能源区块链与双碳战略研究｜五种常见的可再生能源

机遇和挑战见下面：

主要机遇包括：经济全面绿色转型升级，构建形成高质量的以创新驱动和绿色低碳为导向的绿色产业经济体系，可再生能源利用技术、工业、建筑、交通等领域终端能源利用电气化技术快速发展。挑战是我国能源禀赋多煤、贫油、少气，电力供给结构短中期仍将以煤炭为主导，转型难度大，交通、工业、建筑等部门脱碳关键核心技术仍待突破。

应用领域正不断扩展

可资源化利用的生物质材料主要包括直接利用光合作用合成有机物的植物，如农作物秸秆、稻壳、玉米芯、废弃木材和城市垃圾等还包括间接利用光合作用产物而形成的有机质，如畜禽粪便、蟹壳、虾皮和贝壳等，以及光能自养型的原核生物藻类。

目前，生物质高效综合利用领域分布在能源、生态农业、环境修复、建材等。以能源领域应用为例，包括生物质制乙醇和生物质发电。前者是生物质高效综合利用最传统的途径，我国2018年生物质燃料乙醇产量约为340万吨，逐渐成为液体燃料的重要组成部分后者在国家财政补贴的大力支持下，发电规模迅速增长，生物质发电量2019年已达1111亿千瓦时。

以生态农业领域为例，秸秆还田是重要一环，重点在于秸秆的收集和就近还田。生物质通过堆肥等发酵方法制备的有机肥，可以有效提高农田有机质含量和土壤肥力，完善农作物根系的生态系统功能，实现农作物优质增产。

生物质材料未来的应用领域正向高值化利用方向拓展，如模块化建材、生物质碳纤维、生物质储能材料、生物质环境修复材料等。

在模块化建材方面，秸秆复合墙板、重组木、新型纤维板、木塑复合材料和生物钢等涉及生物质建材的几大成型产业，将为建筑行业装配式被动房的模块化、环保化和节能化作出重要贡献。

在生物质材料还田方面，一些新的应用技术正接近实用化，如生物质可降解地膜、生物炭直接还田等正获得小规模推广。

在生物质碳纤维方面，优质的生物质基碳纤维前驱体是重要方向。木质素含碳量比纤维素高，采用干喷湿纺碳化和熔融纺丝的工艺制备木质素碳纤维，提高木质素的热熔性和可纺性是未来的研究趋势。

在生物质储能方面，利用生物质材料制备炭材料，用作电池中石墨的替代品，提升锂离子电池的储能性能。在生物质环境修复方面，生物炭材料在其中的应用前景也最大。

“双碳”背景下煤炭行业高质量发展探讨

欧凯 张宁 吴立新 索婷

（煤炭工业规划设计研究院有限公司）

新中国成立以来，在党中央、国务院的正确领导下，煤炭工业在百业待兴的基础上起步，在艰苦奋斗中前进，在改革开放中发展，尤其是进入新时代以来，行业发展不断实现新突破，取得了举世瞩目的成就。近两年，碳达峰碳中和目标背景下煤炭消费减量，煤炭消费比重下降，煤炭行业发展受到一定影响，同时也给煤炭行业带来转型升级的机遇。

一、煤炭工业具备高质量发展基础

在一代代煤炭人的艰苦奋斗下，煤炭行业从无到有，煤炭工业从小到大、由弱到强，实现了从起步、腾飞到跨越的巨变，作为我国重要的能源基础产业，为国民经济和 社会 发展注入了强大动力。

（一）对国家经济 社会 发展的能源供应保障能力增强

我国煤矿“三机一架”的装备制造能力处在世界前列，年产千万吨综采技术和装备达到世界领先水平。行业持续推动化解过剩产能、淘汰落后产能、建设先进产能，全国煤炭供给质量显著提高。“十三五”期间，全国累计退出煤矿5500处左右、退出落后煤炭产能10亿吨/年以上，安置职工100万人左右，超额完成化解过剩产能目标。截至2020年底，全国建成年产120万吨以上的大型现代化煤矿约1200处，产量占全国煤炭产量的80%左右，其中，建成年产千万吨级煤矿52处，产能8.2亿吨/年。全国年产30万吨以下的煤矿1129处，产能1.48亿吨/年左右。

