碳中和背景下我國煤炭行業的發展與轉型研究
摘 要：實現2030年碳達峰和2060年碳中和已經成為重大國家戰略。煤炭是我國長期的基礎能源，煤炭開發利用也是我國主要的溫室氣體排放來源，探究碳中和背景下我國煤炭行業的發展與轉型問題，具有重大現實意義。本文從煤炭行業宏觀發展環境入手，在系統分析我國煤炭中長期發展的優勢、劣勢、機會和挑戰的基礎上，研判了2021—2030年、2031—2050年和2051—2060年三個不同階段的煤炭行業發展趨勢與定位，提出了堅持清潔高效低碳化利用、強化碳減排技術研發與碳匯能力建設、突出煤炭的原料屬性與多元化轉型等應對策略，并提出了加強頂層設計、明確減排路徑、引導企業轉型、科技與人才保障等方面的具體建議。
關鍵詞：碳中和；碳達峰；煤炭行業；發展環境；轉型路徑
0 引 言
我國提出2030年前碳達峰，2060年前碳中和的目標后，在氣候雄心峰會上進一步宣布：“到2030年，中國單位國內生產總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次
能源消費比重將達到25%左右”。目前距離2030年碳達峰不到10年時間，同時我國碳達峰到碳中和間隔時間只有30年，遠少于西方發達國家[1]。實現碳達峰與碳中和目標[2]將深刻影響和改變我國現有能源開發利用方式。我國是世界最大的能源生產國和消費國，也是全球最大的碳排放國。 根據《BP Statistical Review of World Energy 2020》數據顯示，2019年我國二氧化碳排放總量為98.26億t(不包括香港、澳門和臺灣地區)，以28.8%的比例居全球首位，其中煤炭開發利用是最主要排放源。煤炭是我國生產與消費規模最大的能源品種，根據《中國統計年鑒2020》數據，2019年一次能源生產總量為39.7億t標準煤，其中原煤占68.6%；我國能源消費總量達到48.7億t標準煤，煤炭占57.7%。 我國加速能源綠色低碳轉型迫在眉睫，辨識煤炭未來發展環境與變化趨勢，尋求煤炭轉型與可持續發展方向成為亟待解決的問題。
碳中和(carbon neutrality)的概念，目前在學術界主要表現為“氣候層面”與“碳排放”兩種不同觀點。第一種觀點，IPCC[3]提出了基于氣候層面的碳中和(climate neutrality)概念，即全球溫室氣體凈排放量可以使得全球溫升穩定在某范圍內，進入大氣的溫室氣體排放和吸收的匯之間達到某種穩定狀態；第二種觀點，基于碳排放視角，聚焦凈碳排放(net-zero carb
on emissions)，即實現碳排放的中和[4]，一般單指向二氧化碳(CO2)，其觀點下的碳中和主要是進入大氣的CO2排放和吸收的匯之間達到平衡，即“二氧化碳中和”。鄧旭等[4]系統研究了全球研究者和政策制定者對碳中和定義及目標范圍。
目前，2060年前實現碳中和已成為研究關注的熱點，如王燦等[2]研究了我國碳中和的實現路徑與政策體系，分析了高能效循環利用技術、零碳能源技術、負排放技術三個方面的碳排放路徑；王鑫[5]從加強產業低碳轉型升級、建設可持續能源體系和制定高能耗行業技術路線圖三個維度研究了2060年前實現碳中和的關鍵問題；王克等[6]在2060年前碳中和目標下，構建了能源-經濟-環境系統的綜合模型，通過定量分析研究了1.5 ℃溫升情形的部門碳減排路徑；桑樹勛等[7]系統分析了在碳中和背景下的煤地質學發展問題，梳理了煤地質學相關的碳減排技術。然而，當前研究主要集中在我國碳中和的實現路徑上，缺少對煤炭發展與轉型的宏觀研究。本文聚焦于碳中和背景下煤炭行業的發展與轉型，擬在系統分析煤炭行業發展的優勢、劣勢、機會和挑戰的基礎上，研判不同階段的煤炭發展形勢，提出相關對策與建議。
1 碳中和背景下煤炭行業發展的環境分析
優勢方面，短期內，特別是在碳達峰之前，煤炭的資源賦存條件與生產供給能力、產業規模及能源結構占比、經濟性與消費靈活性等方面存在明顯優勢，為煤炭行業的發展與轉型提供了基礎條件。
