煤炭是人類文明發(fā)展的重要推動力。曾幾何時，這種被稱之為“烏金”的能源象征著取之不盡的財富，擁有煤炭資源的城市通過資源開采迅速積累財富，然而采礦和煤炭工業(yè)帶來的大氣污染、生態(tài)破壞為人類對自然界的無度發(fā)掘敲響警鐘，各國紛紛出臺政策，尋求更加清潔的能源以削減煤炭的使用量。京都議定書之后，盡快減少使用化石能源以應對全球變暖成為了世界各國的共識，一時間煤炭消費背負起溫室氣體排放的原罪，全球去煤炭化的聲音不絕于耳。煤炭作為我國能源產(chǎn)業(yè)的主體，關系著我國能源安全穩(wěn)定的重大戰(zhàn)略。煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略十分重要且復雜，融合了政治經(jīng)濟、科技發(fā)展、產(chǎn)業(yè)變革、地區(qū)穩(wěn)定乃至社會民生的方方面面。當今世界政治格局動蕩，能源發(fā)展外部環(huán)境更加復雜多變，國家能源安全戰(zhàn)略提升至前所未有的高度。與此同時，全球數(shù)字產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，數(shù)字科技風起云涌，在全球能源體系變革與我國雙碳目標的雙重背景下，煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展已悄然進入下半場。
一、氣候目標下全球煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢
煤炭作為燃料的歷史，可追溯至穴居人的時代。隨著科技的發(fā)展，煤炭在工業(yè)革命中滿足了人們對于高效能源的需求，逐漸成為了能源的主體。十八世紀，煤炭作為能源供給的主角推動了第一次工業(yè)革命。隨著燃煤發(fā)電的大規(guī)模興起，作為全球電力的重要來源，煤炭在人類現(xiàn)代物質文明的歷史進程中始終扮演著非常重要的角色。隨著世界各國對全球氣候變暖的認識逐漸加深，氣候目標也成了全人類命運與共的重要課題。削減以煤炭為主的化石能源消費，是達成氣候目標的必要途徑。世界各國正以前所未有的決心為之付出實踐，與時間表賽跑。
全球煤炭消費短期平穩(wěn)，長期減量
據(jù)國際能源署(以下簡稱“IEA”)數(shù)據(jù)顯示， 2020 年全球煤炭消費量下降了 4%，為二戰(zhàn)以來的最大降幅，2021 年，受美國和歐洲天燃氣價格上漲以及中國經(jīng)濟持續(xù)增長等多種因素作用，全球煤炭消費量強勢反彈，其中燃煤發(fā)電消費占比較大。據(jù) IEA 估計，2021 年全球煤炭發(fā)電量增長將超 9%，總量創(chuàng)歷史新高[1]。整體來看，美國、歐盟等發(fā)達經(jīng)濟體將逐漸削減煤炭消費，中國和印度占全球煤炭消費總量的約三分之二，是亞洲地區(qū)主要消費國，根據(jù)規(guī)劃，中國的煤炭消費總量將在短期內(nèi)維持現(xiàn)狀，印度方面則預計有約 4% 的消費增長，鑒于煤炭在能源及工業(yè)領域的地位短期難以替代，全球煤炭消費將在 2022 年繼續(xù)增長，并維持高位至 2024 年。
發(fā)達經(jīng)濟體燃煤電廠逐漸退出，亞洲成為煤電主戰(zhàn)場
實現(xiàn) 2050 年全球凈零排放以將全球升溫幅度控制在 1.5～2 攝氏度以內(nèi)是《巴黎協(xié)定》達成的全球共識。全球在運行的燃煤電廠約 8500 座，發(fā)電能力超 2000 吉瓦，提供了全球三分之一以上的電力。另一方面，燃煤電廠的溫室氣體排放量占全球溫室氣體排放總量的約五分之一，作為單體排放量最大的二氧化碳排放源，燃煤電廠減碳對全球氣候目標達成至關重要。
在 IEA《世界能源展望2021》中所設定的 2050 凈零情景中，發(fā)達經(jīng)濟體應當在 2030 年徹底關閉燃煤電廠。自 2015 年巴黎協(xié)定以來，已有21個國家承諾在 2021 年至 2040 年間逐步淘汰燃煤電廠，其中澳大利亞、比利時、瑞典幾個國家已經(jīng)在 2020 年前完成了燃煤發(fā)電的退出。不過從退出的體量看，這些國家合計僅占到了全球燃煤發(fā)電量的 4.1%，此外在這 21 個國家當中有 14 個國家的燃煤電力來源不足 10%，煤電退出后能源需求替代的難度相對較低[2]。
