●前言
第1章 碳中和目標下我國能源戰略研判 1
1.1 碳達峰碳中和是國家戰略 1
1.1.1 碳達峰碳中和已成為全球共識 1
1.1.2 我國提出碳達峰碳中和目標任務 3
1.2 碳中和目標對我國能源發展的新要求 7
1.2.1 加快能源低碳轉型步伐 7
1.2.2 加快新能源技術產業化發展 7
1.2.3 更加重視煤炭的能源兜底保障作用 7
1.3 碳中和目標下我國能源發展戰略方向 8
1.3.1 大力發展節能技術，提高能源利用效率 8
1.3.2 大力發展新能源技術，優化電力結構 9
1.3.3 大力發展“清潔煤電+CCUS”，推進煤炭低碳利用 10
1.3.4 大力發展少碳-用碳-零碳能源原理創新，加快顛覆性技術研發 10
1.3.5 轉變能源“雙控”政策要求，以政策倒逼技術進步 11
第2章 發達國家碳達峰經驗分析借鋻 14
2.1 美國 14
2.1.1 美國碳達峰前後現代化進程與能源消費特征 14
2.1.2 美國低碳發展相關政策措施 19
2.1.3 美國碳減排經驗分析 21
2.2 德國 25
2.2.1 德國碳達峰前後現代化進程與能源消費特征 25
2.2.2 德國低碳發展相關政策措施 33
2.2.3 德國碳減排經驗分析 38
2.3 英國 42
2.3.1 英國碳達峰前後現代化進程與能源消費特征 42
2.3.2 英國低碳發展相關政策措施 46
2.3.3 英國碳減排經驗分析 51
2.4 日本 53
2.4.1 日本碳達峰前後現代化進程與能源消費特征 53
2.4.2 日本低碳發展相關政策措施 56
2.4.3 日本碳減排經驗分析 60
2.5 發達國家碳達峰主要特征與經驗分析 63
2.5.1 碳達峰後能源消費總量並未明顯下降 63
2.5.2 碳達峰後仍需要使用煤炭 64
2.5.3 節能提效是優先的碳減排路徑 65
第3章 碳中和目標下我國煤炭需求與地位研判 66
3.1 碳中和目標下我國能源需求總量分析 66
3.1.1 經濟增長與能源消費脫鉤關繫分析 66
3.1.2 能源需求總量回顧分析與未來預測 72
3.2 碳中和目標對煤炭行業發展的影響分析 78
3.2.1 煤炭開發利用碳排放特征分析 79
3.2.2 碳中和目標對煤炭行業的影響機制分析 79
3.2.3 碳中和目標下煤炭競爭力格局分析 80
3.3 碳中和目標下煤炭需求預測 84
3.3.1 電力調峰 85
3.3.2 碳質還原劑 86
3.3.3 保障能源安全 88
3.4 碳中和目標下煤炭與新能源地位變化 90
3.4.1 基礎能源階段(2021～2030年) 91
3.4.2 保障能源階段(2031～2050年) 91
3.4.3 支撐能源階段(2051～2060年) 92
3.4.4 應急儲備能源階段(2060年以後) 92
第4章 碳中和目標下煤炭科學產能資源量及支撐能力分析 93
4.1 碳中和目標下亟須提高煤炭科學產能支撐能力 93
4.1.1 煤炭科學產能發展現狀 93
4.1.2 碳中和目標實現需煤炭科學產能支撐 98
4.2 碳中和目標下煤炭資源采出量與動用量實證研究 99
4.2.1 煤炭資源采出率 99
4.2.2 礦井設計年限服務率 106
4.3 碳中和目標下我國煤炭資源可用量分析 107
4.3.1 我國煤炭資源分布及特征 107
4.3.2 碳中和目標下煤炭資源可用量影響因素分析 113
4.3.3 碳中和目標下我國煤炭資源可供開發量預測 116
4.4 碳中和目標下煤炭科學產能規模分析 117
4.4.1 黃河流域煤炭科學產能規模預測 117
4.4.2 其他區域煤炭科學產能規模預測 118
4.4.3 碳中和目標下煤炭科學產能規模預測 119
4.5 碳中和目標下煤炭科學產能支撐能力分析 119
4.5.1 評估模型 119
4.5.2 數值選取 120
4.5.3 測算結果 121
4.5.4 結論分析 121
第5章 碳中和目標下煤炭面臨的挑戰和機遇 123
5.1 碳中和目標下煤炭面臨的挑戰 123
5.1.1 煤炭消費減量導致煤炭行業發展空間受限 123
5.1.2 新能源大比例接入要求提高煤炭供應柔性 124
5.1.3 零碳排放要求顛覆現有煤炭利用方式 124
5.2 碳中和目標下煤炭面臨的機遇 125
5.2.1 實現煤炭高質量發展的機遇 125
5.2.2 煤炭升級高技術產業的機遇 126
5.2.3 煤炭與新能源融合發展的機遇 127
第6章 煤炭碳中和戰略與科技創新路徑 129
6.1 煤炭碳中和戰略藍圖與發展戰略 129
6.1.1 煤炭碳中和戰略藍圖 129
