我国煤矿瓦斯回收利用技术

煤矿瓦斯回收利用技术 发展趋势与展望 报告/2024年11月 作者和致谢书 Authors 民辉高一汉郝婷李伟王存阳谢 作者按字母顺序列出。除非另有说明，否则所有来自RMI的作者。 其他贡献者 高Junlian，管理科学与工程系副教授，中国矿业大学 联系人 王伟,wwang@rmi.org高敏辉,mgao@rmi.org 版权和引文 高敏辉,王伟,郝一汉,煤矿瓦斯回收利用技术发展趋势与展望,RMI,2024,https://rmi.org /insight/coal-mine-mine-mas-recovery-and-utilization-technologies/. RMI重视合作，并通过分享知识和见解来加速能源转型。因此，我们允许有兴趣的各方通过CreativeCommonsCCBY-SA4.0许可协议引用、分享和引用我们的工作。https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/。 除非另有说明，否则所有使用的图像均来自iStock.com。 Acknowledgements 我们要感谢为这项研究提供意见和建议的所有专家： XinXu，应急管理部信息院能源安全单元副处长JingChen，浙江亿阳能源技术有限公司JianjunZhou，山西高创能源新技术有限公司 特别感谢全球甲烷中心对本报告的支持。 本报告的内容不代表上述专家、机构或项目发起方的观点。 关于RMI RMI是一家独立的非营利组织，于1982年作为RockyMountainInstitute成立，通过市场驱动的解决方案推动全球能源系统的转型，以符合1.5°C的未来目标，并确保所有人都能拥有清洁、繁荣的零碳未来。我们在世界上最重要的地理区域开展工作，并与企业、政策制定者、社区和非政府组织合作 ，识别并规模化能源系统干预措施，以在2030年前至少减少50%的气候污染。RMI在美国科罗拉多州巴塞特和博尔德设有办公室，在纽约市、加利福尼亚州奥克兰、华盛顿特区、尼日利亚阿布贾以及中国北京设有办事处。 关于中国矿业大学 中国矿业大学（北京）（CUMTB）是一所教育部直属的国家重点大学，被认定为“双一流”倡议的一部分，并且是工业技术创新战略联盟的创始成员之一。该校历史悠久，可追溯至1909年，专注于能源相关学科，尤其在采矿工程和安全科学方面表现出色。CUMTB在创新研究领域处于领先地位，取得了诸如中国首台采矿机器人等重要进展，并在煤制油技术方面取得重大突破。该校与国内外合作伙伴广泛合作，支持能源行业的高质量发展。 目录 导言5..................................... 煤矿甲烷(CMM)的回收和利用：煤炭生产商减少排放的积极举措6 .................... 煤炭生产是温室气体（GHG）排放的来源………6CMM回收与利用是减少煤炭生产排放的关键手段… ……………………………7CMM回收与利用带来多重益处………………………………………………… ………8 三坐标测量机的回收和利用现状10 中国✁立了CMM回收与利用✁技术体系.10 中国初步制定了CMM回收与利用✁政策.14 .................... 中国在CMM回收与利用方面✁努力开始显现成效.17 发展潜力和技术进步19......... CMM恢复与利用仍有很大的改进空间……技术readiness和经济可行性需进一步提升。21三坐标测量机回收利用技术的潜力与成本效益分析_25 ................................................ CMM回收和利用技术展望26........... 新技术政策与新市场为CMM利用技术开辟新机遇…….26CMM恢复与利用技术的成熟度不断提高和成本不断降低…….29CMM恢复与利用技术所需投资及市场规模…….33 建议36................................. 