世界上現(xiàn)存的燃煤發(fā)電廠大多位于新興和發(fā)展中經(jīng)濟體，此外全球正在開發(fā)的新燃煤電廠中，近90%都位于新興和發(fā)展中經(jīng)濟體，其中大部分位于亞洲。另據(jù)IEA數(shù)據(jù)，亞洲各地的燃煤電廠平均“年齡”為13年，相比于燃煤電廠平均40～50年的壽命來講，亞洲電廠尚處青壯年，相比之下，大多數(shù)發(fā)達經(jīng)濟體的燃煤電廠處于中老年甚至接近退休的年齡[3]。燃煤電廠的關停，不僅涉及能源安全替代和財務挑戰(zhàn)，因煤電及煤礦的快速關閉引發(fā)的失業(yè)等社會問題也需要當局者妥善處置。此外廢棄和受污染礦區(qū)的治理處置工作也至關重要，如放任不管，礦區(qū)在關閉后數(shù)十年內(nèi)仍將繼續(xù)排放逸散性甲烷，從而大大加劇全球變暖。因此，煤電乃至煤炭的退出雖具有歷史必然性，但牽涉經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定乃至生態(tài)文明的方方面面，是個復雜性的工程，牽一發(fā)而動全身，應基于每個國家不同的資源稟賦和特殊現(xiàn)狀統(tǒng)籌謀劃，才能夠確保煤炭這種傳統(tǒng)能源和資源，退出則安全有序，保留則綠色可持續(xù)。
中國煤炭產(chǎn)業(yè)牽動全球神經(jīng)
中國的煤炭消費總量占全球煤炭消費總量的一半以上，同時中國也是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和進口國，供需失衡導致的國內(nèi)價格波動將立即影響國際市場，在全球市場中占有絕對重要地位。于此同時，中國的二氧化碳排放總量約占全球的四分之一，其中一半以上由煤炭相關的生產(chǎn)消費活動產(chǎn)生。在此背景下，我國提出的 “二氧化碳排放力爭于 2030 年前達到峰值，努力爭取 2060 年前實現(xiàn)碳中和”目標，充分展示出了中國在應對氣候變化問題上的大國擔當，也體現(xiàn)出了中國構建全球命運共同體的基本理念與決心。
眾多研究顯示，目前世界各國的減排政策落實效果并不樂觀，按照目前的節(jié)奏，將升溫幅度控制在1.5度的目標將很難實現(xiàn)。各國專家表現(xiàn)出了擔憂情緒。在此情景下，全球低碳的目光望向中國，中國的煤炭產(chǎn)業(yè)將何去何從，亦牽動著世界的神經(jīng)。
二、我國煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展近況
我國二氧化碳排放歷史的演進變化
自 1980 年以來，中國 GDP 擴張超過 30 倍，高速工業(yè)化和城市化進程是中國經(jīng)濟轉型的主要動力。作為“世界工廠”，中國占世界工業(yè)產(chǎn)值增加值的四分之一，水泥和鋼鐵占世界總產(chǎn)量的一半以上。但與此同時，中國也是目前世界上最大的溫室氣體(GHGs)排放國，下圖展示了自 1990 年以來我國二氧化碳排放總量的變化趨勢，可見 2005 年至 2019 年二氧化碳年度總排放量增長近一倍。
圖1 1990～2019年我國二氧化碳排放總量/Mt *
*注：圖1數(shù)據(jù)來源IEA(國際能源署)，由清華大學互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院整理作圖
盡管面對嚴峻的減排形勢，長期以來中國始終高度重視氣候變化應對，積極參與全球治理，堅持綠色循環(huán)低碳發(fā)展。與 2005 年相比，2019 年的單位 GDP 碳排放下降了 48%，相當于減少二氧化碳排放約 56.2 億噸，相應減少二氧化硫約 1192 萬噸、氮氧化物約 1130 萬噸，提前實現(xiàn)了 2015 年提出的碳排放強度下降 40%-45% 的目標[4]。2020 年中國能源消費總量較上年增加 2.1%，與過去十年年均 3.8% 的增幅相比有所降低，碳排放總量接近 100 億噸，占全球碳排放份額的 31%，但碳排放強度降低 1%[5]。未來四十年，以“碳達峰碳中和”為約束性目標，中國將面臨總量大、時間短的巨大挑戰(zhàn)，同時也將是中國應對全球氣候變化，發(fā)展綠色低碳經(jīng)濟、引領全球綠色發(fā)展的重大機遇。
煤炭生產(chǎn)消費環(huán)節(jié)的二氧化碳排放
數(shù)據(jù)顯示，我國自上世紀 90 年代以來各行業(yè)二氧化碳排放持續(xù)增高，其中能源行業(yè)(電力、熱能生產(chǎn))與工業(yè)生產(chǎn)占到了二氧化碳排放總量的 80% 以上。能源行業(yè)二氧化碳排放量的 70% 來自于煤炭，僅燃煤熱電廠本身的碳排放量就超過中國碳排放總量的 45%。工業(yè)作為我國二氧化碳排放的第二大來源，2020 年約占全國碳排放總量的 35%，其主要來源也是煤炭[6] 。因此煤炭產(chǎn)業(yè)轉型降碳是實現(xiàn)雙碳目標的重中之重。
圖2 分行業(yè)二氧化碳排放量/Mt *
*注：圖2數(shù)據(jù)來源IEA(國際能源署)，由清華大學互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院整理作圖
圖3 2000-2020年中國一次能源消費情況*
*注：數(shù)據(jù)來源于國際能源署( IEA)
