為應對全球氣候變暖，我國于2020 年宣布“ 碳達峰、碳中和”國家目標，現(xiàn)階段全球超過137個國家提出“ 碳中和” 目標或愿景，優(yōu)化工業(yè)和產業(yè)結構、能源供給消費結構，加快構建“人與自然生命共同體”，是實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標的重要途徑。近年來，我國能源生產與消費結構優(yōu)化取得階段性成效，煤電裝機占比下降，煤電發(fā)電量占比從 74%降至 61%，煤電裝機占比歷史上首次低于 50%。 清潔能源占比提高，清潔能源裝機占比從27%提高到 43%，清潔能源發(fā)電量占比從17%提高至32%，能源結構向清潔低碳化方向發(fā)展，但化石能源占比依然偏高。我國是全球最大的能源生產國、消費國和 CO2 排放國，2021年中國能源消費總量52.4 億 t標準煤，煤炭占能源消費總量的 56%，每年 CO2排放量達100 億 t左 右，占全球總量的30%左右，單位GDP碳排放量為6.7 tCO2/萬美元，是全球平均值1.8倍。 雙碳目標下我國面臨碳排放強度穩(wěn)定降低與經濟社會高質量發(fā)展的雙重挑戰(zhàn)。
以推進綠色低碳能源為主體的新型能源供儲體系建設為基本思路和舉措，穩(wěn)步開展落實碳達峰、碳中和戰(zhàn)略部署。我國風、光、熱能儲量豐富，其中風電、光伏裝機容量達5.3億 kW，占比24.31%。 預計2030 年，風電、光伏總裝機將達到12億 kW，占比達到50%。地熱以中低溫地熱資源為主開采儲量為已探明煤炭可采儲量的2.5倍，其中距地表2000 m以淺儲藏的地熱能為2 500 億 t標準煤。 然而新能源富集區(qū)“ 棄風、棄光、丟熱” 現(xiàn)象廣泛存在，同時新能源的隨機性、波動性為新能源的穩(wěn)定開發(fā)利用帶來了挑戰(zhàn)，加快發(fā)展新型儲蓄供能體系是保障綠色低碳能源安全供給的重要保障。
我國待開發(fā)利用的廢棄礦井達10000余處，廢棄礦井中賦存煤炭資源量高達420億 t，非常規(guī)天然氣近5000億m3，地下空間資源超156億m3，新增采煤沉陷區(qū)面積超6萬km2 ，礦井水、地熱等資源豐富， 新型清潔能源供儲潛力巨大。 國內外在廢棄礦井瓦斯抽采、抽水蓄能、壓縮空氣儲能、油氣儲備、光伏發(fā)電等方面開展了部分研究工作，并取得了一定進展，其中徐州、撫順等資源型城市以廢棄礦井資源開發(fā)利用為抓手，提升了潘安湖采煤塌陷區(qū)、撫順礦業(yè)集團西露天礦等資源經濟功能和生態(tài)功能，形成了建設美麗中國的生動實踐，打造了廢棄礦井資源開發(fā)利用的樣板。
圍繞廢棄礦井綜合開發(fā)利用，深入推進廢棄礦井綠色低碳多能互補體系建設，聚焦煤炭地下氣化、瓦斯全濃度開發(fā)利用、新能源開發(fā)利用、新型物化耦合儲能、CCS/CCUS 等領域的基礎性、原創(chuàng)性、顛覆性理論研究，核心關鍵技術與裝備研發(fā)，著力實現(xiàn)高水平科技自立自強，將為能源領域無碳、減碳、去碳提供堅強的科技支撐。
一、多能互補體系建設面臨的挑戰(zhàn)
