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當(dāng)前，“雙碳”目標(biāo)已對煤炭行業(yè)整體技術(shù)布局和攻關(guān)方向提出了全新的要求，煤炭行業(yè)比過去任何時候都更加需要科技創(chuàng)新，需要用系統(tǒng)思維謀劃、從多個方面統(tǒng)籌未來煤炭科技發(fā)展路徑，全面推動能源安全新戰(zhàn)略向縱深發(fā)展。

為此，中國煤炭工業(yè)協(xié)會副會長、中國煤炭學(xué)會理事長劉峰研究員在《煤炭學(xué)報》2022年第1期撰文《雙碳背景下煤炭安全區(qū)間與綠色低碳技術(shù)路徑》（掃描下方二維碼免費下載閱讀），以科學(xué)定“量”、綠色提“ 質(zhì)”、創(chuàng)新領(lǐng)“路”為綱，探索推進(jìn)煤炭消費轉(zhuǎn)型升級的技術(shù)路徑。

煤炭是我國的主體能源和重要原料，從1949年至今累計生產(chǎn)煤量達(dá)960億t 以上，為國家經(jīng)濟社會發(fā)展提供了70%以上的一次能源，支撐了國內(nèi)生產(chǎn)總值年均增長9%以上，為中華民族偉大復(fù)興做出了不可磨滅的歷史貢獻(xiàn)。同時，煤炭行業(yè)一直緊跟時代步伐，堅持改革開放，圍繞生產(chǎn)、消費、技術(shù)、體制等4個方面不斷開展自我革命，煤炭科技創(chuàng)新能力顯著增強，清潔低碳利用步伐不斷加快，初步探索出一條安全、高效、綠色、智能的轉(zhuǎn)型升級發(fā)展之路。

然而，煤炭屬于傳統(tǒng)高碳化石能源，其大規(guī)模開發(fā)利用帶來的氣候變化、環(huán)境損傷、生態(tài)擾動等問題日益凸顯。加快能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級，推進(jìn)綠色低碳發(fā)展現(xiàn)已成為全球共識和大勢所趨。作為世界上最大的發(fā)展中國家，我國積極做出“30·60”雙碳目標(biāo)承諾，中央層面、部委層面、地方層面和多個行業(yè)加緊研究制定相關(guān)低碳政策和工作方案，踐行“雙碳”由國家戰(zhàn)略目標(biāo)轉(zhuǎn)化為指導(dǎo)各產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)性變革的具體舉措。作為“雙碳”目標(biāo)的主戰(zhàn)場，能源產(chǎn)業(yè)的減碳、降碳是我國“雙碳”工作的重點方向。由于我國以煤為主的能源稟賦現(xiàn)狀，在保障能源安全的基礎(chǔ)上，降低煤炭消費總量及其消費過程中的碳排放強度是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的必然選擇。

習(xí)近平總書記對煤炭行業(yè)的發(fā)展方向作出了明確指示：“立足國情、控制總量、兜住底線，有序減量替代，推進(jìn)煤炭消費轉(zhuǎn)型升級”。煤炭行業(yè)在多年自我革命的過程中，始終將綠色生產(chǎn)、節(jié)能提效、清潔利用、生態(tài)環(huán)保理念貫穿始終，致力于依靠科技進(jìn)步將煤炭工業(yè)發(fā)展為安全高效、清潔低碳的先進(jìn)產(chǎn)業(yè)：在“量”方面，經(jīng)過持續(xù)的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，煤炭消費占比已由改革開放初期的80%以上下降到2020年的56.8%，預(yù)測“十四五”末在我國能源消費的占比在50%左右，2030年碳達(dá)峰時占比在45%左右，對比美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家，實現(xiàn)碳達(dá)峰后煤炭消費仍有10~20a平臺期；在“質(zhì)”方面，目前我國85%以上的煤炭消費已經(jīng)基本實現(xiàn)清潔利用和超低排放，原煤入選率達(dá)74.1%，比2015年提高8.2%，形成了包含煤炭洗選、提質(zhì)加工、清潔轉(zhuǎn)化與污染物控制的潔凈煤技術(shù)體系，現(xiàn)代煤化工技術(shù)取得了全面突破。