三、雙碳目標下，我國的煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑
總體目標約束
2021 年 9 至 10 月，中共中央、國務院印發(fā)了《關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》(以下簡稱《意見》)及《2030年前碳達峰行動方案》，就確保如期實現(xiàn)碳達峰、碳中和作出全面部署，進一步明確了我國實現(xiàn)“碳達峰、碳中和” 重大戰(zhàn)略決策的總體要求和主要目標[7,8]。下圖以幾個重要時間為節(jié)點整理了能源相關的主要指標：
圖4 碳達峰碳中和主要目標*
*注：圖4為根據(jù)中共中央 國務院《關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》內(nèi)容，由清華大學互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院整理作圖
此外，2022 年 3 月發(fā)改委能源局下發(fā)的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》(以下簡稱“規(guī)劃”)當中進一步明確：“十四五”期間為充分確保能源安全，到2025 年，國內(nèi)能源年綜合生產(chǎn)能力要達到 46 億噸標準煤以上，比 2020 年一次能源生產(chǎn)量 40.8 億噸標準煤提升 12.7%;到 2025 年，發(fā)電裝機總容量達到約 30 億千瓦，較 2020 年 22 億千瓦時提升 36%。規(guī)劃同時提出“十四五”期間，要顯著促進能源低碳轉型，實現(xiàn)單位 GDP 二氧化碳排放五年累計下降 18%;并實現(xiàn)能源系統(tǒng)效率大幅提高，實現(xiàn)單位 GDP 二氧化碳能耗五年累計下降 13.5%[9]。一方面要保證能源供給側總量提升，另一方面要實現(xiàn)碳排放雙控，看似矛盾的目標下，實則是我國能源轉型大背景下的必然要求，那么煤炭產(chǎn)業(yè)該如何把控進與退的節(jié)奏呢?
立足國情，先立后破，爬行釘住
就清潔能源替代傳統(tǒng)能源的節(jié)奏問題，清華大學互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院的顧問委員黃奇帆曾提出過如下思想，“在能源結構調(diào)整過程中，清潔能源上多少，傳統(tǒng)能源退多少，要有個比例關系，操作中不能太激進。要按照爬行釘住加保留安全冗余的原則推動清潔替代”。該思想與今年兩會期間習近平總書記在參加內(nèi)蒙古代表團審議的發(fā)言時，針對未來煤炭產(chǎn)業(yè)的定位與發(fā)展提出的“先立后破”的思想[10]總體一致。這就為煤炭退出定了一個基調(diào)，不激進亦不消極，要以確保國家能源安全為基本準則，使煤炭安全有序退出，推動煤炭產(chǎn)業(yè)清潔低碳高質量發(fā)展，構建綠色發(fā)展新格局。
技術革命為煤炭產(chǎn)業(yè)開辟新路徑
隨著我國新能源技術的高速發(fā)展，風光水電核等新能源將逐步替代煤電的主體能源地位。在能源供給側，煤電將主要作為調(diào)峰工具，耦合新能源發(fā)展，確保我國能源供給安全穩(wěn)定，逐步實現(xiàn)我國經(jīng)濟增長與煤炭消費脫鉤。在新能源將逐步成為電力主體的總體趨勢下，煤炭也將在能源格局的重塑中實現(xiàn)定位調(diào)整與角色切換。根據(jù)國家宏觀政策規(guī)劃及技術發(fā)展趨勢，未來煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展將在以下幾方面尋求發(fā)力：
01 清潔燃煤發(fā)電
從國家總的能源戰(zhàn)略來講，我們講去煤炭并非簡單意義的去煤電。關于這個問題，我國國家能源局發(fā)展規(guī)劃司司長李福龍在 2019 年答美國記者提問的時候曾回答：“我們始終把提高煤電占煤炭消費總量當中的比重，同時壓減散煤的消費作為煤炭減量的一個重要措施。”[11]與簡單關停相反，這意味著我國煤電要實現(xiàn)優(yōu)質清潔高效資產(chǎn)的替代。中國在“十三五”期間淘汰了 2000 萬千瓦落后的煤電機組，按照《規(guī)劃》， “十四五”期間，我國將再有序淘汰煤電落后產(chǎn)能(含到期退役機組)3000 萬千瓦，并大力推進清潔高效的煤電機組，包括超臨界、超超臨界，容量大、能效高、污染排放少的機組。
據(jù)能源局數(shù)據(jù)，我國火電已實現(xiàn)了 80% 比例的超低排放，在此基礎上，通過高效部署二氧化碳捕集利用與封存(以下簡稱：CCUS)技術，收集利用 90% 以上的二氧化碳，將是燃煤電廠實現(xiàn)低碳甚至零碳的必要途徑。中國目前的裝機容量中，到 2050 年仍將有大約 9 億千瓦在運行。CCUS 技術的部署有助于充分利用現(xiàn)有煤電機組，適當保留煤電產(chǎn)能，避免一部分煤電資產(chǎn)提前退役導致資源浪費[12]。