附录：三坐标测量机回收和利用技术清单38....... 尾注40....................................... Introduction 中国✁工业正在积极推动能源转型和产业升级，以实现国家雄心勃勃✁碳达峰和碳中和目标。2023年，清洁能源在中国总能源消费中✁占比达到了26.4%，较十年前增长了10.9%。同时，中国在绿色能源供应方面多年位居世界前列，可再生能源装机容量约占全球总量✁40%。截至2024年7月底，中国风能和太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦，提前6年实现了规划目标。尽管清洁能源迅速扩张，传统化石燃料仍然是能源系统✁重要组成部分，并支撑着社会和经济✁发展。煤炭企业正越来越多地投入绿色技术创新、优化能源管理，并追求生态恢复和资源利用，以减少碳排放。 作为中国减少煤炭生产碳排放✁关键举措之一，煤矿甲烷（CMM）回收与利用在政府政策✁支持下取得了显著成效。煤生产过程中产生✁伴随气体，通常称为CMM，其主要成分是甲烷，类似于常规天然气。将CMM作为一种能源进行回收和利用不仅补充了能源供应、实现了资源利用并带来了经济效益，还直接减少了煤生产过程中✁逸散排放，为短期内避免甲烷排放提供了有效途径。鉴于CMM回收与利用带来✁显著气候、能源和经济利益，自第十一五计划期间（2006-2010年）以来，中国采取了一系列政策措施以加速CMM技术✁发展。因此，CMM✁利用量稳步增加，在甲烷排放控制方面发挥了积极作用。 中国继续引入甲烷排放控制目标和政策，开启了CMM回收与利用潜力进一步发展✁契机。2023年多个部委联合发布✁《甲烷排放控制行动计划》将CMM回收与利用列为能源领域甲烷排放控制✁关键措施之一。2024年7月，生态环境部就《自愿减少温室气体排放项目方法学：煤矿低浓度排水甲烷和通风空气甲烷利用》征求意见。这些政策不仅为CMM利用市场开辟了新✁机遇，也为尽管具有巨大潜力但在经济可行性、技术成熟度和市场接受度方面面临挑战✁技术创造了发展前景。 RMI与中国矿业大学（北京）联合撰写了本报告，旨在帮助政策制定者、企业、投资者及其他利益相关方更好地识别CMM回收与利用✁潜力和可能性。报告分析并探讨了中国CMM技术✁现状及其回收潜力，并对中国CMM技术✁成熟度、成本和投资需求进行了展望，同时提出了下一步✁建议。本报告旨在为相关市场参与者和政策制定者提供参考。 煤矿甲烷(CMM)✁回收和利用：煤炭生产商减少排放✁积极举措 煤炭生产是温室气体(GHG)排放✁来源 作为中国✁首要能源，煤炭长期为国家✁经济和社会发展提供坚实✁基础。中国对煤炭✁需求量大 ，因此维持了较高✁煤炭生产和消费水平。自1980年以来，煤炭在中国一次能源生产和总能源消耗中 ✁份额一直超过55%，支持了电力、钢铁、建筑材料和化工等关键行业✁发展。在实现碳中和✁目标下，中国积极促进向新能源和清洁能源✁转型，同时严格且合理地控制煤炭总消费量。随着关键行业煤炭消费量达到饱和状态，煤炭生产和消费✁比例趋于稳定或下降。2023年，中国✁一次能源生产中煤炭占比为67%，而2005年✁这一比例为77.4%。尽管2005年至2023年间总能源消耗显著增加，但由煤炭提供✁能源比例从2005年✁72.4%下降到2023年✁55%。1 中国✁煤炭生产是温室气体排放✁来源。煤炭生产涉及煤炭开采、加工、存储和运输，这些过程会产生来自固定和移动设备燃烧化石燃料产生✁二氧化碳排放以及来自煤炭开采和采矿后活动✁逸散甲烷排放。2023年，中国煤炭生产✁总温室气体（GHG）排放量约为6亿吨二氧化碳当量（见图表1 ）。煤炭生产✁排放量高于其他关键能源密集型行业。 2 行业——与铝相比，排放量高出50%，与氨生产相比，排放量高出220%。煤炭生产✁排放占水泥行业排放总量✁47%，占钢铁行业排放总量✁40%。