2060年碳中和目標下煤炭保障性需求預測

王 兵，李 璐，鮮玉嬌，于鵬偉，郝文超

(1.中國礦業大學(北京) 能源與礦業學院 可持續發展與能源政策研究中心，北京 100083；2.中國礦業大學(北京) 管理學院，北京 100083)

0 引 言

2020年9月，中共中央總書記習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論會議上提出提高國家自主貢獻力度，CO2排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和的目標，并先后在國內外重要會議上多次強調要如期落實該目標。能源領域，特別是以煤炭為主的化石能源，是我國碳排放的主要來源，煤炭行業碳減排是我國碳中和工作的重點[1]。2022年國務院發布的《“十四五”節能減排綜合工作方案》中提出，要立足以煤為主的基本國情，抓好煤炭清潔高效利用。2022年4月國務院常務會議決定新增煤炭產能3億t，改造煤電2.2億kW。國務院關稅稅則委員會決定自2022年5月1日至2023年3月31日，對所有煤炭實施稅率為0的進口暫定稅率。2021年我國能源消費總量52.4億t標準煤，煤炭消費量占比為56%；2021年一次能源生產總量43.3億t標準煤，原煤生產量約29.5億t標煤，占比約68.1%。以上數據表明我國煤炭消費以國內供應為主，能源領域碳中和工作迫切需要煤炭行業在碳中和背景下發揮重要作用，確保如期實現碳達峰、碳中和目標。然而，考慮到我國能源資源稟賦，煤炭行業發展面臨保障能源供應安全和實現碳中和目標的雙重任務[2]。

學術界針對碳達峰碳中和目標下煤炭發展路徑問題開展了一些重要探索。謝和平等[3]通過國際類比分析法認為碳中和目標下我國煤炭從基礎能源轉向兜底能源的過程中需要12億～15億t/a的消費量用于電力調峰、碳質還原劑和保障能源供應安全。林衛斌等[4]從能源消費總量和結構2個維度定性預測了2050年煤炭消費占比在5%～10%，為2.5億～5.5億t標準煤。楊英明等[5]采用加權組合模型預測了未來煤炭消費結構，結果表明火電行業煤炭消費小幅增長后將不斷下降。宋曉波等[6]基于國內外碳中和路徑定性分析了碳達峰、技術突破和碳匯3個階段煤炭的作用，提出了煤炭行業低碳發展路徑。以上研究未能從產業發展和能源安全的視角全面研究煤炭保障性需求問題，研究方法多采用國際對比和定性分析，鮮見針對碳中和目標自下而上的預測研究。因此，科學預測碳中和目標下基于能源安全的煤炭保障性供應需求迫在眉睫，有利于科學制定我國煤炭產能規劃和煤炭儲備規模。

本研究首先基于煤炭流圖的煤炭產業鏈發展現狀，理清煤炭主要消費部門，識別煤炭消費重點領域；其次，運用部門分析和情景分析的組合預測方法從各個產業部門出發建立碳中和目標下基于自下而上部門情景分析法的煤炭需求預測模型，科學研判碳中和目標下煤炭保障性需求，運用類比法論證了結果的可靠性。然后，基于煤炭供需的未來發展趨勢和需求預測結果，提出宏觀和微觀視角下煤炭工業碳中和發展路徑與戰略，為規劃我國減煤最優路徑，保障煤炭柔性供給和發揮碳中和進程中的煤炭壓艙石作用提供決策參考。

