碳中和背景下我国煤炭行业的发展与转型研究
摘 要：实现2030年碳达峰和2060年碳中和已经成为重大国家战略。煤炭是我国长期的基础能源，煤炭开发利用也是我国主要的温室气体排放来源，探究碳中和背景下我国煤炭行业的发展与转型问题，具有重大现实意义。本文从煤炭行业宏观发展环境入手，在系统分析我国煤炭中长期发展的优势、劣势、机会和挑战的基础上，研判了2021—2030年、2031—2050年和2051—2060年三个不同阶段的煤炭行业发展趋势与定位，提出了坚持清洁高效低碳化利用、强化碳减排技术研发与碳汇能力建设、突出煤炭的原料属性与多元化转型等应对策略，并提出了加强顶层设计、明确减排路径、引导企业转型、科技与人才保障等方面的具体建议。
关键词：碳中和；碳达峰；煤炭行业；发展环境；转型路径
0 引 言
我国提出2030年前碳达峰，2060年前碳中和的目标后，在气候雄心峰会上进一步宣布：“到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次
能源消费比重将达到25%左右”。目前距离2030年碳达峰不到10年时间，同时我国碳达峰到碳中和间隔时间只有30年，远少于西方发达国家[1]。实现碳达峰与碳中和目标[2]将深刻影响和改变我国现有能源开发利用方式。我国是世界最大的能源生产国和消费国，也是全球最大的碳排放国。 根据《BP Statistical Review of World Energy 2020》数据显示，2019年我国二氧化碳排放总量为98.26亿t(不包括香港、澳门和台湾地区)，以28.8%的比例居全球首位，其中煤炭开发利用是最主要排放源。煤炭是我国生产与消费规模最大的能源品种，根据《中国统计年鉴2020》数据，2019年一次能源生产总量为39.7亿t标准煤，其中原煤占68.6%；我国能源消费总量达到48.7亿t标准煤，煤炭占57.7%。 我国加速能源绿色低碳转型迫在眉睫，辨识煤炭未来发展环境与变化趋势，寻求煤炭转型与可持续发展方向成为亟待解决的问题。
碳中和(carbon neutrality)的概念，目前在学术界主要表现为“气候层面”与“碳排放”两种不同观点。第一种观点，IPCC[3]提出了基于气候层面的碳中和(climate neutrality)概念，即全球温室气体净排放量可以使得全球温升稳定在某范围内，进入大气的温室气体排放和吸收的汇之间达到某种稳定状态；第二种观点，基于碳排放视角，聚焦净碳排放(net-zero carb
on emissions)，即实现碳排放的中和[4]，一般单指向二氧化碳(CO2)，其观点下的碳中和主要是进入大气的CO2排放和吸收的汇之间达到平衡，即“二氧化碳中和”。邓旭等[4]系统研究了全球研究者和政策制定者对碳中和定义及目标范围。
目前，2060年前实现碳中和已成为研究关注的热点，如王灿等[2]研究了我国碳中和的实现路径与政策体系，分析了高能效循环利用技术、零碳能源技术、负排放技术三个方面的碳排放路径；王鑫[5]从加强产业低碳转型升级、建设可持续能源体系和制定高能耗行业技术路线图三个维度研究了2060年前实现碳中和的关键问题；王克等[6]在2060年前碳中和目标下，构建了能源-经济-环境系统的综合模型，通过定量分析研究了1.5 ℃温升情形的部门碳减排路径；桑树勋等[7]系统分析了在碳中和背景下的煤地质学发展问题，梳理了煤地质学相关的碳减排技术。然而，当前研究主要集中在我国碳中和的实现路径上，缺少对煤炭发展与转型的宏观研究。本文聚焦于碳中和背景下煤炭行业的发展与转型，拟在系统分析煤炭行业发展的优势、劣势、机会和挑战的基础上，研判不同阶段的煤炭发展形势，提出相关对策与建议。
1 碳中和背景下煤炭行业发展的环境分析
优势方面，短期内，特别是在碳达峰之前，煤炭的资源赋存条件与生产供给能力、产业规模及能源结构占比、经济性与消费灵活性等方面存在明显优势，为煤炭行业的发展与转型提供了基础条件。
