煤炭革命的战略与方向 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容介绍
　　落实习*平主席关于“推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系”的讲话精神，煤炭必须自身进行革命，真正革落后产能的命，革污染排放的命，全面实现煤炭绿色生态开采、清洁低碳利用，使煤炭成为清洁能源。依托中国工程院重点咨询研究项目，谢和平院士领衔由行业协会、科研机构、大学、企业等行业核心研究力量组成的科研团队，系统研究并阐明了煤炭革命的科学基础、四大理论和六大理念；提出了煤炭革命的绿色安全开发、清洁低碳利用、多元协同发展、国际化发展、新型人才培养五大战略；提出了煤炭3.0阶段、4.0阶段、5.0阶段的战略发展蓝图和煤炭技术革命路线图；勾勒了近零生态损害的科学开采、近零排放的清洁低碳利用、矿井建设(设计)与地下空间一体化利用、流态化开采四大领域的煤炭革命颠覆性理论和技术以及不同历史发展阶段的技术发展构想。为我国煤炭行业绘制了科技发展路线图，为煤炭科技发展提供了方向性指南。

目录
目录
前言
第1章 新时代的煤炭革命 1
1.1 煤炭革命的必要性 1
1.1.1 国内外能源发展规律和态势 1
1.1.2 我国能源革命的方向和重心 23
1.1.3 煤炭革命的战略意义 24
1.2 煤炭革命的紧迫性 25
1.2.1 煤炭发展面临的重大问题与挑战亟待解决 25
1.2.2 供给侧改革倒逼煤炭生产革命 29
1.2.3 消费侧改革倒逼煤炭利用革命 30
1.3 煤炭革命的现实性 30
1.3.1 煤炭绿色开发和超低排放已具备技术基础 30
1.3.2 煤炭革命技术经济可行 31
第2章 煤炭革命的新理论、目标和战略 32
2.1 煤炭革命的科学基础 32
2.1.1 动能的定义 33
2.1.2 功的定义 33
2.1.3 能量的定义 34
2.1.4 能量守恒定律 34
2.2 煤炭革命的新理论 35
2.2.1 煤炭开发利用一体化理论 36
2.2.2 矿井建设与地下空间利用一体化理论 36
2.2.3 煤基多元清洁能源协同开发理论 37
2.2.4 煤炭洁净低碳开发利用的能值理论 37
2.3 煤炭革命的理念 38
2.3.1 高端发展理念 38
2.3.2 国际化发展理念 39
2.3.3 近零生态损害的绿色开采理念 39
2.3.4 高标准的科学产能理念 40
2.3.5 高效低碳利用理念 40
2.3.6 扩展、转型发展理念 40
2.4 煤炭革命的目标 41
2.4.1 煤炭成为清洁能源 41
2.4.2 煤矿区成为煤基多元协同能源基地 41
2.4.3 煤炭行业成为社会尊重、人才向往的高新技术行业 42
2.5 煤炭革命的战略 42
2.5.1 安全绿色开发战略 42
2.5.2 清洁低碳利用战略 42
2.5.3 多元协同发展战略 43
第3章 煤炭革命的战略蓝图 44
3.1 总体战略蓝图 44
3.1.1 总体目标与特征 44
3.1.2 全产业链煤炭技术革命路线图 47
3.2 煤炭智能化开采和超低排放洁净利用——煤炭3.0阶段 49
3.2.1 战略定位与目标 49
3.2.2 突破思路 51
3.2.3 实施路径 51
3.3 煤炭无人化开采和污染物近零排放洁净利用——煤炭4.0阶段 53
3.3.1 战略定位与目标 53
3.3.2 突破思路 54
3.3.3 实施路径 55
3.4 煤基多元协同绿色清洁能源系统——煤炭5.0阶段 57
3.4.1 战略定位与目标 57
3.4.2 突破思路 58
3.4.3 实施路径 59
第4章 煤炭革命的变革性理论和技术 62
4.1 近零生态损害的智能化无人开采变革性理论与技术 62
4.1.1 近零生态损害的智能化无人开采变革性理论 63
4.1.2 近零生态损害的智能化无人开采变革性技术 66
4.1.3 近零生态损害的发展路线图 119
4.2 近零污染物排放的清洁低碳利用变革性理论与技术 121
4.2.1 近零污染物排放的清洁低碳利用变革性理论 122
4.2.2 近零污染物排放的清洁低碳利用变革性技术 124
4.2.3 近零污染物排放的清洁低碳利用发展路线图 129
4.3 矿井建设(设计)与地下空间一体化利用变革性理论与技术 131
4.3.1 煤矿地下空间估算 132