1 部門情景分析法原理

1.1 部門情景分析法

部門分析法能夠通過部門分解直接預測在一定經濟發展水平和技術進步條件下的能源需求量。部門分析法通過分析基準年份各部門能源消費現狀，使用單位產值能耗綜合反映能源消費的技術水平和管理水平，并估計各目標時間節點各部門發展水平與能耗水平，從而預測目標年的各部門及全社會能源消費需求量。部門分析法已廣泛應用于國家、地區、單一部門等能源經濟模型中。開平安等[7]分析了能源經濟模型中的開環和閉環屬性，比較得到了部門分析法對于彈性系數法的優勢及其在國家模型中的應用框架。隗斌賢等[8]從終端經濟活動水平和能源強度視角運用部門分析法對浙江省能源需求進行預測。賀祖琪等[9]采用部門分析法、能源消費彈性系數法等方法對四川省能源需求進行預測，研究表明部門分析法具有較高的準確度和較小的相對誤差。韓君[10]通過評述多個能源需求分析方法，認為組合預測模型能減少能源需求預測的誤差。情景分析法是從目標情景出發構想未來社會能源需求的一類方法，其不局限于目前已有的技術條件，分析實現目標所需措施和可行性[11]。本研究采用情景分析法設置目標年份的各部門經濟活動水平和能源消耗水平，能夠彌補單一部門分析法依靠趨勢外推或增長系數進行預測的不合理性。

綜上，部門情景分析法兼顧部門差異性和部門發展趨勢，能克服其他能源需求預測方法的不足。本研究采用部門分析和情景分析相結合預測碳中和目標下煤炭保障性需求，既能從消費端全面理清煤炭消費需求來源，也能有效刻畫碳中和目標不同部門的未來發展情景。實現碳達峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革，碳中和社會發展模式面臨巨大的不確定性，部門情景分析法兼顧部門差異性和發展趨勢，能夠克服其他能源需求預測方法的不足。

1.2 基于煤炭流圖的煤炭需求關鍵部門識別

受我國煤炭資源稟賦影響，我國煤炭生產與消費基本處于相對平衡的狀態[7]。我國2005—2020年煤炭生產與消費波動變化規律基本一致，煤炭消費在2013年達到最高值42.4億t，此后煤炭生產與消費均處于峰值平臺期，“十四五”、“十五五”期間煤炭消費將呈峰值回落并逐步下降的趨勢[12]。能流圖和碳流圖能全面深刻地反映能源生產、消費結構和加工轉換損耗等信息，是能源系統分析的主要工具之一[13-14]。2019年我國煤炭流圖如圖1所示，原煤生產量約38.5億t，火力發電、供熱、煉焦、制氣、煉油、化工、水泥、鋼鐵八大部門作為煤炭消費大戶，其占比約88.83%，這些部門將是未來煤炭消費和碳排放的重點部門。為確保2060年碳中和目標的實現，其他部門占煤炭消費總量的比例將會進一步下降。碳中和目標下煤炭保障性供應需求預測將重點聚焦于煤炭主要終端消費部門。

圖1 2019年中國煤炭消費流圖Fig.1 China′s coal flow chart in 2019

2 碳中和目標下煤炭保障性需求組合預測建模

基于煤炭流圖的煤炭需求關鍵部門識別結果顯示，火力發電、供熱、煉焦、制氣、煉油、化工、水泥、鋼鐵八大部門是煤炭消費的主要部門。本研究將煉焦、制氣、煉油、化工統稱為煤化工部門，細分為傳統煤化工和現代煤化工。因此，基于各個部門的重要程度，以電力、煤化工、鋼鐵、水泥、熱力五大關鍵部門和其他部門為研究對象，綜合考慮國家戰略規劃目標、專家判斷和文獻調研分析，建立基于自下而上部門分析與情景分析相結合的中國長期煤炭需求組合預測模型，分別預測2030、2040、2050、2060年各部門煤炭保障性需求。其中，為避免重復計算，原屬于煤化工行業的焦炭用煤劃分到鋼鐵部門，煤制焦炭環節則不計入。考慮到散煤燃燒等近年可能逐步淘汰，本研究假設其他部門煤炭消耗占比將在2030、2040、2050、2060年分別下降到6%、3%、2%和1%。

基于實現碳中和與保障能源安全的雙重目標，設置3種煤炭保障性供應情景：① 基準情景是正常實現碳中和目標的煤炭需求量情景；② 保障情景是在實現碳中和目標時出現不可控緊急事件情況下煤炭全額保障性需求預測；③ 強化保障情景是在保障情景基礎上，因電力部門供應中斷加劇的應急儲備和煤化工對保障油氣供應安全的煤炭需求量預測，其他部門的預測保持不變。考慮部門差異性，各部門煤炭需求預測方法描述如下。