工程地質安全保障相對滯后。廢棄礦井地質結構復雜，斷層、褶皺、陷落柱、破碎覆巖等潛在隱蔽地質結構異常體遍布礦區(qū)，煤層氣串流、礦井水突涌、受限空間坍塌等資源開發(fā)遺留災害突顯，威脅礦區(qū)全域生態(tài)環(huán)境，增加廢棄礦區(qū)的二次開發(fā)利用難度?；谌芷谝?guī)劃的地質實時勘探監(jiān)測手段亟需深層次創(chuàng)新，全礦區(qū)氣、液、固時空演化監(jiān)測傳感系統(tǒng)體系有待構建，空天地一體 化立體異構全息融合技術有待突破，加快研發(fā)聲、光、 核、磁、熱等先進裂隙演化與分布、氣液固三相介質、 能量傳遞與耗散等多元全息感知、探測和監(jiān)測技術，為地層減沉降滲、污染物源頭防控及地表植被復墾技 術提供支撐，切實保障廢棄礦區(qū)的地下工程建設、 CCUS 工程實施、氣水光風熱多能供儲體系與生態(tài)工程固碳功能安全有序建設。
多場耦合災變機理亟待突破。廢棄礦井動靜多場演化與多相流體運移分布尤為突出，煤巖動力失穩(wěn)與含污介質大范圍遠距離擴散遷移污染水土環(huán)境頻率躍升，破碎煤巖-孔隙 水-瓦斯-地熱動態(tài)耦合與多模態(tài)演化更為強烈 。破碎地層多元多參量間動態(tài)互聯(lián)關系有待深入揭示， 破碎-非破碎地層間耦合轉化關系有待研究，微細觀介質吸附解析轉化有待闡明，宏觀地層破損形態(tài)與穩(wěn)定結構有待探索，人工膠結介質與破碎地層耦合固結規(guī)律有待研究，受限空間地下構筑物與圍巖穩(wěn)態(tài)響應規(guī)律有待揭示。 破碎圍巖穩(wěn)定演化與多相流運移新型模型所涉及到的多元因素與影響因子有待探明，新型廢棄礦井綜合多相多場耦合模型亟待建立?，F(xiàn)階段微-細-宏觀地層破損與愈合時空規(guī)律仍不清楚，災變前兆信息判識標準體系仍未建立， 多元場景應用條件下災害發(fā)生類型、等級及危害程度仍沒有充分認識，煤巖變形、孔隙水壓和瓦斯流動規(guī) 律缺乏現(xiàn)場實測和認識。充分融合基礎理論分析、物理/數(shù)值模擬、工業(yè)試驗等一體化多場耦合研究手段，充分認識不同參量間關聯(lián)關系，掌握大范圍、多維空間擾動應力場、裂隙場、滲流場、熱場等之間的相互作用機制，為廢棄礦井服役提供可靠的地質、力學和滲流環(huán)境認識，服務廢棄礦井改造與維穩(wěn)技術開發(fā)應用。
關閉礦山評價方法及應用分析。采礦區(qū)巷道地下空間與地表沉陷區(qū)域重構了地質資源空間分布，為地表規(guī)模化風、光能發(fā)展與地下水、熱、氣能開發(fā)利用提供了充分條件。 基于工 程地質狀況與新能源供應體系適用條件綜合評估的廢棄礦井多能融合綜合發(fā)展規(guī)劃體系尚待構建， 風、光、水、氣、熱富集區(qū)與廢棄礦井密集分布區(qū)廣泛疊置分布，基于廢棄礦井的新能源綜合開發(fā)利用體系亟待構建，地表塌陷區(qū)風、光能分布式新型發(fā)電技術裝備有待研發(fā)，地熱、煤層氣能源轉化技術有待突破，以地下空間、水、氣為核心的綜合儲能體系結構有待優(yōu)化，基于分布式能源發(fā)展需求的地上地下空間修復技術亟需突破。 廢棄礦井是規(guī)?；鍧嵞茉垂┙o儲蓄分布式載體，現(xiàn)階段因地制宜的廢棄礦井能源資源開發(fā)利用基礎研究仍然薄弱，國家層面缺少整體戰(zhàn)略，開發(fā)利用總體規(guī)模、整體技術水平、現(xiàn)實效果等不能滿足高質量能源供給發(fā)展要求。 加快推進廢 棄礦井多能系統(tǒng)性、規(guī)?；?、安全高效開發(fā)利用，激活廢棄礦井天然清潔能源主體潛力，將其納入區(qū)域經濟和社會發(fā)展中統(tǒng)籌部署、科學規(guī)劃，變產煤為產電、產 氣、產水，開辟綠色清潔能源新途徑，為國家提供清潔能源，推進能源行業(yè)高質量穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展。