當(dāng)前，“雙碳”目標(biāo)已對煤炭行業(yè)整體技術(shù)布局和攻關(guān)方向提出了全新的要求，煤炭行業(yè)比過去任何時候都更加需要科技創(chuàng)新，需要用系統(tǒng)思維謀劃、從多個方面統(tǒng)籌未來煤炭科技發(fā)展路徑，全面推動能源安全新戰(zhàn)略向縱深發(fā)展。因此，以科學(xué)定“量”、綠色提“質(zhì)”、創(chuàng)新領(lǐng)“路”為綱，探索推進(jìn)煤炭消費轉(zhuǎn)型升級的技術(shù)路徑：開展煤炭安全區(qū)間研究，分析安全區(qū)間上下限影響因素，提出煤炭安全區(qū)間需要研究的科學(xué)命題；總結(jié)不同時期煤炭綠色低碳的科技發(fā)展成果，剖析雙碳背景下煤炭科技創(chuàng)新發(fā)展的新需求；提出未來各領(lǐng)域技術(shù)攻關(guān)方向，為新形式下煤炭綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展的相關(guān)科技政策制定提供決策參考，對引導(dǎo)煤炭行業(yè)順應(yīng)能源革命新形勢、滿足行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展新要求、抓住世界經(jīng)濟和能源格局調(diào)整新機遇具有重要意義。

1.科學(xué)定“量”：開展煤炭安全區(qū)間研究

因此，煤炭雖然不是理想的綠色能源，但卻是我國資源最豐富、供給最有保障、生產(chǎn)和消費最為經(jīng)濟的能源品種，保能源安全的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)是保煤炭安全。

1.2 煤炭安全區(qū)間的涵義

能源的根本屬性是服務(wù)國家社會經(jīng)濟的發(fā)展，因此其安全性大于經(jīng)濟性大于低碳性。煤炭安全是我國能源安全最基礎(chǔ)、最重要的組成部分，包含可供性、可獲得性、穩(wěn)定性、可持續(xù)性和生態(tài)性等多方面要求。其中，可供性取決于我國煤炭資源的賦存狀況與勘探開發(fā)的相關(guān)度；可獲得性取決于開采技術(shù)工藝的成熟度及開采成本；穩(wěn)定性指煤炭供應(yīng)的可靠性與平穩(wěn)性，取決于宏觀調(diào)控手段與地緣政治因素；可持續(xù)性取決于煤炭資源的儲采比及其利用能效；生態(tài)性取決于煤炭的開發(fā)和利用方式對環(huán)境的損傷程度。

煤炭消費量受多種上下行因素共同影響，隨時間推移具有間歇性與波動性，主要體現(xiàn)在長期宏觀波動與短期微觀波動2個方面。長期宏觀波動是由于煤炭與油氣同屬化石能源，存在互補作用，在政策調(diào)控及地緣政治不穩(wěn)定因素造成油氣供給量波動時，會引發(fā)煤炭消費波動；而短期微觀波動是由我國煤炭自身的供需關(guān)系造成的，部分地區(qū)、部分品種、高峰時段能源供需平衡可能存在一定壓力，用電高峰期、冬季供暖期、水電枯水期等時段，煤炭消費量會出現(xiàn)短期微觀波動。

1.3 煤炭安全區(qū)間影響因素

1.3.1 區(qū)間上限下行壓力因素

（1）碳減排約束。據(jù)相關(guān)測算，煤炭消費產(chǎn)生的CO₂排放量占75%左右。國務(wù)院發(fā)布《2030年前碳達(dá)峰行動方案》中再次強調(diào)，煤炭消費“十四五”期間合理控制增長，“十五五”時期逐步減少。

（2）生態(tài)環(huán)保約束。煤炭開發(fā)和利用不可避免的造成環(huán)境損傷，如開采運輸過程中的地表沉陷、含水層破壞、廢水固廢等污染物排放，利用環(huán)節(jié)的燃煤大氣污染、煤化工廢水污染等。堅定不移走生態(tài)優(yōu)先綠色發(fā)展之路，就必然要求煤炭消費減量替代。

（3）能耗強度約束。2020年國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗比2019年下降0.1%。一方面，在能耗雙控制度下，煤炭消費增速變緩；另一方面，資源轉(zhuǎn)化效率的提高將促進(jìn)煤炭需求將逐步減小。

（4）資本投資約束。近年來，煤炭行業(yè)固定資產(chǎn)投資完成額呈整體下降趨勢。長期來看，預(yù)計雙碳目標(biāo)下資本對煤炭產(chǎn)能的投資意愿將進(jìn)一步下降。