4.3.2 矿井建设(设计)与地下空间一体化利用变革性理论 139
4.3.3 矿井建设(设计)与地下空间一体化利用变革性技术 143
4.3.4 矿井建设(设计)与地下空间一体化利用探索构想 145
4.3.5 矿井建设(设计)与地下空间一体化利用的发展路线图 147
第5章 煤炭革命颠覆性理论与技术 150
5.1 深部原位流态化开采的颠覆性理念与构想 150
5.1.1 深部原位流态化开采构想形成过程 153
5.1.2 深部原位流态化开采的定义 155
5.2 深部原位流态化开采的颠覆性理论体系 156
5.2.1 深部原位流态化开采采动岩体力学理论 156
5.2.2 深部原位流态化开采的“三场”可视化理论 160
5.2.3 深部原位流态化开采的原位转化多物理场耦合理论 161
5.2.4 深部原位流态化开采的原位开采、转化与输运理论 163
5.3 深部原位流态化开采的关键技术体系 166
5.3.1 深部原位流态化开采的智能化技术体系 166
5.3.2 深部原位流态化开采的无人化技术体系 170
5.3.3 深部原位流态化开采的流态化技术体系 175
5.4 煤炭深部原位流态化开采的战略路线 184
第6章 煤炭革命国际化战略 186
6.1 煤炭革命国际化战略环境分析 186
6.1.1 国际煤炭发展环境 186
6.1.2 “一带一路”国家煤炭市场环境及需求预测 190
6.1.3 煤炭在“一带一路”倡议中的地位 203
6.1.4 “一带一路”倡议对我国煤炭行业的影响 208
6.2 我国煤炭产业市场竞争力分析 210
6.2.1 煤炭产品市场竞争能力分析 210
6.2.2 煤矿技术装备竞争能力分析 224
6.2.3 煤矿工程总承包服务市场竞争力分析 231
6.2.4 资源开发与转化市场竞争能力分析 235
6.3 煤炭革命的国际化战略 238
6.3.1 战略目标 238
6.3.2 发展路径 238
6.3.3 保障措施 243
第7章 实施煤炭革命的新型人才战略 248
7.1 煤炭革命的人才战略构想 248
7.2 实施煤炭革命的新型人才体系 250
7.2.1 未来煤炭工业信息化人才 250
7.2.2 未来煤炭流态化开采能量传输与提取型人才 251
7.2.3 未来煤炭流态化开采智能装备操控型人才 252
7.2.4 未来深部地下空间立体社区规划建设型人才 255
7.2.5 未来煤炭流态化开采基于大数据与多维度的决策人才 255
7.3 煤炭革命的人才国际化发展 256
7.3.1 发现和引进海外“高精尖缺”人才 256
7.3.2 深化本土人才国际化发展 257
第8章 构建煤炭革命的全产业链倒逼机制 258
8.1 能源倒逼机制的经验借鉴 258
8.1.1 环境倒逼 258
8.1.2 技术倒逼 262
8.1.3 国外煤炭先进采煤用煤国家案例 265
8.2 以科学产能倒逼煤炭科学开采革命 271
8.2.1 科学产能的标准 271
8.2.2 近零生态损害的标准 272
8.3 以超低排放和低碳循环发展倒逼煤炭清洁利用革命 272
8.3.1 接近或优于天然气利用的超低排放标准 272
8.3.2 高效利用的标准 273
8.4 以多元开放协同清洁能源倒逼煤基多元清洁能源基地革命 276
附件一：煤炭革命的技术清单 278
附件二：煤炭革命的重点研发技术指南 281
参考文献 290

在线试读
第1章 新时代的煤炭革命
　　能源革命是指推动人类文明进步的根本性能源变革。能源革命的起因主要源于能源系统不足以支撑社会经济进一步发展所致，也可能是资源约束和生存环境恶化等诸多问题倒逼所致。本章以人类文明发展史上发生的五次能源革命为大视野，揭示了世界能源革命的本质意义在于劳动工具变革，以及新型替代能源实现主导性和普适化的一般特性；详细分析了历次能源革命、技术革命、工业革命、经济发展之间的互相作用和时空关系；从理论上演绎了能源兴替跃迁与竞争替代的基本规律，并得出能源革命发端早于经济**，能源革命长波与经济发展长波之间在时间轴上存在一个提前相位差，相差约45年的分析结果。同时，本章在研究分析了我国能源结构调整和能源发展未来趋势的基础上，进一步强调了新时期我国能源革命的方向和重心，以及在能源革命中煤炭自身革命的重要性、必要性、紧迫性、现实性和战略意义。阐明了新时期煤炭革命的主要任务，是革煤炭粗放型生产开发的命、革煤炭落后产能的命、革煤炭污染排放的命的观点。