02 現(xiàn)代煤化工+CCUS
現(xiàn)代煤化工是以煤炭為主要原料、以生產(chǎn)清潔能源和化工產(chǎn)品為主要目標的現(xiàn)代化煤炭加工轉化產(chǎn)業(yè)。我國目前的化工品生產(chǎn)制造工藝主要以石油化工為主。從化學結構上來講，煤炭具有高碳屬性，其碳氫原子比要高于于石油數(shù)倍，因此煤制甲醇、烯烴、乙二醇等化工品工藝過程中，將會有大量的碳以二氧化碳的形式產(chǎn)生。研究顯示，出于自身結構及反應過程，消費 1 噸煤將產(chǎn)生 2-3 噸以上的二氧化碳，從原理上講，該排放量不可避免。但同時，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的碳排放具有濃度高、排放集中的優(yōu)勢，為二氧化碳的捕集與封存創(chuàng)造了良好的條件，未來隨著 CCUS 技術的日益成熟，將為現(xiàn)代煤化工帶來更廣闊的發(fā)展空間。與此同時，隨著碳市場推進的不斷深入，將會有更多行業(yè)納入碳減排市場，通過市場機制與技術創(chuàng)新共同推動煤化工產(chǎn)業(yè)低碳綠色發(fā)展[13]。
03 煤制氫+CCS
氫能與清潔電力均為可再生的二次能源，在全球范圍內(nèi)均作未來能源的重要載體，是能源體系脫碳的主要途徑。從目前氫的來源看，可分為灰氫、藍氫和綠氫三種，灰氫主要由化石能源制取氫氣，制氫過程排放二氧化碳等溫室氣體，是目前氫氣來源等主要方式;藍氫采用化石能源制氫+碳捕集與封存技術(以下簡稱：CCS)，過程二氧化碳排放清潔可控;綠氫是由核能、可再生能源通過電解水等手段獲取的氫氣，制氫過程無溫室氣體排放，是目前最為理想的制氫方式[14]。
據(jù)中國氫能聯(lián)盟數(shù)據(jù)顯示，預計到 2030 年和 2050 年，氫的需求量將分別達到 3500 萬噸和 6000 萬噸，終端能源占比分別達到 5% 和 10% 以上。受制于可再生能源成本以及電解器技術限制，綠氫目前還不具備大規(guī)模發(fā)展的條件，難以滿足短期氫能市場需求。鑒于未來全產(chǎn)業(yè)納入碳市場的整體趨勢，藍氫將作為短期內(nèi)市場的過渡，一方面能夠及時滿足市場需求，另一方面也可應對碳排放的壓力[15]。煤制氫深度耦合 CCS 技術，通過技術革新降低過程成本，確保碳排放達標，過程安全可控，將是煤炭與氫的未來出路之一。
04 數(shù)字科技引領，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)煥發(fā)新生
在我國日前發(fā)布的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》中明確提出：要“加快能源產(chǎn)業(yè)數(shù)字化智能化升級”。積極建設“智能化煤礦”，開展“煤礦智能化高效開采、智能化選煤、礦山物聯(lián)網(wǎng)、危險崗位機器人替代等示范應用”。數(shù)字技術作為技術創(chuàng)新發(fā)展的新引擎，將通過與能源產(chǎn)業(yè)的深度融合，賦能傳統(tǒng)能源領域，充分利用數(shù)據(jù)要素，構建數(shù)字產(chǎn)業(yè)生態(tài)，推動能源數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展,促進能源發(fā)數(shù)字化轉型。
相比于前述單一領域的負碳技術應用，大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、數(shù)字孿生等數(shù)字技術可以為傳統(tǒng)場景構建一整套數(shù)字解決方案，通過產(chǎn)業(yè)全流程的優(yōu)化創(chuàng)新，實現(xiàn)全過程減碳，從全新的視角去破解煤炭產(chǎn)業(yè)的高碳謎題。比如在煤炭勘探方面，可采用現(xiàn)代數(shù)據(jù)管理技術和可視化模擬描繪煤炭儲層的新工具進行地質建模，以更好地評估煤炭儲量及品質;在煤炭的開采環(huán)節(jié)，采用低成本傳感器和計算機輔助模擬結合有助于優(yōu)化煤炭供應鏈的流程，顯著降低運營成本;在運輸和洗煤環(huán)節(jié)，應用遠程遙控設備以及無人駕駛卡車、鏟車是重點發(fā)展趨勢，以大大提高生產(chǎn)力并改善安全性能;在預測及維護方面， 數(shù)字化技術還可以通過傳感器和數(shù)據(jù)分析開展設備維護工作，進而提高設備的可用性，運行性能并降低成本[16]?？梢哉f，在煤炭產(chǎn)業(yè)數(shù)智化轉型方面，中國比世界上其他國家擁有更完備的基礎和先決條件。通過數(shù)字技術賦能煤炭全產(chǎn)業(yè)鏈，是實現(xiàn)煤炭產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的重要途徑，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來新機遇。