2.1 基于部門情景分析法的煤炭保障性需求預測模型

2.1.1電力部門煤炭保障性需求預測模型

電力部門是我國煤炭消費的主要部門之一。大部分碳中和戰略研究報告顯示2060年煤電裝機將清零，煤電將退出電力市場，天然氣和氫能將作為電力調峰電源[15]。考慮諸如水澇、暴雪等氣候極端事件的影響[16-17]，本研究將煤電作為保障極端情況下我國電力安全的儲備電源，分別按不同的極端事件影響范圍大小設置情景，結合煤電和煤電+CCS比例，預測碳中和目標下電力部門煤炭保障性供應需求。

電力部門的煤炭需求C1預測(式(1))，分為2部分：電力行業的煤炭安全供應量Ca按照電力供應安全15～30 d閾值范圍設置情景，即緊急情況下電力系統僅由燃煤發電供應(式(2))；另一部分煤炭電力需求根據未來電力行業電源結構中作為托底的煤電和煤電+CCS比例預測基本煤耗需求Cb(式(3))：

C1=Ca+Cb，

(1)

Ca=Eθt，

(2)

Cb=Eθω，

(3)

式中，E為全社會用電量，kWh；θ為全國煤電供電標準煤耗，g/kWh；t為煤電全額保障性供電天數占全年的比例，%；ω為電源結構中煤電和煤電+CCS的比例，%。

2.1.2煤化工部門煤炭保障性需求預測模型

煤炭是煤化工部門的基礎原材料，降低煤化工部門碳排放將有助于碳中和目標的實現。按照煤化工部門的構成，傳統煤化工包含煤制焦炭、煤制甲醇和合成氨3部分，其中煤制焦炭并入鋼鐵部門進行測算；現代煤化工包括煤制油、煤制天然氣、煤制烯烴、煤制乙二醇及其他(煤制芳烴、煤制乙醇等)。煤化工部門煤炭需求預測模型綜合考慮煤化工行業的替代工藝、替代原料和國家碳中和目標的現實要求[18]，以部門當前煤炭需求和未來變化趨勢開展預測，具體為

(4)

2.1.3鋼鐵部門煤炭保障性需求預測模型

作為世界上最大的粗鋼生產和消費國，我國鋼鐵行業碳排放占全國碳排放的15%左右[19]。據預測，我國噸鋼能耗將會從2015年的610 kg/t(以標準煤計，下同)逐步下降為2050年的495 kg/t[20]。因此，本研究依據線性下降趨勢，預測我國2030、2040、2050、2060年噸鋼能耗分別為569、535、495、469 kg/t。2021年上半年鋼鐵行業運行情況表明生鐵產量增量對上半年粗鋼產量增量的貢獻占比不到30%，廢鋼利用取得初步成效。因此，鋼鐵產量下降、噸鋼煤耗降低和廢鋼利用都將減少鋼鐵部門對于煤炭的需求。鋼鐵行業的煤炭保障性供應需求預測模型以鋼鐵部門產量水平和噸鋼能耗為基礎進行預測，綜合考慮鋼鐵生產工藝結構，具體為

C3=P3φα，

(5)

式中，C3為鋼鐵行業煤炭需求預測量，kg(以標準煤計)；P3為鋼鐵產量，t；φ為長流程鋼鐵廠產量中的占比，%；α為噸鋼煤耗，kg/t(以標準煤計)。

2.1.4水泥部門煤炭保障性需求預測模型

我國水泥行業碳排放占全球排放的7%，為第三大工業能耗部門。國際能源署預計2050年全球水泥產量為46.82億t，人均水泥產量將降至485 kg[21]。我國2020年水泥產量達到24億t，占世界水泥總產量比例超過50%，人均產量1 818 kg，遠高于世界平均水平575 kg/人，而噸水泥能耗控制目標為105 kg，預計消耗2.52億t標準煤，水泥行業面臨較大的去產能和節能減排壓力。工業與信息化部于2016年發布的《工業綠色發展規劃(2016—2020年)》提出到2020年，水泥綜合能耗從2015年的112 kg/t 降至105 kg/t[22]。

本研究采用插值和外推方法預測中國水泥產量和水泥能耗中的煤炭占比，結合我國工業節能發展規劃對于水泥行業能耗下降的發展規劃，建立水泥行業煤炭保障性需求預測模型，具體為