　　1.1 煤炭革命的必要性
　　1.1.1 国内外能源发展规律和态势
　　1. 世界能源结构演变及煤炭角色
　　1）世界能源结构演变过程
　　能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。能源是人类活动的物质基础，与阳光、水、空气、食物并称人类赖以生存的五大基本要素之一。在某种意义上，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。人类文明史是一部人与自然的关系史，也是一部能源利用方式不断更新、能源技术不断革新的历史。
　　能源革命是指推动人类文明进步的根本性能源变革，具体表现为资源形态、技术手段、管理体制、人类认知等方面出现一系列显著的变化。纵观人类文明发展史，共经历了四次能源革命，正在进行第五次能源革命，如图1-1所示。
　　图1-1 人类能源革命历程示意图
　　第*次能源革命，大约在20万～30万年前，人类发现火并学会利用火，进入薪柴能源时代。以人工火代替自然火的利用为标志，木材、秸秆等薪柴能源成为人类社会生产和生活的主要能源，此时是人类自主利用燃料（能源）的开始。
　　第二次能源革命，到公元100年左右，人类学会利用畜力、风力、水力等自然动力，进入自然能源时代。从广义能源的意义上看，食物是一次能源，人体能（人力）是二次能源，同样畜力也是二次能源。在农业社会，太阳能被用于照明和取暖，风能被用于驱动风车和帆船，水能被转换为水轮泵、水磨和提水灌溉的动力。在这个时期，自然能源产生的动力很小，植物能源主要来源于木材。由于生产发展、人口增加，人类长期砍伐森林、破坏植被，同时引起木材资源的匮乏，导致农业社会的能源危机。
　　第三次能源革命，始于18世纪的英国，以蒸汽机的发明和煤炭的大规模使用为主要标志，人类进入煤炭能源时代。19世纪初期，英国煤矿、法国的加莱海峡地区和德国鲁尔地区煤矿的发现与开发，使整个世界从1830年煤炭消耗量占整个能源消耗量的不到30%，到1888年迅速达到48%，随后迅速超过木材使用量，成为主要能源。而这一过程中，煤炭的大规模应用使得蒸汽机从实验室成功地走向现实，使人类摆脱以人力、畜力和手工工具为主的生产方式，极大提升了社会劳动生产率。人类社会进入了利用机械力的工业文明时代。这一时代也被称为化石能源时代的第*阶段——煤炭时代，即固体能源。人类可利用的能源从地表转向地下。
　　在19世纪末期，电力的发现、开发及利用，使人类对化石能源实现了延伸利用，生产出二次能源。电的发明改变了人类用能方式，也为各种电器生产制造和使用提供了便捷的动力。
　　第四次能源革命，始于20世纪20年代，石油和天然气资源的开发，尤其是柴油机、汽油机的发明与使用，使石油、天然气的使用量迅速增大，油气能源很大比例地接替了煤炭能源，成为世界经济发展的主要动力，使人类进入煤炭、石油、天然气共存的油气能源时代。
　　第五次能源革命，发生在21世纪到来前后，新一轮能源革命正在兴起，人类将开启新的低碳能源时代，也称为可再生能源时代。持续使用了200余年的化石能源面临三大难题：一是战略性资源枯竭；二是生态环境遭到严重破坏；三是利用过程排放大量有害物质，威胁人类的生存环境。因此，新能源革命致力于风能、太阳能、生物能等清洁、可再生的低碳能源开发和利用。与此同时，能效问题受到极大重视，被视为第五种能源（煤、油、气、可再生能源、高能效）。
　　刚刚过去的几十年，世界能源结构发生了一系列变化，结构变化动因主要源于能源可供性、经济性和市场供需关系的变化。在世界能源结构变化过程中，表现为传统化石能源不断减少，优质化石能源、可再生能源，如风能、太阳能、核能等非化石能源不断增长的特征。20世纪80年代开始，化石能源消费比例逐步降低，核能与可再生能源消费比例快速提高。例如，法国作为新能源利用的典范，其非化石能源消费占一次能源比例从1980年的16.1%上升到2015年的53.5%；同期，德国非化石能源消费比例由5.9%提高到21.5%，美国由8.6%增长到17.0%；反映出全球能源系统结构的不断优化与进步。