6.1.2 煤炭碳中和戰略目標 130
6.1.3 煤炭碳中和發展戰略 130
6.2 煤炭碳中和重點任務 134
6.2.1 加大力度勘探符合煤炭科學產能要求的煤炭資源(資源保障) 134
6.2.2 建設煤炭科學產能全國支撐基地(產能保障) 134
6.2.3 推進柔性煤炭科學產能建設(經濟運行應急保障) 134
6.2.4 研究制定能源安全下的煤炭科學產能儲備戰略(國家能源安全保障 ) 134
6.2.5 加快煤炭科學產能支撐力科技攻關(技術保障) 135
6.2.6 構建適應碳中和要求的多能互補的煤礦清潔能源繫統(碳中和) 135
6.3 煤炭碳中和科技創新路徑 135
6.3.1 煤炭保障能源供給安全的技術路徑 136
6.3.2 煤炭開發利用少碳用碳的技術路徑 136
6.3.3 煤與新能源多能互補的技術路徑 138
6.3.4 煤礦區生態碳彙技術路徑 139
第7章 煤炭開發利用碳中和技術體繫 140
7.1 煤炭精準保供技術 140
7.1.1 資源勘查與地質保障技術 140
7.1.2 智能無人開采成套技術裝備 145
7.1.3 低損綠色開采關鍵技術 147
7.2 煤炭開發少碳用碳技術 148
7.2.1 煤炭開發節能提效技術 148
7.2.2 煤礦瓦斯抽采利用關鍵技術 151
7.2.3 煤層CO2安全封存關鍵技術 153
7.2.4 煤炭開采擾動空間 CO2封存關鍵技術 154
7.3 煤炭利用少碳用碳技術 156
7.3.1 優選靈活超超臨界發電技術 156
7.3.2 新一代煤氣化技術 159
7.3.3 煤經合成氣一步法制化學品關鍵技術 162
7.3.4 整體煤氣化燃料電池聯合循環發電技術 163
7.3.5 零碳排放的直接煤燃料電池發電新技術 164
7.3.6 優選煤基碳材料制備技術 165
7.4 煤炭開發利用減碳變革性技術 166
7.4.1 深部煤與瓦斯物理流態化共采技術 167
7.4.2 深部煤炭原位化學流態化開采技術 168
7.4.3 深部煤炭原位生物降解流態化開采技術 169
第8章 “煤炭+”多能互補零碳負碳技術體繫 171
8.1 “煤炭+”多能互補零碳技術體繫 171
8.1.1 清潔煤電+CCUS技術 171
8.1.2 燃煤與太陽能耦合發電+CCUS技術 174
8.1.3 煤與生物質協同利用+CCUS技術 175
8.1.4 綠氫與煤炭轉化融合+CCUS技術 179
8.1.5 礦區風光儲熱一體化發展模式與關鍵技術 183
8.1.6 礦區中低溫地熱發電未來技術 188
8.2 “煤炭+”多能互補負碳技術體繫 190
8.2.1 礦區咸水層CO2封存技術 190
8.2.2 煤礦原位CO2與甲烷重整制氫技術 192
8.2.3 CO2礦化發電顛覆性技術 193
8.2.4 煤礦區CO2驅替煤層氣技術 198
8.2.5 CO2能源化資源化利用催化轉化技術 198
8.2.6 CO2捕集革新技術 201
第9章 煤礦區碳彙技術體繫 207
9.1 煤礦區生態碳彙擴容技術體繫 207
9.1.1 土壤碳庫重構與碳彙功能提升技術 207
9.1.2 植被碳庫重建與碳彙功能提升技術 208
9.1.3 立體空間碳彙技術 208
9.1.4 水體碳彙功能提升技術 209
9.1.5 地表塌陷修復治理碳彙恢復技術 210
9.2 煤礦區生態碳彙防損技術體繫 211
9.2.1 碳庫構建碳洩露風險防控技術 211
9.2.2 碳庫維護碳洩露風險防控技術 211
9.2.3 地表生態碳彙減損技術 211
9.3 煤礦區碳彙管理技術體繫 212
9.3.1 煤礦區碳彙監測技術 212
9.3.2 煤礦區碳彙計量評估技術 213
9.3.3 煤礦區碳彙交易管理技術 213
參考文獻 214

落實碳達峰碳中和國家戰略，煤炭必須在保障能源安全穩定供應的同時，實現低碳、零碳，甚至負碳。本書依托中國工程院咨詢研究項目，聚焦實現煤炭碳中和目標，繫統分析發達國家碳達峰前後現代化發展歷程以及我國國情和能源資源稟賦，研判碳中和目標下我國煤炭需求與地位變化，分析碳中和目標下煤炭科學產能資源量及支撐能力，理清煤炭行業面臨的挑戰與機遇；描繪煤炭碳中和戰略藍圖，提出煤炭碳中和發展戰略、重點任務和科技創新路徑；從煤炭開發利用碳中和技術體繫、“煤炭+”多能互補零碳負碳技術體繫、煤礦區碳彙技術體繫三個層次，提出煤炭碳中和的技術路徑及其關鍵核心支撐技術。本書可為煤炭及能源相關管理部門、研究機構及企事業單位提供參考，也可作為能源戰略、煤炭開發利用等相關專業的本科生、研究生教學用書。