碳匯碳封存利用技術有待提升。廢棄礦井地層結構經歷破裂-壓實循環(huán)演化過程，充分發(fā)育的裂隙孔隙巖層為CO2 氣體介質提供了豐富的賦存空間，地表塌陷區(qū)水系資源環(huán)境豐富了生物碳匯資源。 然而廢棄礦區(qū)重構地質碳固結面臨CO2逃逸污染原位地質生態(tài)風險，傳統(tǒng)碳封存利用技術適用性有待進一步提升，生態(tài)系統(tǒng)固碳與碳匯規(guī) 律特征有待探索，廢棄礦區(qū)CO2系統(tǒng)捕集基礎理論與 方法有待開展，廢棄礦區(qū)資源氣化轉碳機理與捕碳方 法有待研發(fā)，封存CO2 多元轉化機理與時空運移尚認識不清，廢棄空間CO2逃逸路徑與感知監(jiān)測理論有待掌握。 加快掌握廢棄礦區(qū)碳匯規(guī)律，推進新型碳封存與利用技術研發(fā)，形成廢棄礦區(qū)規(guī)?；撎技夹g體系，實現(xiàn)生態(tài)固碳與工程固碳雙輪驅動體系。
安全與應急救援技術有待研發(fā)。廢棄礦區(qū)涉及清潔新能源穩(wěn)定生產與生態(tài)工程安全高效固碳，包括能源體系、儲能體系、統(tǒng)籌管理規(guī)劃體系，系統(tǒng)性與模塊化配合性要求高，模塊有序運 行與模塊間互耦行為是廢棄礦區(qū)安全高效運行的關鍵所在。 現(xiàn)階段廢棄礦區(qū)儲供與負碳的應急救 援體系仍處于空白，應急救援基礎理論與關鍵核心技術有待攻關，智能自適應多情景救援機器人有待研發(fā)，多源信息耦合三維實景建模有待進一步突破，高速度、高帶寬、強抗干擾信息采集傳輸技術有待提升，潛在隱蔽災害監(jiān)控預警與應急救援平臺有待研發(fā)。 加強基礎理論研究，與安全應急救援系統(tǒng)技術裝備體系研發(fā)，是廢棄礦井永續(xù)清潔能源儲供與負碳高效運行的強力保障。
二、廢棄礦井多能互補體系科學內涵
廢棄礦井多能互補體系為集風、光、熱、水清潔能源生產、儲備、轉換與生態(tài)工程固碳于一體的產-儲- 固智慧新型負碳綠色能源供應體系，集成多元地質信息感知、多種能源融合、物化聯(lián)合儲能、碳固結與利用、多網智慧調控、智能應急救援等基礎與工程科學，以地表地下空間為載體，數(shù)字孿生技術為支撐，多維度分級分類分區(qū)域聯(lián)動能源生產、儲備、供給與碳捕 集、封存、利用體系，實現(xiàn)清潔能源穩(wěn)續(xù)供給、碳永久封存、能-碳平衡共存，如圖所示。
廢棄礦井綠色低碳多能互補體系
廢棄礦井多能互補體系聚焦低濃度瓦斯抽采利用、新能源綜合開發(fā)利用、新型綜合儲能、煤基多源固廢利用、分布式智能電網、數(shù)字孿生全息聯(lián)動領域，突出原創(chuàng)性、突破性、顛覆性、引領性創(chuàng)新，著力加強戰(zhàn)略研究、基礎研究、共性技術與裝備攻關，破解高效生產、多能轉化、減固碳關鍵核心技術，優(yōu)化工藝技術， 保化、安全化、資源化、功能化，支撐凈零碳數(shù)字能源 實現(xiàn)能源生產端透明化、智能化、減災化、低碳化，能 供儲工業(yè)。 源轉化端電氣化、氫氨化、材料化、勢能化，固碳端環(huán)保化、安全化、資源化、功能化，支撐凈零碳數(shù)字能源 實現(xiàn)能源生產端透明化、智能化、減災化、低碳化，能源供儲工業(yè)。