C4=P4kβ，

(6)

式中，C4為水泥行業煤炭需求預測量，kg(以標準煤計)；P4為水泥產量，t；k為水泥能耗水平，kg/t(以標準煤計)；β為水泥能耗中的煤炭占比，%。

2.1.5熱力部門煤炭保障性需求預測模型

2019年熱力部門的煤炭消費量為2.1億t標準煤，占整個熱力部門能源消費總量的87.1%。從需求來源看，熱力供應部門可劃分為工業用熱和居民采暖2類，其中，工業用熱約占全國熱力消費總量的70%，居民采暖約占全國熱力消費總量的30%。

按照熱力供應部門的構成，計算煤炭保障性需求量預測(式(7))，其中，工業用熱和居民熱力的煤炭需求量預測分別為

C5=CHI+CHR，

(7)

CHI=EHγPc，

(8)

(9)

2.2 數據來源與情景設置

電力部門的全社會用電量數據來源于《中國能源電力發展展望2020》[23]《中國2030年能源電力發展規劃研究及2060年展望》《中國碳中和綜合報告2020》。本研究假設我國2030、2040、2050、2060年全社會用電量如圖2所示。電源結構中煤電和煤電+CCS比例參考中國工程院重大咨詢項目《我國碳達峰、碳中和戰略及路徑研究》課題2研究成果，并結合碳中和目標下CCS對電力系統靈活性、凈零排放的重要作用[24-25]設置。電力部門供電煤耗的變化趨勢依據近10 a降速態勢進行情景設置。2019年我國煤電供電標準煤耗為329.05 g/kWh，假設2020—2060年全國煤電供電標準煤耗以2011—2020年全國供電標準煤耗年平均降速0.85%平穩下降。

圖2 2020—2060年我國全社會用電量Fig.2 China′s electricity consumption from 2020 to 2060

根據煤化工產業報告[26]中的煤炭消耗數據，本研究對未來煤化工行業的煤炭消耗預測數據做出合理調整，并對2060年煤化工部門的煤炭消耗較2050年變化幅度進行預測。保障情景下傳統煤化工耗煤量預測中，合成氨部分的煤炭需求假設2020—2060年逐步降低到20%。考慮到煤制甲醇作為生產其他化工原料的中間產品，其煤炭需求預測為先升后降趨勢，2060年逐步降低到72%。現代煤化工的耗煤預測依據不同產品類型設置。① 保障情景下，煤制油作為石油供應安全和保障航空煤油使用的化工產品，本研究假設其變化趨勢為先升后降，2060年逐步降低到25%左右。② 考慮到煤制氣對天然氣的部分替代性，煤制氣將呈現先升后降趨勢，2060年總體下降比例為12%左右。③ 考慮到烯烴與乙二醇可能被二氧化碳加氫制甲醇、生物質可再生資源制醇類等替代，假設高比例替代背景下2060年烯烴替代比例約為77%，煤制乙二醇替代比例為60%。以上述保障情景為基礎，基準情景綜合考慮我國石油和天然氣儲備，假設2030年煤制油氣產量是保障情景的1/2，從2040年開始將煤制油和煤制氣下降為0，同時傳統煤化工和其他現代煤化工類別相應降低。強化保障情景考慮煤制油和煤制氣對于油氣安全的貢獻，假設2060年煤制油逐步降低到32%左右，煤制氣產量下降比例為6%左右。

鋼鐵部門產量預測基于國際能源署2020年發布的鋼鐵技術路線圖[27]，結合我國碳中和目標年份，調整得到我國2030、2040、2050、2060年鋼鐵產量分別為9.8億～10.2億、7.5億～9.0億、6.0億～8.2億、4.4億～7.4億t。鋼鐵部門粗鋼生產工藝結構由長流程和短流程組成。保障情景下，鋼鐵行業只由電力和煤炭供能來保障生產，而氫氣冶金完全由長流程代替，該情景下長流程鋼鐵廠占比將降低到2060年的15%左右。基準情景下，基于工信部《關于推動鋼鐵工業高質量發展的指導意見(征求意見稿)》假設2025年我國電爐占比達到20%，按照相同的線性增長趨勢預測基準情景下2060年長流程鋼鐵廠占比逐步降低到8%。