自新中国成立至2020年底，煤炭行业贡献了约924亿吨煤炭。我国煤炭年产量由 1949年的3432万吨，增加到1978年的6.8亿吨，到2013年的最高点为39.7亿吨，2020年产量为39亿吨，支撑了我国GDP由1978年的3645亿元增加到2020年的101万亿元。煤矿安全法律法规标准体系不断完善，煤矿安全生产责任制度体系不断健全，安全 科技 装备水平大幅提升，安全生产投入大幅增加，煤矿职工安全培训不断强化，促进煤矿安全生产形势有了明显好转。煤炭百万吨死亡率由1978年的9.713下降至2020年的0.059。煤炭安全供应保障能力实现跨越式提升。

（二）具备高质量发展的 科技 创新能力

煤炭行业技术创新体系不断健全完善， 科技 创新驱动发展的能力显著增强。特厚煤层综放开采、煤与瓦斯共采、燃煤超低排放发电、高效煤粉型工业锅炉、现代煤化工技术等达到国际领先水平。充填开采、保水开采、煤与瓦斯共采、无煤柱开采等煤炭绿色开采技术得到推广应用，煤炭资源回收率显著提升。煤矿机械化、自动化、智能化、数字化、绿色化转型全面提速。2020年 ，原煤入洗率达到74.1%，比2015年提高8.2个百分点。矿井水综合利用率、煤矸石综合利用处置率、井下瓦斯抽采利用率分别达到78.7%、72.2%、44.8%。建成400多个智能化采掘工作面，实现了地面一键启动，井下有人巡视、无人值守。采煤、钻锚、巡检等10种煤矿机器人在井下实施作业，71处煤矿列入国家首批智能化示范建设煤矿。

煤炭由单一燃料向燃料与原料并重转变取得新进展。2020年，煤制油、煤制烯烃、煤制气、煤制乙二醇产能分别达到931万吨/年、1582万吨/年、51亿立方米/年、489万吨/年。煤炭上下游产业融合发展，煤电、煤焦、煤化、煤钢一体化发展趋势明显。

（三）不断完善的市场化体系为高质量发展提供制度保障

新中国成立以来，煤炭工业生产力水平不断提升，同时，也在不断进行体制改革 探索 ，从最开始的完全计划经济，到计划经济和市场相结合，再到完全市场化，为国家经济体制和市场化改革提供了实践样本。

我国煤炭工业完成从新中国成立初期的计划经济体制，到改革开放时期的政府定价向市场化定价转变。1993年开始，我国确立了以市场形成价格为主的煤炭价格机制。1994年1月，国家取消了统一的煤炭计划价格，除电煤实行政府指导价外，其他煤炭全部放开。2004年，我国建立煤电价格联动机制，形成电煤价格“双轨制”。2013年，煤炭价格实现完全市场化定价，市场在配置资源中的决定性作用越来越突出。2016年以来，煤炭行业作为推动供给侧结构性改革的试点行业，煤炭上下游企业逐渐建立了中长期合同制度和“基础价+浮动价”的定价机制，发挥了煤炭市场平稳运行“压舱石”和“稳定器”的作用。2021年9月26日召开的国务院常务会议决定，对尚未实现市场化交易的燃煤发电电量，从2022年1月1日起，取消煤电价格联动机制，将现行标杆上网电价机制，改为“基准价+上下浮动”的市场化机制。这意味着，我国将告别已经实行了15年的煤电价格联动机制。

二、“双碳”目标下煤炭高质量发展对能源低碳转型将发挥重要支撑作用

以煤为主的能源资源禀赋，决定了未来相当长一段时间我国经济 社会 发展仍将离不开煤炭。在碳达峰碳中和过程中，仍需要煤炭发挥基础能源作用，为经济 社会 发展提供能源兜底保障。