（5）能源供給結(jié)構(gòu)優(yōu)化約束。要如期實現(xiàn)“碳達(dá)峰”目標(biāo)，就必須完成能源低碳化轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)低碳化調(diào)整，建立和完善符合高質(zhì)量發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)的綠色低碳循環(huán)現(xiàn)代經(jīng)濟體系，實現(xiàn)煤炭有序減量替代。

1.3.2 區(qū)間下限上浮支撐因素

（1）能源需求總量增長。我國仍處于社會主義初級階段，國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展需要能源作為根本支撐，在提高單位GDP能耗的同時，對于能源的需求總量也將逐步上升。

（2）能源安全兜底供應(yīng)。煤炭的兜底保障對于增強能源持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)和風(fēng)險管控能力具有重要意義，同時煤炭將在向新能源為主體的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變中發(fā)揮重要的支撐作用。

（3）煤炭儲備能力建設(shè)。增強煤炭儲備能力是促進(jìn)煤炭市場供需動態(tài)平衡、保障國家能源安全的重要舉措。國家正在推進(jìn)煤炭儲備能力建設(shè)，總目標(biāo)是在全國形成相當(dāng)于年煤炭消費量15%的煤炭儲備能力。

（4）煤炭供給結(jié)構(gòu)優(yōu)化。鞏固去產(chǎn)能成效，淘汰落后產(chǎn)能，釋放先進(jìn)產(chǎn)能，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)供應(yīng)，進(jìn)一步向資源稟賦好、競爭能力強的地區(qū)集中。

（5）煤炭清潔高效利用。燃煤發(fā)電清潔化與現(xiàn)代煤化工取得成效，煤炭清潔高效利用是我國能源轉(zhuǎn)型的立足點。煤炭由單一燃料向燃料和原料并重轉(zhuǎn)變將進(jìn)一步拓展煤炭的消費空間。

1.4 煤炭安全區(qū)間需研究的命題

1.4.1 保證煤炭安全的短期目標(biāo)與中長期目標(biāo)研究

在現(xiàn)有技術(shù)條件下，能源體系的低碳性、安全性與經(jīng)濟性還存在一定的矛盾，因此中央經(jīng)濟工作會議提出要正確認(rèn)識和把握碳達(dá)峰碳中和，要堅定不移推進(jìn)，但不可能畢其功于一役。因此必須處理好短期與中長期的關(guān)系，不把長期目標(biāo)短期化，系統(tǒng)目標(biāo)碎片化，不把持久戰(zhàn)打成突擊戰(zhàn)，杜絕“碳沖鋒”和“一刀切”、“運動式減碳”。

（1）短期目標(biāo)。① 開展精細(xì)化煤炭地質(zhì)勘探工作，摸清家底；② 增強煤炭儲備能力建設(shè)，既要加強煤炭資源精準(zhǔn)勘查，提升煤炭資源儲備，也要加強煤炭相關(guān)技術(shù)研發(fā)，提升煤炭開發(fā)能力儲備，更要合理建設(shè)煤炭倉儲設(shè)施，提升煤量儲備能力；③ 推動煤炭的清潔高效利用，攻關(guān)一批綠色低碳核心關(guān)鍵技術(shù)，推廣一批先進(jìn)適用潔凈煤技術(shù)。

（2）中長期目標(biāo)。① 提高生產(chǎn)、運輸、消費、儲存各環(huán)節(jié)的能效，實現(xiàn)可再生能源的全方位深度替代，構(gòu)建以新能源為主體的能源供給體系，降低煤炭安全區(qū)間上限；② 推動煤炭由單一燃料向燃料與原料并重轉(zhuǎn)變，增強煤炭的原料屬性，提高煤炭安全區(qū)間下限；③ 加速推進(jìn)各類儲能技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，減少調(diào)控，規(guī)避風(fēng)險，縮短煤炭安全區(qū)間長度。