水泥部門煤炭保障性需求預測數據來源包括水泥產量、噸水泥能耗水平、水泥部門煤炭消費占比3個因素。基于國際能源署研究報告[21]和《中國2050：一個全面實現現代化國家的零碳圖景》報告[28]，本研究預測不同情景下水泥產量和水泥部門煤炭消費占比，噸水泥能耗水平參考工業節能發展規劃對于水泥行業能耗下降的發展規劃和當前水泥行業能效領跑者的能效水平進行設置，數據見表1。

表1 不同情景下水泥行業煤炭保障性需求預測

基于《中國長期低碳發展戰略與轉型路徑研究》報告[29]，工業終端能源需求在保障情景和基準情景下，2030年分別為26.7億和20.7億t標準煤，2050年能源需求分別為24.4億和14.1億t標準煤，采用插值法預測2040年和2060年的工業終端能源需求。根據熱力部門研究報告[15]，熱力占工業終端能源需求的5%，2種情景下熱力能源需求占比均為5%，而煤炭在熱力部門能耗占比逐步降低到2060年的10%左右。居民采暖方面，基于零碳圖景報告[28]，本研究設置基準情景下2050年煤炭占建筑部門終端能源消費總量的0，保障情景下2050年居民采暖煤炭消費量下降90%。

3 結果分析與討論

3.1 碳中和目標下分部門煤炭保障性需求預測結果

3.1.1電力部門煤炭保障性需求

不同情景下電力部門煤炭保障性需求預測結果見表2(煤耗以標準煤計)。假設我國電源結構中煤電和煤電+CCS的比重在2060年為6%時，電力部門基本煤炭需求量為2.10億～2.46億t標準煤。為應對極端事件對于電力安全的影響，保障情景下電力安全的額外煤炭保障性需求量為1.46億～3.42億t標準煤。綜合來看，電力部門煤炭保障性需求預測面臨的不確定較大，煤電CCUS技術的發展將從產業鏈視角影響到其未來煤炭需求量。碳中和目標下煤電與CCUS技術布局需要協調統籌發展，從長遠來看，CCUS技術的大規模部署將有效增強我國實現碳中和目標的經濟可行性[30]。提前部署以CCUS為托底技術的煤炭新產業，加強低成本實現煤炭產業鏈延伸與技術創新，促進高碳能源與去碳技術協同發展，盡早推廣燃煤耦合生物質發電的BECCS負排放技術[31]。

表2 2030—2060年電力安全保障性煤炭需求預測

3.1.2煤化工部門煤炭保障性需求

在保障情景下，傳統煤化工和現代煤化工耗煤量預測(以標準煤計，下同)如圖3(a)和圖3(b)所示，碳中和目標下傳統煤化工煤炭保障性需求減少50%，煤制甲醇占比相對較高，現代煤化工中以煤制氣為主。保障情景下煤化工行業(不含煤制焦炭)的煤炭保障性需求總量如圖3(c)所示。以煤炭供應的保障情景結果為基礎，基準情景下煤化工部門煤炭保障性需求預測結果如圖3(d)所示。2060年，煤化工行業總耗煤量為0.35億～1.04億t標準煤。從煤化工產品結構來看，保障情景下煤制氣占比相對較高，由于煤制氫技術的發展，預計未來煤制氫的煤炭消費量將具有一定的增長空間。因此，煤炭企業需要實現風電和光伏等綠色能源電解制氫與現代煤化工產業融合發展，充分開展煤化工產業廢氣二氧化碳綜合利用等，創新煤化工低碳發展思路。

3.1.3其他部門煤炭保障性需求

根據鋼鐵行業和水泥行業煤炭需求量預測公式，計算得到2030、2040、2050、2060年不同情景下煤炭保障性需求量見表3(以標準煤計)。結果表明，鋼鐵行業和水泥行業煤炭需求量合計將逐漸減少90%，燃料替代和工業流程再造促使這2個部門煤炭需求降低。氫能冶金、新型低碳水泥、廢鋼利用等將對這些傳統工業部門進行能源消費結構重構。