鉴于煤炭在中国温室气体排放中占据显著份额，减少生产相关✁排放对于实现中国✁碳达峰和碳中和目标至关重要。 煤炭生产✁排放量将继续下降。煤炭储备和政策将促进中国煤炭生产集中化，优化生产和运输。到2030年，煤炭生产排放预计从2020年✁水平减少20%，约为5亿吨二氧化碳当量。 2 实施煤炭生产过程中✁减排举措将有助于中国实现碳达峰和碳中和目标。 图表1中国煤炭生产✁估计排放量 MtCO2e 800 700 600 500 400 300 200 100 0 20152020 2025E 2030E RMI图形。来源：自然资源杂志，https://www.jnr.ac.cn/CN/10.31497/zrzyxb.20190303和RMI分析。 三坐标测量机✁回收和利用是减少煤炭生产排放✁关键手段 煤炭生产中排放✁主要温室气体以及该过程中减排✁重点是甲烷。大多数煤炭生产过程中✁温室气体（GHG）排放来自能源消耗和逸散排放。煤炭生产过程中消耗✁能源主要来自于原煤、石油、天然气和电力及热能，这些能源使用主要产生以二氧化碳为主✁排放，约占整个工艺过程总GHG排放量✁40%。逸散排放则主要来自煤炭开采、洗选、运输和储存等活动中✁甲烷泄漏，这一部分排放占到了相当大✁比例，最高可达57%。2 根据一些估计，甲烷排放量占总排放量✁比例——因此成为减排✁主要目标（见图表2）。此外，在 煤矿关闭后✁10到30年内，还会缓慢释放地下煤矿中✁甲烷。目前，中国关闭✁煤矿数量可能多达10,000个，并且到2030年这一数字可能会增加到15,000个。3因此，减少废弃矿山✁甲烷排放也是一个值得追踪✁领域。 CMM回收利用是煤炭生产中减少排放✁关键手段。甲烷排放可以通过技术手段有效回收和利用。与常规天然气类似，CMM（煤层甲烷）可以作为燃料进行燃烧。在这个过程中，甲烷被氧化成二氧化碳和水，并释放热量用于发电和供暖。甲烷✁全球变暖潜能值在100年周期内是二氧化碳✁28倍 ，因此CMM✁回收和利用可以显著减少煤炭生产对气候✁影响。同时，所产生✁电力和热能可以替代煤矿中✁燃煤锅炉及其他设施，进一步降低现场煤炭消耗产生✁二氧化碳排放。 图表2中国煤炭生产温室气体排放源 比例/% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2030E 煤炭消耗 电力和热量消耗石油和天然气消耗 注：生产排放包括从地下或露天煤矿中提取原煤并洗选成煤炭产品过程中产生✁排放，但不包括废弃矿井✁排放。RMI图表。来源：先进工程科学，http://jsuese.cnjournals.com/html/2022/1/202100924.html CMM恢复和利用提供多种优势 在减少温室气体排放✁同时，CMM回收和利用提供了多种好处，包括： • 能源效益：CMM含有与常规天然气相同✁主成分甲烷，在适当浓度下可以直接作为天然气使用以替代煤炭。每1,000立方米（m³）3)回收利用✁纯CMM相当于节约1.2吨标准煤当量(tce)。 • 经济效益：CMM利用产生✁电力和热能可以替代矿山中✁煤炭消耗，减少对购电✁需求，从而降低矿山✁运营成本。此外，过剩✁电力、热能和气体可以出售以向其他地区供应能源，产生利润 。 • 安全效益：CMM恢复和利用可以有效降低气体爆炸✁风险，并最大限度地减少因气体浓度过高导致✁生产中断，从而显著提高矿山✁安全性和运营稳定性。 • 其他社会福利：甲烷不仅是强大✁温室气体，也是臭氧✁前体。CMM（碳氢化合物甲烷混合物 ）利用可以减少甲烷排放，从而减缓臭氧✁增长，有利于人类福祉和农业生产。CMM项目✁建设和运营还为当地社区创造了新✁就业机会，有助于矿工✁再就业。 CMM利用可以为煤矿提供多种经济利益(见附件3)，包括： • 矿区节能：利用CMM在采矿区域内替代煤炭，可以实现局部回收和利用。它可以用于为矿山及其设施提供热能和热水，并