1.4.2 防范“黑天鵝”和“灰犀牛”事件的煤炭安全區(qū)間下限臨界值研究

習(xí)近平總書記關(guān)于堅持底線思維著力防范化解重大風(fēng)險的講話提到，面對波譎云詭的國際形勢、復(fù)雜敏感的周邊環(huán)境、艱巨繁重的改革發(fā)展穩(wěn)定任務(wù)，必須始終保持高度警惕，既要高度警惕“黑天鵝”事件，也要防范“灰犀牛”事件。國家“十四五”規(guī)劃要求：切實維護(hù)能源安全；增強能源持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)和風(fēng)險管控能力，實現(xiàn)煤炭供應(yīng)安全兜底、油氣核心需求依靠自保、電力供應(yīng)穩(wěn)定可靠；保持原油和天然氣穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，做好煤制油氣戰(zhàn)略基地規(guī)劃布局和管控；加強煤炭儲備能力建設(shè)。

需要研究在不可預(yù)知的風(fēng)險來臨時，或可預(yù)見的重大隱患發(fā)生后，核能、油氣、可再生能源的自保能力的自主可控量，煤炭完成安全兜底保障任務(wù)的下限臨界值，煤炭儲備能力建設(shè)的基數(shù)。

1.4.3 煤炭安全區(qū)間長度隨煤炭儲備能力建設(shè)與供給體系優(yōu)化的動態(tài)關(guān)系

研究建立多角色、多用途、多梯度、多輻射強度的煤炭儲備能力，推動煤炭儲備能力建設(shè)市場化。儲備能力建設(shè)決定煤炭區(qū)間的長度，隨著儲備能力增強，煤炭安全區(qū)間的長度縮短，煤炭消費趨于穩(wěn)定發(fā)展。

在未來以新能源為主體的清潔能源供應(yīng)體系下，新能源滿足基荷和腰荷，煤電滿足峰荷。需要研究煤炭安全區(qū)間隨峰荷變化、儲備能力變化的動態(tài)時空關(guān)系。

1.4.4 煤炭安全區(qū)間與政策調(diào)控效力的相互關(guān)系

從2021年煤電保供形勢來看，常規(guī)的政策見招拆招不足以達(dá)到理想效果，需要政策更有力度并增強預(yù)見性，防范問題的出現(xiàn)或擴大化，造成不利影響。因此中央經(jīng)濟工作會議提出政策發(fā)力要適當(dāng)靠前，保持經(jīng)濟運行在合理區(qū)間。

當(dāng)煤炭消費量瀕臨安全區(qū)間上、下限時，意味著煤炭行業(yè)發(fā)展瀕臨失調(diào)或衰退。綜合考慮宏觀調(diào)控效力、調(diào)控周期、政策的慣性及其敏感響應(yīng)等因素，研究指定時段中煤炭在安全區(qū)間內(nèi)波動時的最佳調(diào)控時機。

煤炭安全區(qū)間是一個多學(xué)科交叉的復(fù)雜科學(xué)問題，涉及地質(zhì)勘探學(xué)、資源經(jīng)濟學(xué)、社會經(jīng)濟學(xué)、氣候經(jīng)濟學(xué)、政治經(jīng)濟學(xué)、環(huán)境學(xué)等，同時也是關(guān)系國民經(jīng)濟發(fā)展和社會安全穩(wěn)定的重大戰(zhàn)略問題。下一步需要對上述命題開展進(jìn)一步研究，遴選煤炭安全區(qū)間的評估指標(biāo)，研究評估方法，建立評估模型，提出調(diào)控措施建議。

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綠色提“質(zhì)”:綠色低碳技術(shù)路徑研究

2.1 煤炭綠色低碳科技發(fā)展歷程

中華人民共和國成立后，改革舊式采煤方法，將落后的穿硐室、高落式、殘柱式、房柱式、刀柱式等采煤方法逐漸改革為長壁式采煤方法。20世紀(jì)60年代，我國煤礦回采工作面采用金屬支護(hù)取代木支護(hù)，逐步淘汰落后的柱式體系采煤法，開始夯實壁式采煤法的主體地位。20世紀(jì)70年代，伴隨著滾筒采煤機的問世，采煤機、單體支柱、金屬頂梁和刮板輸送機配套的普通機械化采煤方法逐步推廣與應(yīng)用。20世紀(jì)70年代后期，單體液壓支柱研發(fā)成功并大規(guī)模推廣，使得普采逐漸發(fā)展為高檔普采，提高了資源回收率，改善了工人勞動環(huán)境和安全生產(chǎn)條件。