表3 不同情景下鋼鐵和水泥行業煤炭保障性需求預測量

不同情景下熱力部門的煤炭需求量預測如圖4所示(以標準煤計)。由圖4可以看出，2060年熱力部門對于煤炭需求將降至0.055億～0.118億t標準煤。煤改清潔能源工程的推廣實施將推動居民熱力的煤炭需求降低至0，但居民熱力對于電力和天然氣的需求可能會有所增加。而工業部門余熱回收與利用、節能提效技術等有望降低工業用熱煤炭需求量。

圖4 不同情景下熱力部門煤炭需求量預測Fig.4 Coal requirement prediction for heating production sector under different scenarios

3.2 碳中和目標下煤炭保障性需求綜合預測結果

根據以上分析，匯總得到了基準情景、保障情景和強化保障情景下煤炭保障性需求預測結果，具體見表4，可知2060年煤炭產能需求在基準情景、保障情景、強化保障情景下分別為2.8億～3.3億、5.2億～6.1億、6.7億～7.9億t標準煤。2030年我國煤炭保障性需求為21.2億～28.7億t標準煤，2040、2050年將分別下降到14.0億～20.9億和6.6億～13.1億t標準煤。本研究的預測結果與中國石油經濟技術研究院和國際能源署的預測結果基本吻合，中國石油經濟技術研究院預測2030年和2060年我國煤炭需求分別為25.4億～26.6億和1.4億～3.9億t標準煤[32]，國際能源署預測2060年承諾目標情景下的煤炭需求量為5.5億t標準煤[33]。基于以上預測結果，從總量上看，煤炭需求達峰后將大幅減少，我國中長期煤炭產能可按照3.5億～7.0億t標準煤進行生產布局優化。在總量持續銳減的情況下，煤炭開采業亟需考慮工人安置和再就業、廢棄礦井利用、產能科學評價[34]、礦后綜合管理等問題，探索煤炭開采朝向集采、選、充、熱、電、氣等一體化開采的新模式。

表4 不同情景下煤炭保障性需求預測結果

不同情景下的各部門煤炭產能需求預測結果如圖5、6所示。從結構上看，煤炭消費結構將發生深刻變革，煤電安全保障、煤制氫、碳基原料生產將逐步成為煤炭消費主要來源，其中，按各情景煤炭需求均值計算，2060年電力部門的煤炭保障性供應需求量占比約73%(圖5)。燃煤發電在電力行業的作用，將由承擔基荷電源向輔助調峰和應急電源的角色轉變[35]。煤制氫與可再生能源制氫相比具有成本優勢和資源優勢，在氫能發展的初期和中期階段仍需依賴煤制氫技術滿足氫氣需求[36]。在其他工業部門，煤炭將由工業燃料向碳基原料轉變，但煤炭作為高碳能源，可通過提取碳元素為工業過程提供碳基原料。

圖5 各部門煤炭產能需求及總量變化趨勢預測Fig.5 China′s coal demand forecasts for differentcoal consumption sectors

圖6 保障和強化保障情景下我國各部門煤炭產能需求預測及總量變化Fig.6 China′s coal capacity demand forecast and totalchange for different coal consumption sectors under extremeand intensified extreme scenarios

根據核算，2060年煤炭產業鏈CCUS減排需求將達到7億～15億t/a，其中煤電行業減排需求為5.2億～10.4億t/a，煤化工減排需求將達到0.8億～2.6億t/a，鋼鐵行業減排需求為0.8億～1.3億t/a。煤電機組CCUS改造具備較強的碳排放捕獲能力，所有煤電機組要在2060年前安裝碳捕集裝置。我國應加快部署煤炭產業鏈CCUS項目示范，開辟煤炭行業脫碳、去碳利用新途徑。