四、結語
雙碳目標是約束也是契機，將倒逼我國實現(xiàn)能源結構、產(chǎn)業(yè)結構、生態(tài)結構發(fā)生一系列重大轉型。煤炭作為我國資源稟賦最高的基礎能源，是我國能源安全的“穩(wěn)定器”和“壓艙石”，煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展，關乎我國能源安全戰(zhàn)略，也關乎中國雙碳目標的兌現(xiàn)，牽動全世界的神經(jīng)。探索全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)智化發(fā)展，構建高質量發(fā)展的新格局，實現(xiàn)煤炭產(chǎn)業(yè)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展的“后煤炭”時代，我們拭目以待。
參考資料：
[1] IEA (2021), Global coal demand surpassed pre-Covid levels in late 2020, underlining the world’s emissions challenge, IEA, Paris https://www.iea.org/commentaries/global-coal-demand-surpassed-pre-covid-levels-in-late-2020-underlining-the-world-s-emissions-challenge.
[2] IEA (2021), Phasing Out Unabated Coal: Current Status and Three Case Studies, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/phasing-out-unabated-coal-current-status-and-three-case-studies.
[3] IEA (2021), It’s critical to tackle coal emissions, IEA, Paris https://www.iea.org/commentaries/it-s-critical-to-tackle-coal-emissions.
[4] 項目綜合報告編寫組. 《中國長期低碳發(fā)展戰(zhàn)略與轉型路徑研究》綜合報告[J]. 中國人口-資源與環(huán)境,2020，30(11)：1-25.
[5] BP.《BP世界能源統(tǒng)計年鑒》2021年版[EB/OL]. http://bp.com/statsreview.
[6] IEA. Net Zero by 2050[R]. 2021-05. http://www.iea.org.
[7] 中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見. 中國政府網(wǎng)[引用日期2021-10-21].
[8] 國務院關于印發(fā)2030年前碳達峰行動方案的通知. 中國政府網(wǎng)[引用日期2021-10-26].
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[10] “要先立后破，而不能夠未立先破”——從全國兩會看正確認識和把握“雙碳”目標. https://t.ynet.cn/baijia/32322513.html
[11] 章建華、李福龍回應“為什么中國還在新建燃煤電廠?”. https://news.bjx.com.cn/html/20190923/1008689.shtml
[12] 生態(tài)環(huán)境部 規(guī)劃研究院等.中國二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)年度報告(2021) ——中國CCUS路徑研究[R].
[13] 現(xiàn)代煤化工：何去何從，誰主沉浮.https://www.sohu.com/a/491548940_120231598
[14] 平安證券.副產(chǎn)氫已占先機，綠氫有望新開局[R].
[15] 德勤.“能源的未來“系列刊物——為碳中和-創(chuàng)造可行的氫經(jīng)濟[R].
[16] 國際能源署(IEA).數(shù)字化與能源[M]. 北京:科學出版社，2019:1-107 .
（轉載）