首先，新能源替代煤炭成為基礎能源，短期內不易實現，煤炭基礎能源地位和資源優勢依然明顯。隨著我國煤炭工程科技的進步[8]，煤炭資源開發已經向規模化和智能化發展，同時煤炭資源利用不受氣候、季節的影響，具有經濟、穩定、可靠等優點，而新能源短期內無法解決相關問題，也為煤炭的發展提供了客觀條件。從碳達峰目標上看，即便到2030年碳達峰前非化石能源占一次能源消費比重達到25%，煤電下降量有限且仍然是主要電力供應者。根據《中國統計年鑒2020》數據，2019年全國全口徑發電量中，煤電占比62.15%，核電占比4.76%，并網風電占比5.53%，并網太陽能發電占比3.05%，核電與風光發電的占比仍然較低。
其次，煤炭行業具有一定的行業優勢和市場基礎。由于煤炭資源大宗商品的屬性，企業、產業、市場、全社會消費等層面具有良好基礎和積累，從技術、投資、建設到運營和維修服務形成完整的產業鏈，形成了一批大型的現代化煤炭企業，如2020年《財富》世界500
強排行榜中有12家煤炭企業上榜，其中排名最靠前的國家能源投資集團有限責任公司的營業收入達到804.98億美元(108名)，而非化石能源領域只有中國核工業集團有限公司上榜，排名493名。同時，新能源裝機和實現并網的過程需要煤電作為調峰電源，短期內煤炭基礎能源地位變化有限，煤炭發展的優勢依然存在。
劣勢方面，我國以煤炭為主的能源結構決定了能源系統的碳排放強度較高，其中煤電、工業用煤是我國煤炭消費的主要碳排放源。根據國際能源署(IEA)數據，2018年僅煤電一項就占我國化石燃料燃燒相關碳排放量的48.4%，相當于美國化石燃料燃燒的碳排放總量，并高于歐盟各國總和。全球新能源發展趨勢下的國際壓力和社會輿論給我國煤炭的發展帶來了阻礙，未來投資環境和金融環境可能惡化，資金使用成本將大幅提高，資金鏈風險將提升，不利于煤炭行業相關企業的生存與發展。此外，煤炭開采長期存在安全、生態環境破壞、水資源約束、礦工職業病等現實問題，還存在一定比例的落后產能、廢棄礦區環境治理的遺留歷史問題[9-10]。同時，社會上散燒煤問題仍然沒有得到有效解決，散燒煤量約占煤炭消費的10%[11]。上述問題疊加嚴重制約了煤炭的高質量發展。預計在碳達峰后，碳減排問題、國際與社會輿論壓力以及不利的投資環境和愈加嚴格的生態制約等煤炭行業發展的劣勢，都會隨著時間推移而更加嚴峻。
機會方面，目前煤炭行業科技創新發展十分活躍，未來30年先進發電技術和碳封存與利用技術有望實現重大突破，將大幅實現煤炭消費的碳減排。表1給出相關前沿技術的發展現狀[8-9,12-13]，例如700 ℃超超臨界發電技術、IGCC/IGFC等顛覆性的發電技術都具備清潔高效利用的特點，同時在實現超低污染物排放的基礎上，可以大幅提高當前燃煤發電的效率。二氧化碳捕集封存與利用(CCUS)產業方面，目前鹽/咸水層的地質封存技術、EOR技術(二氧化碳強化驅油)已逐步從示范項目轉向商業化，例如EOR技術在大比例提升產油量的同時，將二氧化碳封存在油田中，已具有很好的經濟性。目前我國油田基于EOR技術的二氧化碳封存能力可達到99 Mt/a[14]，同時未來我國在煤層氣開采、地熱開發、食品加工、人工養殖等領域的二氧化碳利用潛力巨大；CCUS技術也可以通過二氧化碳重整循環實現，例如SOEC技術，利用可再生能源將煤炭發電排放的二氧化碳制取為合成氣(作為化工等工業的原料，非能源燃料用途)，即通過碳轉化方式實現煤炭發電的零碳排放，有望成為最具潛力的煤電碳排放解決方案之一。另外，參與國際碳匯市場、增加植樹造林等具有較高的可行性。在碳中和的大背景下，也將倒逼全社會用煤效率提升，有助于減少煤基資源消耗的碳排放量。目前，我國冶金、建材、化工三大行業煤耗量占全國煤炭消費總量的30%左右，碳減排潛力較大。此外，我國油氣對外依存度高，油氣供給安全形勢嚴峻，20
19年石油對外依存度已達72%，天然氣對外依存度已達43%，我國對外油氣資源的獲取環境可能惡化，可利用煤炭資源實現進口油氣原料的部分替代。未來現代煤化工領域將成為煤炭轉型的重要方向，目前我國煤制燃料、煤制烯烴等煤化工技術已成熟，基本形成了完整的產業鏈，已具備建立大型現代煤炭深加工市場的條件。