3.3 基于趨勢分析法的國際典型案例結果驗證與分析

根據主要煤炭生產與消費國家的煤炭發展歷程、能源結構演化和能源效率變化，分別按照各自發展趨勢，采用線性擬合和多項式擬合整理得到了美國、德國、英國和法國的煤炭消費變化趨勢(圖7(a))和能源結構演變(圖7(b))。國際經驗表明，德國、英國和法國煤炭消費總量較少、去煤化進程相對較為平緩、能源效率相對較高。德國能源消費結構中煤炭逐步被天然氣和非化石能源替代，但天然氣對外依存度約95%；法國核能占比高，而英國的可再生能源和天然氣有效保障了煤炭消費下降后的能源消費需求。美國的煤炭消費呈現明顯的倒U型環境庫茲涅茨曲線，自2005年開始，美國煤炭消費下降趨勢非常明顯，天然氣和非化石能源增長迅速，但能源效率相對較低，單位GDP能耗是德國的1.5倍。

圖7 主要國家煤炭消費變化特征與去煤化進程Fig.7 Coal consumption trends and retirement processof major countries

從以上國際經驗來看，典型煤炭生產與消費國家的煤炭發展歷程揭示了國際上存在能源替代與能效提升并重和單純依靠資源替代的煤炭低碳化發展模式，這與各國資源稟賦密切相關。按照美國2005年煤炭消費達峰后資源替代模式，我國2060年煤炭消費將降至約2.9億t標準煤。按德國能效提升與能源替代并重的發展模式，2060年我國煤炭消費將降至5.6億～7.6億t標準煤，2070—2075年實現煤炭高比例替代，與本文保障情景下預測結果基本吻合。綜合來看，本文預測結果具有較高的準確度和可行性。結合中國工程院重大咨詢項目《我國碳達峰、碳中和戰略及路徑研究》研究成果繪制的中國煤炭需求占比預測，與典型國家能源結構變化趨勢相比，石油和天然氣在我國能源結構占比不會超過50%，煤炭消費占比將從2030年的36%～48%逐步下降到2060年的6%～17%，其將在可再生能源大規模發展過程中發揮著重要的壓艙石作用。

4 結論與建議

4.1 主要結論

1)綜合煤炭消費重點部門對于煤炭保障性需求，得到了碳中和目標下不同時間節點的煤炭保障性需求，2060年煤炭產能需求在不同情景下預計分別為2.8億～3.3億、5.2億～6.1億、6.7億～7.9億t標準煤，產能規劃可按照3.5億～7.0億t標準煤進行生產布局優化。2030、2040、2050中長期煤炭產能需求量分別為21.2億～28.7億、14.0億～20.9億和6.6億～13.1億t標準煤，煤炭行業將面臨重大調整。

2)煤炭主要消費部門對于煤炭的保障性需求差異較明顯，電力部門保障性供應需求較關鍵。考慮到非化石能源電力的替代作用，電力部門的煤炭需求取決于極端事件影響下煤炭對于電力的兜底保障作用和煤電CCUS技術鏈條的發展，而化工部門的煤炭需求主要來自現代煤化工的原料需求，鋼鐵和水泥行業由于無法實現煤炭燃料的完全替代而產生一部分煤炭保障性需求。從部門來看，電力部門對于煤炭保障性需求最大，但面臨的不確定性也較高，新型電力系統中的煤炭角色有待深入研究。

3)借鑒典型國家煤炭發展進程和煤炭低碳化發展模式，2060年我國煤炭消費量將分別達到2.9億t和5.6億～7.6億t標準煤。本研究結果與國際主要國家煤炭發展歷程較為吻合，大多數國家采取了較平緩的低比例煤炭發展進程，且其煤炭消費量相對較小、能源效率高。

4.2 政策建議

煤炭行業高質量發展是碳中和目標對于我國能源發展的必然要求[37-38]。在煤炭從主體能源到壓艙石能源的轉型過程中，煤炭始終是我國能源安全的基礎保障，將支撐我國能源體系的變革。基于碳中和目標下煤炭保障性需求預測結果，煤炭行業將面臨重大調整，煤炭工業宏觀調控要認清和把握好煤炭供需的未來發展趨勢，明晰煤炭在碳中和目標下的未來定位。面對碳中和背景下煤炭產業的長期發展趨勢，煤炭行業應從產能科學評價、產業鏈革新、節能減排、電力安全和煤炭柔性化供給等方面進行優化。

