封存空间的过程,具有重大科学意义和应用前景,能够实现煤炭从哪儿来,煤炭利用产生的固废和二氧化碳回到哪儿去。

相比油气资源,煤的固体属性让其便于存储。存煤成本优势明显,在遭受自然灾害、战争等影响时,还具有安全优势。王双明表示,煤炭也是可实现经济、安全存储的能源资源,其战略储备力度未来将加强。

推动减损开采至关重要

煤炭重任在肩,但不可否认,其开发过程会对生态环境造成扰动。在发挥作用的同时,减损亦是现实压力。

例如我国14个大型煤炭基地,有6个分布在黄河流域中下游,这部分原煤产量占全国总产量的70%左右。这些地区最大短板是降雨量少、蒸发量大,生态环境脆弱是最大制约。再如目前,我国煤炭产能主要集中在晋陕蒙地区,开发西部煤炭资源已成为保障能源安全的重大需求。但西部地处干旱、半干旱地区,水资源匮乏,地表植被稀少,生态环境本就脆弱,采煤与环境保护矛盾突出。王双明坦言,考虑到煤炭开发产生的采动损害及碳排放,如何适应绿色低碳大势,已成为必须破解的重大技术难题。

致力于鄂尔多斯盆地矿区地质环境保护工作20多年,王双明提出减损开采理念。简单来说,就是减少煤炭开采对环境的影响。

我们多年调研发现,地表生态系统与地下水位关系密切,地下水埋藏既不能太深,也不能太浅,否则会带来盐渍化、沙化等一系列问题。在这样的区域采煤,主要环境目标就是保护好地下水位,最大程度降低对地下水位的影响。王双明解释,减损开采首先分析制约煤炭绿色开发的地质因素,研究维系矿区生态环境的主要地质条件。在此基础上,揭示采煤对地质条件的损害机理,构建分类减损地质工程技术体系。

王双明还告诉记者,在煤层与地下含水层之间,原本存在着一部分隔水层,可起到保水作用。煤炭开采的主要特点是会形成地下空间并引发应力场变化,从而损害隔水层的隔水性,维系生态系统的地下水流向采空区,导致水位下降和生态退化。减损开采正是以防止隔水岩层损害为目标,以煤与水共生地质特征研究为基础,实现保水采煤。