（一）煤炭是新能源发展的有力支撑

“双碳”目标下，风、光等可再生能源发电成为增量电力供应的主要来源。近年来，我国大力发展新能源技术，非化石能源发电在我国电力结构中的占比显著上升。然而，受气候、天气、光照等人为不可控的自然条件影响，可再生能源供给能力不确定性大，提供的主要是能源量，能源供应和调节能力有限。可再生能源大比例接入电网，给电网的安全稳定运行带来严峻挑战，需要清洁高效的燃煤发电等灵活性电源作为调峰电源平抑电力波动。我国在大力发展风能、太阳能等可再生能源发电技术，逐步提高非化石能源发电占比，持续优化电力结构的过程中，仍需要煤炭煤电的有力支撑。预计到2060年实现碳中和后，燃煤发电装机规模仍需保持3亿至4亿千瓦，年耗煤量3.9 亿吨 6.4亿吨。

（二）煤炭是能源安全的“压舱石”

能源安全稳定供应是一个国家安全的保障和强盛的基石。在国际能源博弈和地缘政治冲突不断加剧的背景下，煤炭依然是国家能源安全的“压舱石”，短期内没有资源能替代煤炭的兜底保障作用。应当深刻认识我国能源资源禀赋、经济 社会 发展要求和能源发展规律。2020年12月21日，国务院新闻办公室发布《新时代的中国能源发展》白皮书，明确提出推进煤炭安全智能绿色开发利用，努力建设集约、安全、高效、清洁的煤炭工业体系，煤炭仍然是我国最经济安全的能源资源。

煤炭具备适应我国能源需求变化的开发能力，具有开发利用的成本优势，煤炭清洁高效转化技术经过“技术示范”“升级示范”已趋于成熟，具备短期内形成大规模油气接续能力的基础，应当充分发挥煤炭在平衡能源品种中的作用，保障我国能源安全。

三、“双碳”目标下煤炭行业迎来高质量发展机遇

“双碳”目标对于煤炭行业既是巨大挑战，也是空前机遇。在挑战与机遇并存下，煤炭行业势必迎来新一轮技术升级和产业转型。煤炭行业由自动化向智能化、无人化迈进，由超低排放向近零排放、零排放迈进。可以预见的是，自2021年到2060年，煤炭在能源消费中的占比将逐步下降，由主体能源转变为基础能源，再由基础能源转变为保障能源，最后转变为支撑能源，也代表着我国煤炭行业将向着绿色智能的方向快速迈进。

（一）依托技术革新，向高质量高技术产业发展

当前煤炭行业正处于第四次煤炭技术革命时期，应当以此次技术革命为契机，推动煤炭产业向着数字化、智能化的新产业和新业态转型。“双碳”目标下，煤炭产量将回归合理规模，走高质量发展、高端发展之路，迈向更加重视生产、加工、储运、消费全过程安全、绿色、低碳、经济的存量时代，走优质、高效、洁净、低耗的能源可持续发展道路。

未来将有更多煤矿采用高效节能的技术和设备，着力建设碳中和示范矿区引领工程，开展余热、余压、节水、节材等综合利用节能项目，持续优化煤炭开发利用工艺、技术和系统性管理，提高煤炭资源开发利用效率。

逐步将煤矿开采由机械化、自动化向数字化升级，打造采掘智能化、井下无人化、地面无煤化，最大限度地减少采煤过程对生态环境的破坏。聚焦“绿色开采、清洁利用、生态治理”的产业方向，构建实时透明的煤矿采运、洗选、治理等数据链条，不断优化智慧决策模型，建设现代化煤炭经济体系，将数字技术融入到煤炭资源的开发、加工、利用全产业链，全面提升煤炭的管理治理水平和综合利用效率。最终步入井下无人、地上无煤的煤炭工业5.0时代，实现深地原位利用，煤、电、气、热、水、油实现一体化供应，以及太阳能、风能、抽水蓄能与煤炭协同开发，基本实现近零排放。

（二）依托生态修复，打造绿色经济新的增长点

在淘汰落后产能的过程中，废弃矿区也在逐渐增加。可以通过矿区生态修复来增加生态碳汇。未来亟需开展全生命周期矿山生态修复理论与技术链，重点包括减沉保水协调开采、充填开采、土壤修复与生物多样性恢复关键技术等。选择适应性强、生长良好的树种和草种进行造林绿化，通过“地貌重塑、土壤重构、植被重建、景观重现、生物多样性重组与保护”工程技术对矿区损毁土地进行修复，改善土壤理化性质，创造新的经济效益，提高土壤碳截获能力，增加植物碳储量。