1)煤炭產能科學評價，穩步推進煤炭生產格局優化。在煤炭生產與消費總量持續銳減的大背景下，煤炭深度去產能將成為必然趨勢，而煤炭產能科學評價是煤炭深度去產能的前提和基礎，也是穩步推進煤炭生產格局優化的決策依據。基于煤炭產能科學評價結果，煤炭行業可逐步推動煤炭生產結構節能減排。在煤炭深度去產能的過程中，人員安置是煤炭企業社會責任的基石，推動廢棄礦井綜合利用，實現變廢為寶，促進煤炭落后產能獲得新生，創新礦井生命周期管理從搖籃到墳墓再到新生的新理論。

2)煤炭碳中和技術研發，推動煤炭產業鏈和技術鏈條延伸。隨著煤炭生產與消費總量持續銳減，碳中和技術是煤炭行業永續發展的生命線。CCUS技術、高端煤化工技術、碳資源化技術等將對煤炭行業產業鏈和技術鏈進行低碳延伸。因此，加快煤炭碳中和技術研發力度，從資源利用效率、碳減排效果、經濟、環保等方面探討技術的開發潛力、價值、示范工程和商業模式，盡快實現技術盈利將決定碳中和目標下煤炭行業的生存發展空間。從技術鏈條看，煤炭產業向煤炭耦合CCUS技術延伸。從部門來看，CCUS技術既是保持低碳燃煤發電和煤化工利用的主要技術手段，也是鋼鐵、水泥等重點工業減排的必要技術選擇。因此，碳達峰碳中和目標將促使煤炭傳統產業鏈的革新和延伸，耦合CCUS的煤炭產業鏈對于推動煤炭工業高質量發展至關重要。

3)挖掘煤炭全產業鏈低碳發展和節能減排，提高全產業鏈智能化水平。煤炭行業低碳發展既要著眼于未來碳中和技術的研發和布局，也要著眼于當前煤炭行業低碳發展實踐。煤炭工業近期科技發展需緊密圍繞安全綠色智能開采和清潔高效低碳利用方向，打造低碳產業鏈。在未來一段時間內，除了推進煤炭去產能工作，煤炭行業還可從全產業鏈推動節能減排研究工作，挖掘煤炭領域節能減排潛力，提高煤炭資源回收利用效率，變產煤為產氣，提高煤礦瓦斯抽采與利用效率，提升煤炭行業整體智能化水平，努力提高科技創新對我國煤炭工業高質量發展的支撐能力。

4)電力安全視角下煤炭產能規劃、產運儲用一體化發展與智能控制。煤炭一體化產業鏈智能控制模式對于我國電氣化時代的社會發展與穩定至關重要。煤炭全產業鏈節能減排是碳中和目標下煤炭企業中長期發展的重要戰略。新能源轉型、高端煤化工、氫能布局、CCUS技術部署都將是煤炭產業業務模塊優化布局的重要方向。加快建設煤炭低碳供應鏈管理體系是煤炭行業朝向集采、選、充、熱、電、氣等一體化全生命過程節能減排與智能管理的戰略路徑。

5)提升以智能化為支撐的煤炭柔性生產供給保障能力。在產業調整和能源轉型過程中，煤炭資源開發供給的不均衡和需求的不確定為能源安全供給帶來巨大挑戰。煤炭智能柔性開放供給體系是將新一代技術與煤炭開發、運輸、倉儲等進行深度融合，實現煤礦決策的智能化和運行的自動化，保障煤炭資源安全、高效、穩定和柔性供給。對煤炭保障性需求的預測結果可以為我國未來制定煤炭產能收縮與釋放機制提供參考。

隨著碳達峰碳中和目標的逐步實現，煤炭行業將迎來巨大變化，然而，這種變化將是循序漸進式的穩步推進，煤炭對于能源-經濟-社會-安全-環境系統穩定性將發揮重要的支撐作用。無論從我國能源稟賦還是碳中和成本而言，煤炭行業作為能源安全基石的重要性無法替代。因此，煤炭工業應高度重視碳中和技術研發力度，加大煤炭行業碳中和科學問題的研究，力爭實現煤炭行業碳排放閉環管理，全面啟動碳資源化利用前瞻性技術開發，助推中國能源強國和煤炭強國夢。