首先，新能源替代煤炭成为基础能源，短期内不易实现，煤炭基础能源地位和资源优势依然明显。随着我国煤炭工程科技的进步[8]，煤炭资源开发已经向规模化和智能化发展，同时煤炭资源利用不受气候、季节的影响，具有经济、稳定、可靠等优点，而新能源短期内无法解决相关问题，也为煤炭的发展提供了客观条件。从碳达峰目标上看，即便到2030年碳达峰前非化石能源占一次能源消费比重达到25%，煤电下降量有限且仍然是主要电力供应者。根据《中国统计年鉴2020》数据，2019年全国全口径发电量中，煤电占比62.15%，核电占比4.76%，并网风电占比5.53%，并网太阳能发电占比3.05%，核电与风光发电的占比仍然较低。
其次，煤炭行业具有一定的行业优势和市场基础。由于煤炭资源大宗商品的属性，企业、产业、市场、全社会消费等层面具有良好基础和积累，从技术、投资、建设到运营和维修服务形成完整的产业链，形成了一批大型的现代化煤炭企业，如2020年《财富》世界500
强排行榜中有12家煤炭企业上榜，其中排名最靠前的国家能源投资集团有限责任公司的营业收入达到804.98亿美元(108名)，而非化石能源领域只有中国核工业集团有限公司上榜，排名493名。同时，新能源装机和实现并网的过程需要煤电作为调峰电源，短期内煤炭基础能源地位变化有限，煤炭发展的优势依然存在。
劣势方面，我国以煤炭为主的能源结构决定了能源系统的碳排放强度较高，其中煤电、工业用煤是我国煤炭消费的主要碳排放源。根据国际能源署(IEA)数据，2018年仅煤电一项就占我国化石燃料燃烧相关碳排放量的48.4%，相当于美国化石燃料燃烧的碳排放总量，并高于欧盟各国总和。全球新能源发展趋势下的国际压力和社会舆论给我国煤炭的发展带来了阻碍，未来投资环境和金融环境可能恶化，资金使用成本将大幅提高，资金链风险将提升，不利于煤炭行业相关企业的生存与发展。此外，煤炭开采长期存在安全、生态环境破坏、水资源约束、矿工职业病等现实问题，还存在一定比例的落后产能、废弃矿区环境治理的遗留历史问题[9-10]。同时，社会上散烧煤问题仍然没有得到有效解决，散烧煤量约占煤炭消费的10%[11]。上述问题叠加严重制约了煤炭的高质量发展。预计在碳达峰后，碳减排问题、国际与社会舆论压力以及不利的投资环境和愈加严格的生态制约等煤炭行业发展的劣势，都会随着时间推移而更加严峻。
机会方面，目前煤炭行业科技创新发展十分活跃，未来30年先进发电技术和碳封存与利用技术有望实现重大突破，将大幅实现煤炭消费的碳减排。表1给出相关前沿技术的发展现状[8-9,12-13]，例如700 ℃超超临界发电技术、IGCC/IGFC等颠覆性的发电技术都具备清洁高效利用的特点，同时在实现超低污染物排放的基础上，可以大幅提高当前燃煤发电的效率。二氧化碳捕集封存与利用(CCUS)产业方面，目前盐/咸水层的地质封存技术、EOR技术(二氧化碳强化驱油)已逐步从示范项目转向商业化，例如EOR技术在大比例提升产油量的同时，将二氧化碳封存在油田中，已具有很好的经济性。目前我国油田基于EOR技术的二氧化碳封存能力可达到99 Mt/a[14]，同时未来我国在煤层气开采、地热开发、食品加工、人工养殖等领域的二氧化碳利用潜力巨大；CCUS技术也可以通过二氧化碳重整循环实现，例如SOEC技术，利用可再生能源将煤炭发电排放的二氧化碳制取为合成气(作为化工等工业的原料，非能源燃料用途)，即通过碳转化方式实现煤炭发电的零碳排放，有望成为最具潜力的煤电碳排放解决方案之一。另外，参与国际碳汇市场、增加植树造林等具有较高的可行性。在碳中和的大背景下，也将倒逼全社会用煤效率提升，有助于减少煤基资源消耗的碳排放量。目前，我国冶金、建材、化工三大行业煤耗量占全国煤炭消费总量的30%左右，碳减排潜力较大。此外，我国油气对外依存度高，油气供给安全形势严峻，20
19年石油对外依存度已达72%，天然气对外依存度已达43%，我国对外油气资源的获取环境可能恶化，可利用煤炭资源实现进口油气原料的部分替代。未来现代煤化工领域将成为煤炭转型的重要方向，目前我国煤制燃料、煤制烯烃等煤化工技术已成熟，基本形成了完整的产业链，已具备建立大型现代煤炭深加工市场的条件。