統(tǒng)籌考慮雙碳戰(zhàn)略目標與能源安全戰(zhàn)略保障，提 出實現(xiàn)廢棄礦井綠色負碳多能互補開發(fā)利用3步走戰(zhàn)略:第1步是實現(xiàn)生態(tài)碳匯與 CO2 地質封存，有效吸收礦化CO2，形成負碳涵養(yǎng)主體，加強水、光、風、熱 等新能源開發(fā)，推進技術革新;第2步是規(guī)模化抽水 蓄能、壓縮空氣儲能、氫氨儲能等新型廢棄礦井儲能模式，實現(xiàn)廢棄礦井多能耦合穩(wěn)定平穩(wěn)供給;第3步是深度融合智慧互聯(lián)網、大數(shù)據、區(qū)塊鏈等新興信息技術，三維動態(tài)虛擬映射工程大數(shù)據體系與空間災變信息，構建廢棄礦井綠色低碳分布式智慧電網體系與數(shù)字孿生管控系統(tǒng)，實現(xiàn)廢棄礦井能源穩(wěn)定高效供給與減降碳高效運行。
三、廢棄礦井多能互補關鍵科學問題
廢棄礦井多能互補低碳綠色開發(fā)利用涉及多學 科交叉領域、內容錯綜復雜，實施過程需要解決諸多科學問題。
數(shù)字工程地質。廢棄礦井遺留井巷、采空垮落區(qū)、離層裂隙、地質異構體等復雜地形地質實時動態(tài)演化信息的精準掌握，支撐廢棄礦井多元多場景開發(fā)利用，廢棄礦井多能互補精準開發(fā)在該方面涉及的關鍵科學問題包括智能精準探測與動態(tài)可視化顯示、工程地質智能評價、4D地層信息全景重構，聚焦復雜巖體介質物理信號精細探測響應特征和反演解釋理論研究，透明地球物理綜合探測技術的廢棄礦井地下空間精準探測模型與技術研發(fā)，廢棄礦井地下空間多場定量感知與動態(tài)可視化，及廢棄礦井地下空間利用工程地質智能精準評價體系。
多場時空耦合演化。安全穩(wěn)定的廢棄礦井空間環(huán)境與平衡穩(wěn)定的循環(huán)體系是多場景開發(fā)利用的基本保障。 廢棄礦井物質環(huán)境與能量環(huán)境在動態(tài)循環(huán)過程中形成沖擊動靜載荷與多源紊流復合擾動失穩(wěn)現(xiàn)象。 廢棄礦井多能互補精準開發(fā)利用在該方面涉及的關鍵科學問題包括巖土體動力破壞機理及圍巖狀態(tài)評價方法與穩(wěn)定策略，不同工況下礦洞水庫巖壁應力變形與滲流分布規(guī)律，獲取多元開發(fā)利用情景下地層應力場、滲流場、 裂隙場及溶質輸送反應耦合演化特征，揭示不同工程布局與地層多場響應特征的時空耦合關系，建立多工藝協(xié)調開發(fā)擾動下的失穩(wěn)損傷、溶浸液擴散演化模型。
功能地層空間維穩(wěn)。廢棄礦井利用面臨多尺度、多形態(tài)與多源的受力環(huán)境，載荷歷程路徑復雜，受力變形演化期長，動態(tài)研究分析難度大等難題。廢棄礦井多能互補精準開發(fā)利用在該方面涉及的關鍵科學問題包括廢棄礦井地下空間復雜介質在多力源、固液氣三相、交變應力-沖擊應力-熱應力等多場耦合作用下的本構關系及破壞規(guī)律、深部煤巖滲流-應力-損傷耦合模型及其參數(shù)反演、巷道群在儲能和釋能下的應力分布特征、 地下水庫圍巖穩(wěn)定性控制。
風險超前精準預警。關鍵裝備環(huán)境健康監(jiān)測預警，關鍵設備正常運行時監(jiān)測的大量數(shù)據模型，集成歷史數(shù)據樣本，廢棄礦 井環(huán)境風險辨識是廢棄礦井永續(xù)運行的重要保障。廢棄礦井多能互補精準開發(fā)在該方面涉及的關鍵科學問題包括無線數(shù)據傳輸技術的地下水水環(huán)境監(jiān)測終端研發(fā)，安全風險綜合感知、傳輸、判識、評估、應急 響應、調度一體化平臺(包含圍巖失穩(wěn)、透水、污染、 地震、洪水、地質災害等事故應急處置方案)，基于多網融合技術和大數(shù)據、云技術，可實現(xiàn)動靜沖擊作用氣、液、固耦合災害、機電多源故障、水體滲漏、水體污染等多源海量動態(tài)信息遠程在線傳輸、存儲及信息挖掘的系統(tǒng)平臺，環(huán)境狀態(tài)評估與異常預警機制，安全隱患實時前兆判識，災源指標臨界值、多源災害遠程 在線智能預警體系。