2.1.2 第2階段（1978—1993年）：煤炭工業(yè)發(fā)展改革階段

該階段，隨著改革開放的實施，社會經(jīng)濟對煤炭的需求進(jìn)一步激增，地方鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦粗放發(fā)展，供需緊張與安全問題仍是行業(yè)面臨的主要矛盾。綜采技術(shù)的推廣普及使我國煤炭產(chǎn)量由1978年的6.18億t提升到1993年的11.5億t，百萬噸死亡率由1978年的9.44%降到1993年的4.78%；同時，原煤入選率由1978年的16.7%提高到1990年的17.7%。

20世紀(jì)80年代美國率先提出潔凈煤技術(shù)，我國從20世紀(jì)90年代初開始重視煤炭清潔利用，以解決煤炭利用引起的環(huán)境問題。1994年2月，國務(wù)院召開了“關(guān)于研究我國大力開發(fā)推廣潔凈煤技術(shù)問題會議”，確定成立了國家潔凈煤技術(shù)開發(fā)推廣領(lǐng)導(dǎo)小組。1997年，發(fā)布了《中國潔凈煤技術(shù)“九五”計劃和2010年發(fā)展綱要》，確立了我國潔凈煤技術(shù)發(fā)展框架。2001年，首次將“潔凈煤技術(shù)”作為能源技術(shù)領(lǐng)域兩大主題之一，支持煤液化、水煤漿氣化和干煤粉加壓氣化、IGCC電站模擬、高效超臨界發(fā)電、低成本脫硫脫硝等技術(shù)研發(fā)和工業(yè)示范。

2.1.4 第4階段（2006—2016年）：煤炭清潔高效利用發(fā)展階段

該階段，我國煤炭資源開發(fā)利用理論與技術(shù)進(jìn)步顯著，安全高效綠色清潔的共識進(jìn)一步凝聚。謝克昌院士提出要“科學(xué)認(rèn)識煤化工”，謝和平院士呼吁提高“科學(xué)產(chǎn)能”，袁亮院士提出“精準(zhǔn)開采”構(gòu)想，一系列適應(yīng)“煤的清潔高效開發(fā)利用”的指導(dǎo)思想涌現(xiàn)；同時，將“燃煤污染物綜合控制和利用的技術(shù)與裝備”等確定為優(yōu)先主題的重點研究內(nèi)容。2016年原煤入選率68.9%，比2005年提高35%；煤矸石綜合利用率保持較高水平，由2008年的60%穩(wěn)步保持到2016年的66.4%；礦井水利用率由2008年的48.5%提高到2016年的70.6%；煤礦土地復(fù)墾率由2005年的24%提升至2016年的48%。

黨的十九大提出，我國經(jīng)濟由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段。煤炭行業(yè)也由總量型去產(chǎn)能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)型去產(chǎn)能，由單一燃料向燃料與原料并重轉(zhuǎn)變。

美國、日本、歐盟等發(fā)達(dá)國家均把能源技術(shù)創(chuàng)新視為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的突破口，力爭實現(xiàn)化石能源的低碳化革命。面對新時代賦予煤炭行業(yè)的新定位和新要求，伴隨著煤炭產(chǎn)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型步伐加快，我國更加需要創(chuàng)新低碳科技，在煤炭開發(fā)、利用、環(huán)境保護(hù)、煤炭與新能源協(xié)同等領(lǐng)域加強科技攻關(guān)與任務(wù)布局。

發(fā)達(dá)國家積極發(fā)展智能制造，制定了智能制造戰(zhàn)略，提升了智能化裝備設(shè)計制造水平和可靠性水平，如德國推出了工業(yè)4.0、美國積極布局工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、澳大利亞廣泛推廣長壁工作面自動化技術(shù)和三維移動定位技術(shù)、日本小松和德國艾克夫也開始在智能采礦領(lǐng)域推廣裝備。

此外，我國構(gòu)建的以充填開采、煤與瓦斯共采、保水開采、優(yōu)質(zhì)遺煤精采細(xì)采、無煤柱開采等為主的綠色開采理論與技術(shù)體系，亟需加強綠色開采模式、開采設(shè)計和技術(shù)裝備等方面研究。同時，隨著煤炭開發(fā)重心向西部轉(zhuǎn)移，亟需針對西部生態(tài)脆弱區(qū)攻關(guān)低損害開采與生態(tài)環(huán)境保護(hù)理論與技術(shù)，形成礦區(qū)環(huán)境采動損傷精準(zhǔn)監(jiān)測感知與控制、礦區(qū)生態(tài)健康預(yù)警與修復(fù)技術(shù)體系等。