矿井空间包括矿区地面空间和地下空间。数据显示，我国煤矿塌陷区面积超过两万平方公里，井下空间体积超过156亿立方米，空间利用潜力巨大。例如，以发展煤基综合能源基地为目标，矿井地面空间利用包括发展风、光电站；井下空间利用包括开发抽水蓄能电站、化学储能、地热能开发、二氧化碳封存等。当前矿井空间初步开发，仅包括建设地面光伏电站、井下博览馆等，未来可利用矿井空间发展可再生能源、现代农业、现代医疗等。预计到2030年，我国关闭或废弃矿井将达到1.5万处，大量土地资源被闲置。而与此同时，随着我国光伏产业发展迅猛，可利用建设光伏电站的土地愈发紧缺。因而利用采矿沉陷区进行光伏电站建设，把光伏发电和矿山生态治理相结合，既能解决土地资源有效利用问题，又对生态环境治理具有积极意义。

（三）依托多能互补，建设高效、绿色、经济的综合能源基地

煤炭与可再生能源具有良好的互补性。煤炭与可再生能源在燃烧和化学转化方面的耦合，逐步形成模式，突破了一系列技术难点，为煤炭与可再生能源深度耦合提供了良好基础。同时，煤矿区具有发展可再生能源的先天优势，除了丰富的煤炭资源外，还有大量的土地、风、光等其他资源，采煤沉陷区可为燃煤发电和风光发电深度耦合提供土地资源。煤矿井巷和采空区形成的地下空间，可用于抽水蓄能、井下碳吸附和碳储存、地热能等开发利用。

煤炭企业具备主动发展新能源的条件，可以充分发挥煤矿区优势，以煤电为核心，与太阳能发电、风电协同发展，构建多能互补的清洁能源系统，将煤矿区建设成为地面－井下一体化的风、光、电、热、气多元协同的综合能源基地。

四、结语

立足我国能源资源条件和经济 社会 发展需求，对标“双碳”目标实现，依托 科技 创新和系统性变革，通过高效转化和循环利用，煤炭将更多用于生产煤基高端化工品和碳材料等精品；通过与可再生能源等多元互补，煤矿将成为现代能源供应系统基地；通过充分利用煤矿区地面地下空间和资源，煤矿区将成为清洁能源生产基地；煤炭企业将成为新能源开发的参与者、煤基高端材料和高价值产品的引领者。

9月，全国各地拉闸限电的消息开始在互联网上不断发酵。随着东北地区在用电高峰期对居民实施突然的拉闸限电，让这场电力行业热门话题一下子发展成为全民热点，进而也引发了对能源利用更为深入的思考。显然，随着我国经济的快速发展，能源危机和环境污染加重的背景下，要实现碳达峰、碳中和目标，大规模、高比例发展能源综合应用是必然趋势。

清洁能源综合服务作为一种满足终端客户多元化能源消费的新型能源服务方式，正成为各能源企业打造发展新动能的重要增长极。对此，四季沐歌与建筑环境与能源研究院达成战略合作，在北京成立了“双碳”技术研究中心；太阳雨与中国建筑科学研究院环能院更是成立清洁热能产业首个碳中和研究中心，就“双碳”背景下，打造多能互补的综合能源应用体系；哈思更是在产品研发上，推出光伏热泵产品，集光伏和热泵两大可再生能源的应用产品，不仅为用户节省了可观的电费，还大幅减少了建筑能耗 ......

