山西省是我國煤系氣資源最為豐富的地區(qū)，也是目前勘探開發(fā)程度最高的地區(qū)。立足于把資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，把環(huán)境優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為發(fā)展優(yōu)勢，把“厚家底”轉(zhuǎn)化為“新引擎”，山西正在奮力書寫煤層氣開發(fā)應用“大文章”。

近年來，山西省委、省政府高度重視煤層氣產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展，2020年全省煤層氣產(chǎn)量81.46億立方米，較“十二五”末翻了一番。科技創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，從煤層氣中提取出金剛石，打破了國際壟斷，填補了國內(nèi)技術(shù)空白;提取出納米洋蔥碳，打破了技術(shù)瓶頸。目前，山西已成為我國煤層氣產(chǎn)業(yè)化示范基地、現(xiàn)代化生產(chǎn)基地，在煤層氣勘探開發(fā)理論、核心技術(shù)以及新業(yè)態(tài)等方面的創(chuàng)新水平正加速邁向國際第一方陣。

作為山西省最大的煤炭能源企業(yè)，晉能控股集團公司積極發(fā)展瓦斯發(fā)電項目，其中，下屬的裝備制造集團金駒煤電化公司圍繞“瓦斯綜合利用”持續(xù)探索，增加潔凈能源供應、減少溫室氣體排放，為“碳達峰、碳中和”山西行動提供具體可行的實施方案。

金駒煤電化公司建設運行的全國首座一站式高低濃度瓦斯發(fā)電站胡底瓦斯發(fā)電站。邱美 蘇浩/攝

9月5日一大早，在成莊礦矸井泵站和寺河礦常店瓦斯抽放泵站的作業(yè)現(xiàn)場，工人正在緊鑼密鼓地進行著瓦斯氣體的抽采，抽采出的瓦斯氣體直接被輸送至“儲存氣柜”保存，后經(jīng)過升溫、加壓、除塵等預處理程序通過管道送至電廠。而成莊46兆瓦瓦斯電廠正是這批瓦斯的對接單位。

“作為國內(nèi)首次利用廢棄電力涼水塔建成的瓦斯發(fā)電廠，成莊分布式瓦斯電廠充分利用原煤泥煤矸石電廠停運留下來的巨型冷卻塔，在其內(nèi)部建造發(fā)電車間，為成莊熱電的建設節(jié)約了土地審批和輸電設備安裝的大量時間。”成莊熱電分公司負責人張永太說。今年1-7月份，成莊46兆瓦瓦斯發(fā)電站共完成發(fā)電量1.7億千瓦時，消耗煤層氣3696萬標方，相當于減排二氧化碳當量55萬噸。

在蘆家峪二期瓦斯電廠主控中心，巡檢工申強正通過智慧調(diào)度大屏上展示的三維可視化模型和大數(shù)據(jù)分析，對設備進行實時監(jiān)控和故障判斷。這座全國出名的“智慧瓦斯電廠”，于去年12月份投產(chǎn)，裝機容量僅為27兆瓦，預計年可消耗瓦斯2700萬標方，完成發(fā)電量1億千瓦時。

翻看集團公司瓦斯發(fā)電項目名單，其中不乏世界最大的瓦斯發(fā)電廠——沁水寺河120兆瓦瓦斯發(fā)電廠;國內(nèi)首次利用廢棄電力涼水塔建成的瓦斯發(fā)電廠——成莊46兆瓦分布式瓦斯電廠;全國首座“一站式”高低濃度瓦斯發(fā)電廠——胡底瓦斯電站;全國首個配套智慧電廠平臺的瓦斯發(fā)電廠——蘆家峪瓦斯電站……

2020年，集團公司瓦斯發(fā)電廠共完成發(fā)電量22.75億千瓦時，連續(xù)12年保持全國瓦斯發(fā)電量第一。今年1-7月份，瓦斯發(fā)電共完成發(fā)電量12.647億千瓦時，消耗瓦斯氣3.175億標方，相當于減排二氧化碳476.25萬噸，各項數(shù)據(jù)指標均取得了驕人成績。