在700℃超超臨界發(fā)電、先進(jìn)IGCC/IGFC及多聯(lián)產(chǎn)等領(lǐng)域，美國、日本、歐盟等發(fā)達(dá)國家超前部署，商業(yè)化應(yīng)用走在世界前列。在煤炭深加工及CO₂捕集循環(huán)利用方面，美國積極部署煤基高性能材料、煤基電池材料、煤基復(fù)合建筑材料等研發(fā)，并于2020年投入2.7億美元支持CCUS項目發(fā)展。

在煤炭產(chǎn)業(yè)低碳轉(zhuǎn)型背景下，未來亟需對700 ℃等級高溫合金材料、低階煤規(guī)?；豳|(zhì)利用、煤炭轉(zhuǎn)化與產(chǎn)品深加工成套裝置、低成本CCUS等領(lǐng)域持續(xù)加大核心技術(shù)攻關(guān)，推動煤炭清潔低碳利用。

發(fā)達(dá)國家通過嚴(yán)格立法、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移、技術(shù)進(jìn)步等手段促進(jìn)環(huán)境質(zhì)量改善，在煤礦開采前就已設(shè)計好污染物處理、固廢利用、土地復(fù)墾等措施，實現(xiàn)了水、氣、渣等廢棄物的無害、減量、資源化利用。

此外，針對黃河流域煤炭資源綠色開采與生態(tài)修復(fù)的高要求，亟需研發(fā)煤水資源協(xié)調(diào)開采技術(shù)、采空沉陷區(qū)精細(xì)治理與安全高效利用技術(shù)、局部精準(zhǔn)充填技術(shù)、井下采—選—充一體化技術(shù)及裝備、礦區(qū)固廢資源利用技術(shù)等。

發(fā)達(dá)國家已掌握煤炭轉(zhuǎn)化、綠電制氫、光熱發(fā)電、先進(jìn)燃料電池等核心技術(shù)，初步實現(xiàn)了煤炭與清潔能源協(xié)同發(fā)展，既有利于煤炭行業(yè)碳減排，又可大幅提升清潔能源應(yīng)用規(guī)模。

當(dāng)前，我國煤炭與清潔能源協(xié)同耦合利用主要體現(xiàn)在電力調(diào)配上，未來亟需開展煤炭與清潔能源在化學(xué)轉(zhuǎn)化、電力、熱力等多場景下的深度協(xié)同研究，攻關(guān)風(fēng)能、水能、太陽能等發(fā)電制氫與煤轉(zhuǎn)化過程耦合、生物質(zhì)能與煤形成共轉(zhuǎn)化（如共熱解、共氣化、共液化）等多項深度耦合技術(shù)，協(xié)同提升能源系統(tǒng)整體用能效率。

3.創(chuàng)新領(lǐng)“路”:綠色低碳技術(shù)重點方向

3.1.1 智能綠色開采

（2）煤礦智能快速掘進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)。研究掘進(jìn)設(shè)備可靠性、巷道圍巖狀態(tài)在線感知、巷道圍巖時效控制、低能耗高效截割、掘進(jìn)粉塵綜合防治等五類智能掘進(jìn)保障技術(shù)；攻克掘錨（探）一體化、自動截割、智能支護(hù)、掘進(jìn)導(dǎo)航、遠(yuǎn)程集控等智能掘進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)；研發(fā)井下空間定位導(dǎo)航新技術(shù)、掘錨一體機器人、掘進(jìn)工作面高精度智能感知與數(shù)字孿生、掘進(jìn)系統(tǒng)平臺化等。

（4）煤礦綠色開采關(guān)鍵技術(shù)。研究基于西部煤炭主產(chǎn)區(qū)的煤炭開采地下水運移規(guī)律、地表生態(tài)損傷機理和固體廢棄物有毒物質(zhì)遷移變化規(guī)律，攻克優(yōu)質(zhì)難采遺留煤炭資源精采細(xì)采技術(shù)、地下水保護(hù)和生態(tài)減損的開采工藝、西部礦井水井下儲用和地表生態(tài)恢復(fù)重建技術(shù)、東中西不同采煤區(qū)的地表植被修復(fù)技術(shù)等。