智能應急搶修救援。地質災害、工程擾動等引發(fā)的系列圍巖失穩(wěn)垮落、重型裝備損傷及監(jiān)控通訊管理系統(tǒng)中斷，應用多源應急調控救援模態(tài)化方案與緊急調配體系，實現(xiàn)快速精準救援與系統(tǒng)功能恢復。廢棄礦井多能互補精準開發(fā)利用在該方面涉及的關鍵科學問題包括虛擬現(xiàn)實多源動態(tài)信息交互技術、精準定位與最佳救援通道甄別鎖定技術、兩棲模塊化智能搜探救援裝備、4D救援現(xiàn)場原景數(shù)字模型、基于多源信息融合的遠程智能調控系統(tǒng)、機器學習多災變救援場景與救援方案算法、衛(wèi)星遙感聯(lián)動多棲偵救一體化無人智能裝備技術。
四、廢棄礦井多能互補主要研究方向
數(shù)字孿生工程原態(tài)場景。深度融合 5G、大數(shù)據、云計算、區(qū)塊鏈、VR 等現(xiàn)代通訊技術與虛擬現(xiàn)實技術，實時提取廢棄礦井立體 空間信息數(shù)據、構筑物、損傷煤巖結構、多相流體運移動態(tài)信息，實現(xiàn)空天地一體化飽和式信息提取與4D多源模型數(shù)據實景重構，構筑廢棄礦井多能互補多元情景數(shù)字孿生系統(tǒng)。
(1)基于聲、光、核、磁監(jiān)測監(jiān)控設備研發(fā)，強適應廢棄礦井流固沖擊荷載環(huán)境，高監(jiān)控參數(shù)指標，高保真監(jiān)測信號與接收傳輸技術，構建系統(tǒng)框架和數(shù)據 模型、可視化、空間分析等方法體系，空間表達方法及數(shù)字地下空間組件化系統(tǒng)設計方法，數(shù)字地下空間與工程的數(shù)據分類和標準，適用于地下空間與工程的數(shù)據交換，標記語言數(shù)據模型、地下空間與工程的元數(shù) 據，空間綜合信息數(shù)據庫，地下空間海量數(shù)據的三維 與四維快速存取技術和時空建模方法。
(2)全時空多源信息實時感知，安全風險雙重預防閉環(huán)管控方法，全流程人-機-環(huán)-管數(shù)字互聯(lián)、數(shù)字協(xié)同運行，復雜地層多源數(shù)據的建模方法和基于特征的地層空間建模方法，三維和四維地下空間與工程的可視化技術，系統(tǒng)的圖形平臺和增強現(xiàn)實技術，海量數(shù)據的快速采集方法，尤其是基于數(shù)字照相的數(shù)據采集方法。 勘探-鉆探-表面掃描數(shù)據采集，巖土原位測試數(shù)據的實時反分析法。
(3)計算機科學、海量數(shù)據存儲、衛(wèi)星圖像、寬帶網絡、互操作性、元數(shù)據、圖像識別、數(shù)據整合、可視 化、虛擬現(xiàn)實技術，時空條件下隱蔽地下空間與工程的數(shù)字化表達與可視化。
(4)不連續(xù)性、非均質性、各向異性、坍塌特性、 蠕變時效特征，含水量、孔隙比、滲透性、各向異性、不均勻性等信息提取，數(shù)字模型與數(shù)值模型的一體化分析方法，4D地層模型重構與串流、涌水、區(qū)域垮塌、內襯結構失穩(wěn)、功能空間滲漏、管理調度機構失靈等事故信息判識。