目前，晉能控股集團公司擁有瓦斯發(fā)電廠(站)11座，正在籌備開工建設廠(站)3座，其直接管理單位為山西金駒煤電化有限責任公司，已建成的瓦斯電廠遍布晉城市城區(qū)、澤州縣、沁水縣及高平市等多地，總裝機容量達325.4兆瓦。

“十四五”期間，晉能控股集團公司將充分利用內(nèi)部煤礦井下瓦斯資源，規(guī)劃籌建新的瓦斯發(fā)電項目，以穩(wěn)健的步伐進行可再生能源替代行動，著力提升清潔能源消納和存儲能力，預計到2030年末，瓦斯發(fā)電規(guī)?？蛇_到465兆瓦以上，“瓦斯氣”年利用可達到9億標方，為山西高質(zhì)量發(fā)展再增綠色動力。

科技攻關(guān)讓廢棄礦井及采空區(qū)煤層氣變廢為寶變害為利

日前，晉能控股集團山西科學技術(shù)研究院煤與煤層氣共采國家重點實驗室研發(fā)的“廢棄礦井采空區(qū)地面煤層氣抽采技術(shù)研究及示范”項目獲得山西省科技進步一等獎。據(jù)悉，此項技術(shù)成果已成功在晉城、西山、陽泉、左權(quán)等多個煤礦區(qū)推廣應用，抽采利用煤層氣1.28億立方米，折合碳減排量192萬噸。

煤層氣作為溫室氣體，其溫室效應是二氧化碳的21倍。煤炭作為我國的主體能源，經(jīng)過長期開采，采空區(qū)和廢棄礦井數(shù)量眾多。據(jù)中國工程院預測，到2030年我國廢棄礦井將達1.5萬處，殘留煤層氣資源近5000億立方米。廢棄關(guān)閉礦井中的煤層氣如果不加以利用，會通過采動裂隙不斷從井下向地面逸散，不但污染環(huán)境，還易發(fā)生安全事故，產(chǎn)生巨大的環(huán)境和安全隱患。

對煤礦采空區(qū)和關(guān)閉礦井內(nèi)煤層氣進行科學有效抽采利用，不僅可以消除殘存瓦斯積聚造成的安全隱患，還能變廢為寶，為煤炭產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標創(chuàng)造新的“碳減排”來源。

晉能控股集團山西科學技術(shù)研究院煤與煤層氣共采國家重點實驗室執(zhí)行副主任李國富介紹，廢棄礦井采空區(qū)地面抽采主要面臨三大難點：第一是選區(qū)，就是如何科學地評估一個礦井的抽采潛力，以及如何優(yōu)選最有利的抽采井位和層位。第二是鉆井，采空區(qū)中殘存大量瓦斯，存在火災爆炸隱患，如何保障鉆井施工的安全，這是必須要解決的問題。第三是抽采，就是如何保障井下和地面兩方面的安全，采取什么樣的安全保障措施、抽采工藝如何科學設計等。

為了攻克這些難題，晉能控股集團山西科學技術(shù)研究院煤與煤層氣共采國家重點實驗室通過深入開展廢棄礦井采空區(qū)煤層氣富集規(guī)律、資源評價及井位優(yōu)化研究，在選區(qū)評價、安全鉆井、科學抽采、裝備研發(fā)、綜合利用等方面形成了一整套較為成熟的技術(shù)體系，并制定了山西省地方標準1項。通過不斷試驗摸索，終于突破了成套開發(fā)技術(shù)，抽采單井日產(chǎn)氣量最高達到8000立方米，抽采甲烷濃度平均保持在50%以上，最高達95%以上。該項目成果已被中國煤炭工業(yè)協(xié)會鑒定為“國際領(lǐng)先”水平。

廢棄礦井及采空區(qū)煤層氣抽采具有開發(fā)成本低、施工環(huán)節(jié)少、產(chǎn)能釋放快的優(yōu)點，具有可觀的商業(yè)開發(fā)價值。隨著技術(shù)體系的不斷突破，必將對山西省建設國家非常規(guī)天然氣基地、大力實施煤層氣增儲上產(chǎn)起到積極促進和補充作用，為煤炭產(chǎn)業(yè)“碳減排”闖出一條新路。(記者 王海濱 通訊員 邱美)