　　21世纪以来，受气候变化全球治理形势的影响，人类对发展生态友好、绿色低碳社会的需求不断提升，以“低碳化”、“无碳化”理念为核心的能源革命与变革在全球范围蓬勃兴起，实现传统化石能源向非化石新能源重大转换成为必然趋势。随着人类对绿色生态环境需求的提升，天然气和新能源作为清洁能源在一次能源结构中的比例将逐步增大。全球一次能源正在迈入石油、天然气、煤炭和新能源“四分天下”的格局。尤其近十年来，新能源利用速度明显加快，尽管人们认识到在未来相当长的一段时期内，新能源都还难以独担重任，但全球发展清洁、高效、新型可再生能源的大趋势基本形成，全球能源供需结构正在发生重大变化。
　　2）能源革命的本质特征
　　能源革命实质上是能源替代，是由经济问题引发，核心技术突破推动，形成新能源占据主导地位的一个变迁过程，同时引导各个产业转型、升级与相关产业兴起，继而产生工业革命。能源替代的起因主要是原有的能源系统不足以支撑经济进一步发展所导致，同时也有资源约束和生存环境恶化等问题倒逼所致。
　　A. 能源革命的本质意义在于劳动工具变革
　　从大的时空跨度看，人类每一次能源利用转型都会引起产业技术的重大变革，其中的核心变革是劳动工具的变革。因此，认为能源革命的本质意义在于劳动工具的根本变革。
　　a. 劳动工具的能效提升
　　劳动工具是置于劳动者与原材料、能源、信息等物体之间，把劳动者的活动传导到它们之上的中介体。劳动工具的逐步发展，是人类利用工具提升劳动效率的改进过程。历史学家对劳动工具有四种划分法（王师勤，1986），其中不仅是历史年代的分辨，更是蕴含着劳动工具表现的生产效率提升的贡献度。但无论何种形式的划分，均能体现劳动者与劳动工具之间的能源属性关系。
　　第*种，质料划分法。以制造工具的材料划分工具发展阶段，分为石器、铜器、铁器、电器等多个阶段。
　　第二种，多元划分法。分时段多标准来划分工具发展阶段，古代工具以材料技术分为石器、铜器和铁器三个阶段；近代工具以能源技术划分为蒸汽机器和电力机器两个阶段；现代工具以信息技术划分为程序控制机器、自动控制机器、智能控制机器三个阶段。
　　第三种，控制形式划分法。以人对工具的控制形式，将迄今为止的工具发展阶段划分为直接控制（蒸汽机诞生之前的工具）、间接控制（如人对蒸汽机的控制）、自动控制（如人对电子计算机的控制）三个阶段。
　　第四种，互化划分法。从工具对人体劳动功能的替代，即人的劳动功能的物化和工具的人格化，把劳动工具发展史分为六个阶段：简单工具、复合工具、自然力工具、热力工具、电力工具和自控工具。未来的工具即将走向智能控制时代。
　　b. 劳动工具的能源属性
　　生产工具的演变过程是人类社会不断改善、扩展和增强人类身体能力，不断突破和弥补人类身体局限的过程，也是不断提升人类自身改造自然能力的过程。但是，迄今尚未有按照能源利用形式划分工具发展阶段的方法。
　　从能量效率的角度认识，劳动工具是人类发现和运用外部能量，并把能量高效地转为生产手段的实践活动。人类把能量传递到工具，延长和扩展了人类四肢的劳动功能，增强了手的操作力、脚的行走力和体的负载力，实现了机器对人力、畜力的替代，使人类逐步从繁重的体力劳动中解脱出来，大大地提高了人类改造自然的能力，极大地提高了社会劳动生产率和社会财富的积累速度和规模，并且使人得到全面而自由的发展（安筱鹏，2005）。
　　劳动工具呈现有用性和变用性。有用性是指工具对人的器官的延长和改造，能够为人们获取一定的物质生活资料；变用性是指工具随着劳动过程的发展而不断变革，先是构形的变化，后是质料的变化。劳动工具变用性的发展，到目前为止大约经历了三个时期，即天然工具时期、金属工具时期、能动工具时期（分为蒸汽机的外动力工具和计算机的人化工具）。劳动工具的变用性提升了它的有用性，并以有用性的形式来表现它的实践价值（周守印，1990）。
　　实际上，劳动工具还有第三个特性，就是能效性。在工具使用过程中，必定消耗做功的能量。从简单工具使用人力能量，到复合工具借用畜力能量，简单机器工具巧用风力、水力的能量，再到复杂机器工具利用热力、电力能量，都是一个围绕着能量密度、能效强度不断提高的工具发展过程，这就构成了劳动工具的能效性。
　　生产力发展需求决定了劳动工具的有用性，能量利用水平决定了劳动工具的变用性。纵观人类劳动工具进步历程，都能看到其背后隐含的能源发现和利用的变革作用，而且劳动工具发展水平与所处能源阶段的能量密度具有正相关性的关系，如图1-2所示。
　　图1-2 能源革命的本质特征
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