摘 要：
随着“双碳”目标的深入推进，利用可再生能源资源降低煤炭开采过程的碳排放成为重要发展趋势，而矿井供能采用可再生能源面临着资源禀赋条件复杂、可再生能源波动、能源利用技术多样、用能负荷需求多变等多重问题。为实现对煤矿不同供给需求边界条件下的定制化开发，以西部地区年产8.00Mt/a纳林河二号矿井热电供能系统为研究对象，提出了结合可再生能源及煤矿伴生资源的矿井多能互补热电供能系统与配置优化方法。该系统利用光伏、风电、热泵、储能等能源生产转换储存设备在可行边界条件下实现能量生产转化与平移，实现煤矿电能与热能互补互济与能源共享。通过分析矿井热电等能源需求及矿区太阳能、风能和伴生资源的源荷特征，在气象条件、分时电价、设备容量等边界约束下，采用供能总成本最低的方式满足矿井热能与电能的实时需求。基于负荷数据、设备模型、优化算法构建了多能互补热电协同供能模型，并提出了基于经济性、能效性、环保性、安全可靠性多维度评价指标体系，对该系统进行了研究分析与评价。研究结果表明，多能互补热电协同供能系统能够实现矿井供能系统的清洁低碳热电协同供能，有效降低对化石燃料的依赖，以年产8.00Mt/a纳林河二号矿井为例，采用多能互补热电协同供能系统可大幅降低能源采购成本，系统运行总费用可降低50%以上，系统绿色能源占比可提高到65%以上，实现80%以上可再生能源发电量自发自用，每年可以减排放二氧化碳45%以上。
关键词：碳中和；煤矿；多能互补；余热利用；规划配置；低碳环保
结 论：
煤矿开发中结合沉陷区土地治理及可再生能源消纳优势建设煤矿多能互补热电协同供能系统，对破解土地资源与新能源消纳两大约束，实现矿区新能源规模化发展具有重要意义。本文以纳林河二号煤矿多能互补热电协同供能系统为例，通过综合利用风能、光伏、矿井水源、回风、空压机等可再生能源，为煤矿井场供电、供热，在满足煤矿生产和生活用能需求的同时，大幅降低了煤矿的能源消耗和碳排放，实现了煤矿供能系统的清洁高效与低碳环保。
（1）本文提出一种适用于煤矿用能特征及矿区资源条件的多能互补热电协同供能系统，构建优化目标函数，利用线性规划求解全年优化调度情况，以年产8.00Mt/a纳林河二号矿井为例，优化后年化成本节约53.06%，CO2年减排14.43万吨，绿能供能占比可提高至69.63%。
（2）构建的多能互补热电系统供能系统在提升供能可靠性的同时，降低系统对电网的依赖程度，本系统的电网输入电量仅占总电力负荷的27.21%，降低了对化石燃料了依赖程度，可在无煤炭等化石燃料的条件下可靠运行。
（3）通过添加合适容量储电/储热设备调整供能曲线，以及通过合理安排工作排班周期调整用能曲线，降低了热电双峰负荷叠加程度，实现系统性能提升。
（4）通过多能互补热电协同供能系统的时序模拟和能流模拟，实现了全年在不同季节、不同天气条件下的运行状况模拟，更加全面地评估了系统的稳定性和可靠性。
文章插图：
图1 煤矿多能互补热电协同供能系统示意图
图2 矿井多能互补热电协同供能全年平衡情况
图3 矿井多能互补供能系统冬季12:00时刻能流图
发表期刊：煤炭学报
王龙飞，王帅，李庆，李瑞华，武进，向轶，邴喆