工程擾動多場耦合災變演化。資源開發(fā)、 CO2地質封存與工程利用對廢棄礦井空間形成復合多類別疊加擾動，流體運移與圍巖復合交變原位失穩(wěn)與動態(tài)演化平衡，揭示多場耦合條件下地層演化與工程穩(wěn)定機制，構建災變前兆信息指標體 系，形成多元多場景條件下廢棄礦井多場耦合致災判識模型。
該方向主要包括:
(1)復合工藝地層應力場-裂隙場-滲流場耦合演化分析，多相介質耦合作用煤巖力學與物性演化規(guī) 律，固、液、氣介質溶質滲流、遷移、轉化、擴散、分布時空演化特征，多相多場耦合液、固、氣介質運移分布定量表征，各項異性裂隙孔隙網絡衍生與擴展展布規(guī)律。
(2)廢棄礦井區(qū)域原生/擾動地質特征，基于時空分布的氣液運移-動態(tài)聚集規(guī)律，循環(huán)流體荷載作用下深地硐室群圍巖穩(wěn)定性與防滲防控方法。
(3)廢棄礦井地層溫度場、應力場、裂隙場、滲流場、溶解反應場、遷移場耦合演化機理與氣、液、固介質滲流、遷移、吸附、轉化機制，構建封存多相多場耦合作用模型。
(4)遺傳算法、模糊數(shù)學、神經網絡機器學習手段，構建多相多場耦合作用下廢棄礦井資源開發(fā)潛力動態(tài)模型，提出廢棄礦井多場耦合風險指標體系與預警評判標準。
創(chuàng)新多能互補技術體系。圍繞廢棄礦井空間、水、熱等資源，推進風、光等新能源及CO2與煤基固廢資源綜合開發(fā)利用，形成多能互補與負碳能源體系，規(guī)劃協(xié)同作業(yè)工藝工序體系，實現(xiàn)廢棄礦井永續(xù)能源載體與負碳儲蓄體價值。
該方向主要包括:
(1)壓縮空氣儲能、抽水蓄能、電化學儲能、氫氨儲能新型儲能體系構建，多種儲能體系自洽式運行， 風、光、水、熱清潔能源耦合式發(fā)展。
(2)廢棄礦井區(qū)域水、光、風、氣、熱多能耦合發(fā)電體系，微型核電站自運行模塊構建，低碳能源互補的分布式智慧能源生態(tài)，融合生態(tài)修復、新能源建設與電網服務的綜合國土空間規(guī)劃。
(3)生態(tài)工程固碳體系，廢棄礦區(qū)地表碳匯植被修復，塌陷區(qū)CO2工程固碳，CO2驅替煤層氣(CO2- ECBM)，氫氨-CO2工程體系，低濃度瓦斯抽采與全濃度利用技術體系。
(4)產-儲-運-封-入網一體化運行體系構建， 廢棄礦井全地下、半地下、全地上開發(fā)利用規(guī)劃體系，分布式恒星模式、星座模式、星云模式及其綜合運行 模式。
CO2 工程封存與生態(tài)碳匯?；趶U棄礦井的生態(tài)工程碳匯潛力巨大，推進廢棄礦井CO2封存地質工程響應規(guī)律研究，礦區(qū)生態(tài)修復與污染防控研究，探索碳封存轉化機理與封存分布演化特征，闡明多場耦合條件下CO2資源化利用路徑與影響因素指標，明確廢棄礦井碳匯施工路線圖，盤活廢棄礦井碳封存與利用潛力。
該方向主要包括:
(1)直接空氣CO2捕集、CO2分子斷鍵與重構、新 型膜分離技術、CO2遠程輸運與安全存儲技術、等離激元 CO2高效轉化利用技術。
(2)廢棄礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)固碳與碳匯規(guī)律特征，資源氣化轉碳機理與捕碳方法，封存CO2多元轉化機理與時空運移特征，CO2封存氣液擴散、運移、動態(tài)聚積 規(guī)律，原生帶-裂隙帶-低壓采空區(qū)條件下的超臨界CO2、氣態(tài)CO2分布-遷移規(guī)律和擴散-滲流-吸附-轉 化特征，時間和空間尺度下CO2聚積特征和物理化學封存動態(tài)轉化機理。