多能融合

目前，可再生能源与传统能源的“较量”迎来拐点。在中国传统能源“减煤”“脱碳”的过程中，太阳能、地热能和空气能等清洁能源正强势突起。在清洁能源的发展日益受大众关注、“清洁能源替代”逐渐成为发展主线的今天，采用单一的可再生能源供热，难以解决需求侧遇到的诸多问题，若采用多能互补的形式，使各种能源取长补短，便可弥补单一能源供热方式的不足。从用户侧来看，如何推陈出新、更好地为客户服务、挖掘清洁能源的发展潜力、有效促进清洁能源占比的进一步提升，促进绿色低碳发展进程，成为行业发展的重点。

随着经济发展和社会进步，清洁供暖主要有这些变化：供暖面积将不断扩大，建筑用能最终将大于工业用能；供暖质量将不断提高，要求用能少、更舒适、更智能、更经济；供暖环境友好水平将不断提升，最终要求污染物和温室气体零排放。近几年通过清洁供暖，可以实现高能效性、高生态性、高便捷性、高舒适性的取暖方式。

不过，多种分布式能源大量接入，同样会给电力系统稳定带来挑战。打个比方，过去电网像一艘巨轮，以后分布式电源多了，可能就是无数艘小吨位货船、小船和巨轮共同组成船队，彼此之间的协调配合就显得特别重要。

基于此，以四季沐歌为例，围绕“太阳能 +”、“热泵 +” 的双核技术路线形成的“双核低碳智耦技术”打造一系列解决方案，通过其清洁能源耦合智能操作系统 (CAS+)，可实现不同能源组合在不同场景下实现最佳拼配，最大程度减少能源损耗。多能融合将进一步撬动清洁能源行业长期稳定的需求，突破拓展传统能源业务的限制，打造更加全面的系统化解决方案。

跨界融合

需要注意的是，现代能源的发展路径一定不是单一的。通往低碳未来的道路需要多种能源的力量，实现多能互补、跨界融合，才能产生“1+1>2”的效应。

能源企业的边界正在逐步趋同。过去传统能源企业（包括化工、电力、石油等）均属于垂直式发展，做好自己的事情就可以。但在双碳背景下，各个行业未来将横向协同，实现系统创新整合。而连接各个行业、企业的桥梁就是碳捕集等低碳化路径的发展。

基于此，以四季沐歌为代表的专注于清洁采暖与热水领域的能源企业，积极与电力、燃气等央企国企等传统能源企业以及国投城投平台合作，充分发挥各自技术、资源和机制等优势，在智慧新能源解决方案和综合智慧能源服务等方面广泛开展科学研究、产品研发等战略合作，同时不断拓展双方合作领域和途径，构建长期合作新格局，形成科技协作新合力，为新能源建设发展做出积极贡献。

对此，国家电力投资集团公司负责人也曾公开表示，将以融合为思路，源网荷储协同互动，通过多品种能源互补的综合智慧能源，实现电力系统的平衡和稳定。目前，国家电投已经开展了 420 个综合智慧能源项目，总投资超过 1310 亿元。

推进融合

当然，在布局全国清洁能源综合服务体系中需要多方努力。在供应链方面，需进一步拓展横向合作伙伴的数量，同时也需要加深纵向合作深度，实现持续共赢；在综合服务体系上需要进一步加快服务范围的扩大速度，提升项目规模，深度制定应用于各行各业的定制化服务，同时开发具有互联网服务性质的清洁能源综合服务平台，打破封闭式发展的路径依赖，助力实现用能结构低碳化。

在具体的服务模式中，以点带面，以树立起标准化的项目工程为手段，逐步推广清洁能源综合服务商理念，积极参与业主的用能结构设计，寻求多元、跨界、低碳、高效、智能、互联，在满足多元化用能需求的同时，有效提升业主能源利用效率，促进可再生能源的协同发展。

从客户需求出发，整合集发电、充电、储能、节能、智能交通等多种功能耦合，提供灵活的用能解决方案，因地制宜地打造电、热、冷、气、水与风、光、地热能等零碳资源多能互补用能结构，智能、协同、安全和高效地满足业主需求，助力业主实现清洁能源替代。

融合，只有坚持高起点、高标准、高定位，着眼长远、系统谋划、整体设计，才能更好打破旧格局、开创新局面。“打捆”送出，成功实现平稳并网、综合效益多赢；构建新型电力系统的融合之路。“清洁能源 +”融合实践探索出了新思路，也带动了新技术新产业发展；实现碳达峰、碳中和，面临诸多挑战，靠各自为战、单枪匹马不可能成功，需要更多方面相互借力、齐心协力，共同下好一盘棋。