（1）超超臨界發(fā)電技術(shù)。研制超超臨界發(fā)電技術(shù)高溫材料，開發(fā)630 ℃超超臨界二次再熱技術(shù)、650 ℃/700 ℃超超臨界發(fā)電技術(shù)；開發(fā)適合我國電網(wǎng)需求的大容量、高參數(shù)靈活調(diào)峰下一代超超臨界發(fā)電機組技術(shù)；強化機組潔凈化發(fā)電技術(shù)，研究現(xiàn)有機組NO_x、SO₂、汞、SO₃等污染物生成與排放規(guī)律，實現(xiàn)燃煤發(fā)電的超低排放。

（3）煤經(jīng)合成氣一步法制化學(xué)品關(guān)鍵技術(shù)。煤經(jīng)合成氣一步法轉(zhuǎn)化液體燃料和高值化學(xué)品技術(shù)，實現(xiàn)煤氣化合成氣不需水煤氣變換，一步高選擇性合成目標(biāo)化學(xué)品，可大幅減少水耗和能耗。煤經(jīng)合成氣一步法制化學(xué)品技術(shù)制烯烴在陜西榆林進(jìn)行工業(yè)性試驗，制取了高品質(zhì)汽油、芳烴和含氧化合物。未來重點攻關(guān)方向是新型功能催化劑的研究。

（1）關(guān)閉礦井瓦斯抽采技術(shù)。開發(fā)關(guān)閉礦井煤層氣資源評價及“甜點”優(yōu)選技術(shù)，研制關(guān)閉礦井煤層氣立體全空間精準(zhǔn)探測技術(shù)與裝備、礦井“呼吸”監(jiān)測技術(shù)及瓦斯抽采裝備等。

（3）低品位氣源分布式發(fā)電技術(shù)。研究多能互補基礎(chǔ)理論，研發(fā)瓦斯發(fā)電、地?zé)?、太陽能、風(fēng)能多能互補技術(shù)及裝備及示范；研制分布式煤層氣資源儲能技術(shù)及裝備；開發(fā)低濃度煤層氣與抽采管路內(nèi)高濃度煤層氣、煤制氣管網(wǎng)內(nèi)氣體及其他可配高濃度氣體的智能混配技術(shù)及裝備。

（1）黃河流域煤炭開發(fā)生態(tài)修復(fù)機制與關(guān)鍵技術(shù)。圍繞黃土區(qū)、風(fēng)沙區(qū)、沖積平原區(qū)，研究煤炭開采對生態(tài)環(huán)境因子以及生態(tài)系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)的影響過程及演變規(guī)律；基于黃河流域不同區(qū)域煤炭開發(fā)的生態(tài)環(huán)境影響特征，結(jié)合區(qū)域地理環(huán)境特征及社會需求，研究流域煤礦脆弱區(qū)開發(fā)過程對水土流失、水沙運移、土壤提質(zhì)、生態(tài)重構(gòu)的影響程度與范圍，揭示沖積平原煤礦區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)原理，開發(fā)耕地生產(chǎn)力受損修復(fù)方法。

3.2 低碳融合技術(shù)

系統(tǒng)評價井工煤礦地下空間地質(zhì)存儲的適應(yīng)性和可改造性，開展關(guān)閉礦井地下空間資源定量評估；選擇地?zé)豳Y源豐富的廢棄礦井，研發(fā)地?zé)豳Y源反季節(jié)循環(huán)利用技術(shù)和關(guān)鍵裝備、設(shè)計智能監(jiān)控系統(tǒng)；推進(jìn)廢棄礦井地下倉儲、煤層氣抽采等其他綜合利用技術(shù)的應(yīng)用，并建設(shè)廢棄礦井地下空間資源利用示范工程。同時，針對煤礦地下建設(shè)抽水蓄能電站、壓縮空氣蓄能、儲油、儲氣、地?zé)豳Y源開發(fā)等不同利用方式的空間條件要求，開展圍巖適應(yīng)性評價與改造，研究長期蓄水和循環(huán)放水條件下煤巖流固耦合行為與響應(yīng)特征，及礦井和巷道等儲水庫長期穩(wěn)定性、安全性和密閉性技術(shù)。

（1）大規(guī)模低成本綠氫制備技術(shù)。研發(fā)超低載量或有序化膜電極、低成本高性能的隔膜材料、膜電極、雙極板等減少貴金屬催化劑用量等，攻克適應(yīng)寬功率波動的大容量電解制氫設(shè)備及其大容量線性擴容集成與調(diào)控技術(shù)。