(3)廢棄礦井瓦斯分級分類開發(fā)利用技術、瓦斯煤化工理論工藝技術、低濃度瓦斯提純與利用技術、 低濃度瓦斯蓄熱式氧化與乏風氧化技術、廢棄礦井煤層氣開發(fā)與利用技術、煤礦瓦斯輸運與利用安全保障系統(tǒng)。
(4)廢棄礦井地下空間氣液固耦合模型，廢棄礦井CO2封存風險安全評價，基于廢棄礦井地質條件、 資源開發(fā)狀況、采空區(qū)空間特征，采用機器學習方法構建廢棄礦井CO2封存綜合評價模型，建立廢棄礦井CO2封存安全評價指標體系與災害評價標準，廢棄空間CO2逃逸路徑與感知監(jiān)測理論。
(5)廢棄礦井區(qū)域生態(tài)修復與水-光-氣互補系統(tǒng)，生物固碳-生物質能利用技術，高效固碳與生物固碳能力，微生物-植被生物碳匯影響因素與指標體系，生物碳匯綜合評價方法。
分布式智能電網建設。建設廢棄礦井分布式能源和微電網工程標準體系，構建氣油水光互補分布式無碳能源智能電網生態(tài)圈，氣油水光互補智能電網以網架結構為基礎，以通訊平臺為支撐，以智能調控為手段，構建發(fā)、變、配、用 電和電網調度為一體的廢棄礦井智能電網。
該方向主要包括:
(1)新型儲能+多能互補煤礦區(qū)碳中和基礎研究，新型蓄能+多能互補煤礦區(qū)低碳能源體系構建，煤礦區(qū)源-儲-荷分布式微電網運行演變與調控理 論，基于電網多場景調節(jié)多能異構分布式能源并網理論，交變荷載下煤礦區(qū)深部儲能空間穩(wěn)定控制與監(jiān)測理論。
(2)資源枯竭城市廢棄礦洞群協(xié)同儲能，構建多區(qū)域水、光、風、氣、傳統(tǒng)能源、熱互補的分布式智慧能源系統(tǒng)，廢棄礦洞儲能電站構筑國家級廢棄地下空間儲能云，建立燃氣、燃油、光伏、風力等多能發(fā)電模塊， 建成以礦井為主體的氣水光互補低碳生態(tài)圈。
(3)廢棄礦區(qū)源-儲-荷分布式微電網運行演變與調控理論，電網多場景調節(jié)多能異構分布式能源并網理論，交變荷載下煤礦區(qū)深部儲能空間穩(wěn)定控制與 監(jiān)測理論。
(4)構建微型智能電網，實現(xiàn)規(guī)模化分布式能源的消納與存儲。 源-源互補消除不同電源之間的時空分布差異，構建多能聚合的能源供應體系，源-網協(xié)調實現(xiàn)能源產供優(yōu)化，將分散式和集中式的能源生產與消費進行優(yōu)化組合，網-荷互動實現(xiàn)有序智能充放電，增強系統(tǒng)接納新能源的能力。
數(shù)字風險預警系統(tǒng)。建設能源大數(shù)據平臺，示范建設多能互補清潔能源供應中心，構建以網架結構為基礎，以通訊平臺為支撐，以智能調控為手段的發(fā)、變、配、用和電網調度 為一體的分布式現(xiàn)代化智能電網，構建“ 兩高一全” 能源電力供應體系，推動微型電網工程高質量發(fā)展。
該方向主要包括:
(1)沉陷區(qū)水庫及井下機組設備、控制中心及關鍵部位的監(jiān)測監(jiān)控與智能管理，基于遙感監(jiān)測的長期數(shù)據，初步分析沉陷區(qū)范圍和時空動態(tài)演化規(guī)律。構建沉陷區(qū)沉降變形預警預報、礦井與電站關鍵設備健康狀態(tài)評估與預警、關鍵設備的運行狀態(tài)監(jiān)測等功能的監(jiān)測監(jiān)控、智能預測預警與智能管理系統(tǒng)。
(2)巷道圍巖進行穩(wěn)定分析及水下無人監(jiān)控預警，基于海量大數(shù)據挖掘的深地水下空間圍巖破裂失穩(wěn)前兆智能感知和判識技術，揭示循環(huán)水力荷載和水力侵蝕復合作用下圍巖破裂失穩(wěn)機制，實現(xiàn)水下圍巖破裂失穩(wěn)無人智能監(jiān)測預警。
(3)對深水深地、水氣交變、人工運維困難的工作環(huán)境，地下礦洞群圍巖狀態(tài)參數(shù)檢測技術，礦洞水庫穩(wěn)定性監(jiān)測傳感器優(yōu)化布置及大數(shù)據網絡結構設計，基于數(shù)據驅動的礦洞群及關鍵設備健康狀態(tài)評估與預警技術和平臺。
應急救援技術裝備。災后新型可靠的救援裝備、救援方法、救援系統(tǒng)以及救援信息的即時性、精準性與完備性是高質量應急救援的重要保障。廢棄礦井能源圈、儲能圈、固碳圈災害信息監(jiān)測、災變現(xiàn)場評估、模態(tài)化應急救援方案共性同源執(zhí)行、異構平行互饋執(zhí)行機制，新型救援技術、裝備、決策指揮平臺研發(fā)與兼容為廢棄礦井多能互補體系災害救援的關鍵核心問題。
該方向主要包括:
(1)智能應急救援平臺，基于多場耦合作用下精密感知原理與執(zhí)行機制，多元異構數(shù)據融合傳輸機理，多源海量數(shù)據篩選評判標準體系，泛數(shù)據云計算決策模型，即時、高頻率、高帶寬現(xiàn)實與虛擬數(shù)據互饋機制，多元多場景救援網絡框架構建，新型救援方案模型馴練方法，分布式救援集中管控網絡體系。
(2)智能應急救援裝備，空天地聯(lián)動災變現(xiàn)場數(shù)據信息監(jiān)測重構儀器裝備，現(xiàn)場實物圖像判識與自主救援決策機器裝備，災害巡檢機器人、空間修復與裝備維護機器人，水氣等多相介質與損傷圍巖條件下信息傳輸接收算法，災害區(qū)域等級劃分標準與救援策略。
(3)數(shù)字孿生虛擬災變現(xiàn)場，多源多維信息4D集成，工業(yè)互聯(lián)網與智能機器人深度耦合技術，數(shù)字信號轉譯圖形演示技術，采集與決策信號同步雙向實時在線傳輸技術，災變影響因素權重分析與次生災害預測模型，救援與修復方案實時集成虛擬現(xiàn)實同步執(zhí)行方法。
(4)新型救援方法體系，決策層、傳輸層、執(zhí)行層即時互動式數(shù)據傳遞方法，物聯(lián)網、機器人、災源場景 高度互聯(lián)耦合即時模型集成模塊，能源、儲能、固碳圈 災源即時圈定隔絕與聯(lián)合防控體系方法，多尺度分源 災害防治技術與裝備。
五、展 望
生態(tài)文明建設與低碳清潔能源發(fā)展是國家經濟社會高質量發(fā)展的重要保障，是實現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化強國建設的必然要求。立足碳約束下國家發(fā)展重大能源戰(zhàn)略，深度融合科技創(chuàng)新與產業(yè)革新科技成果，賦能廢棄礦井資源綜合開發(fā)利用，推進綠色清潔能源供給、新型儲蓄能建設、生態(tài)工程固碳建設，加快形成時間空間多維度廢棄礦井綜合綠色低碳多能互補體系十分必要和迫切。
頂層規(guī)劃廢棄礦井多能互補體系，推進國家級科研平臺建設，強化學科專業(yè)交叉融合，培育頂尖科研人才，政產學研用金協(xié)同創(chuàng)新，聯(lián)合開展關鍵核心技術攻關，突破原始創(chuàng)新，切實推進廢棄礦井新型能源供給、物化儲能建設、負碳工程技術發(fā)展，實現(xiàn)煤基清潔能源安全高效發(fā)展，阻力雙碳目標和能源科技強國建設。力爭2030年廢棄礦井綠色低碳多能互補體系取得關鍵突破，2050年基本實現(xiàn)廢棄礦井綠色低碳多能互補體系建設，2060年廢棄礦井綠色低碳多能互補體系全面規(guī)?；茝V應用。
來源：煤炭學報