3.2.3 煤與生物質(zhì)、廢棄物協(xié)同利用

3.2.4 地?zé)豳Y源利用

3.3 顛覆突破技術(shù)

研發(fā)深部原位流態(tài)化開采的地質(zhì)保障技術(shù)、精準(zhǔn)導(dǎo)航技術(shù)、智能開拓布局技術(shù)、智能化分選技術(shù)；研發(fā)深部原位采-選-充-電-氣-熱一體化流態(tài)化開采技術(shù)、無人化智能輸送與提升技術(shù)；研發(fā)深部原位能量誘導(dǎo)物理破碎流態(tài)化開采技術(shù)、化學(xué)轉(zhuǎn)化流態(tài)化開采技術(shù)、生物降解流態(tài)化開采技術(shù)和煤粉爆燃發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)等。

突破煤制高能燃料和高值化學(xué)品關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建煤基組分定向制備高能液體燃料理論，研制相關(guān)過程核心裝置，開發(fā)特種蠟、PAO潤滑油、特殊取代基芳烴和混合醇等高值油品和化學(xué)品。

研究煤基石墨化結(jié)構(gòu)材料（高性能石墨、石墨烯、碳納米管、富勒烯）、碳基儲能材料（多孔炭、負(fù)極材料）、碳纖維及其復(fù)材等功能碳材料制備的關(guān)鍵科學(xué)問題和工程基礎(chǔ)問題，構(gòu)建高性能鋰離子電池、燃料電池和超級電容器等儲能器件，開發(fā)能量密度高、功率密度高、循環(huán)壽命長和安全性高的器件制備技術(shù)。

研究井下甲烷、CO₂原位制氫低溫化技術(shù)，基于羧甲基纖維素鈉（CMC）礦化電池原理，開展陽極氣體室催化劑改性，建立重整、制氫、產(chǎn)堿、制酸、發(fā)電一體化技術(shù)體系；此外，研究井下甲烷、CO₂原位制氫高溫化技術(shù)，改進(jìn)質(zhì)子傳導(dǎo)的高溫固體氧化物燃料電池技術(shù)，研發(fā)新型燃料電池。

聚焦亞臨界及超臨界CO₂在多孔介質(zhì)中的運移特性研究，開發(fā)CO₂在常規(guī)煤巖儲層、常規(guī)及非常規(guī)油氣儲層、深部咸水層和深海巖層中的封存技術(shù)，研究CO₂電化學(xué)捕集技術(shù)，CO₂驅(qū)替置換煤層氣、石油、頁巖氣和可燃冰等技術(shù)，研究CO₂制金剛石、CO₂加氫制甲醇和CO₂合成聚氨酯等技術(shù)。

研發(fā)煤礦采空區(qū)、殘采區(qū)、關(guān)閉空間井下空間封存CO₂的機理、地質(zhì)條件、精準(zhǔn)智能監(jiān)測、封存穩(wěn)定性控制研究，開展井下CO₂封存工程示范。

開展強化煤層氣開采過程中甲烷脫附與CO₂吸附機理、CO₂-輕烴-巖石系統(tǒng)組分傳質(zhì)、相關(guān)組分在固體介質(zhì)表面吸附解析等基礎(chǔ)研究；研發(fā)吸附態(tài)CO₂監(jiān)測技術(shù)，研制驅(qū)煤層氣、頁巖氣與封存壓裂設(shè)備。

研發(fā)高效低能耗CO₂吸收劑、吸附劑、膜材料對捕集CO₂的強化機制，攻克規(guī)模化儲備技術(shù)，突破大規(guī)模高效低能耗吸附法/膜分離法CO₂捕集技術(shù)和CO₂電化學(xué)捕集技術(shù)；研究提升有機電解液抗氧中毒能力，規(guī)?；苽溆袡C電解液工藝，并開發(fā)高電流密度捕集器件。

研究地球大空間CO₂地質(zhì)平衡情形，開發(fā)拓展除鈣、鎂元素礦物之外的礦物原料種類與規(guī)模，包括研究大規(guī)模采礦固廢副產(chǎn)物固化CO₂，影響礦化反應(yīng)的元素及先進(jìn)礦化技術(shù)、工藝、裝備，提高礦物/廢渣礦化反應(yīng)活性和效率、降低過程能耗工藝，煙氣CO₂直接礦化固定關(guān)鍵技術(shù)。