“碳中和”“碳達峰”下山西煤炭的轉型發展

李 昕 韓 磊 孫金娥

（北京科技大學天津學院材料科學與工程學院 天津 301830）

引言

2021 年3 月大氣層中的二氧化碳濃度已達到417ppm,全球地表平均溫度已升高1.1℃。溫度的上升，會造成地球上病蟲害增加，疾病肆虐，將會超越地球生態系統自我修復能力，已經危害到了自然生態系統的平衡。面對全球環境治理前所未有的困難，全球公民需要戮力同心，共同構建人與自然生命共同體。2020年9 月22 日，習近平主席在第七十五屆聯合國大會上提出我們力爭在2030 年實現碳達峰，2060 年實現碳中和[1]，表明了我國未來的發展是以低碳、綠色、循環的可持續發展。

山西省作為煤炭主產區，截至2020 年，山西產煤合計產量高達10.63 億噸，占全國產量的27.6%，同比增長8.2%。而山西省又普遍存在資源利用率低、企業固守傳統，一些地區和企業對碳峰值和碳中和目標關注不夠等問題造成轉型難度大，對山西能源產業在實現碳達峰、碳中和目標的過程中，都會產生深遠影響，需要克服基礎設施建設、產業結構、技術創新和人才短缺等方面的問題和挑戰。

2020 年5 月29 日，中央全面深化改革委員會第八次會議審議通過《關于在山西開展能源革命綜合改革試點的意見》[2]。山西應尋求突破,嚴格控制煤炭消費總量和強度，提高資源生產管理利用效率、積極實施煤炭生產經營方式改革、大力推動煤炭科技革命、企業內部機構改革等。煤炭產業的高質量發展是山西煤炭產業轉型發展的必然要求，也是碳達峰、碳中和目標對山西提出的新的更高的要求。

1 “碳中和,碳達峰”背景下山西煤炭產業轉型發展，優化產業結構的必要性

“能源優則工業穩，工業穩則經濟強”。我國“煤富，油少，氣乏”等客觀條件決定了煤炭的重要性和地位還會逐步提升，我國以煤炭為主的能源結構在相當長一段時間內不會改變，煤炭還將繼續占據一次能源消耗的主體地位。面對實現碳達峰、碳中和目標，山西煤炭產業必須走上轉型發展之路。

表1 燃料熱值

原煤：Q=20908kJ/kg×1000kg=2.0908×107kJ

焦炭：Q=28435kJ/kg×800kg=2.2748×107kJ

煤焦油：Q=33453kJ/kg×60kg=2.00718×105kJ

焦煤氣：Q=17000kJ/m3×1550m3=2.635×107kJ

升溫過程吸收熱量：Q=1.003×1.29×667=863kJ

山西作為我國能源大省，自新中國成立以來，共有130 多億噸煤外調，推動國家的經濟發展外，煤炭產業也成為了山西省的第一產業，推動著山西的經濟發展，這也導致了山西經濟發展模式的單一性，以至于山西的經濟發展過度的依賴于煤炭資源。面對這樣的難題，煤炭產業的轉型發展已經勢在必行。

圖1 表示煤炭的傳統工業代謝模式，開采之后直接投入工業生產中使用，直接燃煤產生的煙塵和溫室氣體污染嚴重，只有少量的物質在化工生產中循環利用。圖2 表示煤炭資源的能源化工生產綜合代謝模式，相比傳統的代謝模式（圖1）增加了許多新的煤炭利用技術和方法，利用轉化工藝將煤轉化為甲烷，CO 等其他形態燃料，利用脫硫，脫氮技術將硫，氮等氧化物提取制肥，將污染物排放降到了最低。這種將煤與能源化工結合的生產模式既節約了生產成本又提高了資源利用率，符合綠色循環發展理念。

圖1 煤炭工業代謝模式[3]

圖2 煤炭資源綜合利用代謝分析[3]

圖3 表示1T 煤干餾之后得到產物煤氣，粗氨水，焦炭，煤焦油，在干餾過程中只是燃料的形態發生變化，能量發生轉移，干餾后再利用污染物減少，通過表2 可知煤在干餾之后，能量和物質利用率都相對較高，干餾產物燃燒放熱/（原煤燃燒放熱+干餾耗能）=49298718kJ/20908863kJ=2.4，熱效益是原煤的2.4 倍，并且還有粗氨水等復產物，可以利用于其他行業，大大提高了其經濟效益。通過對比圖1、圖2 傳統煤炭生產與現代煤炭生產工藝，可知現代生產方式將煤炭綜合利用，經濟效益最大化，同時減小了對環境的污染，表明煤炭的轉型發展勢在必行。

圖3 煤干餾產物

表2 燃料燃燒放熱（單位：107kJ）

山西實現煤炭產業轉型發展是響應國家碳中和，碳達峰目標的必經之路。在目前的排放結構中，我國碳排放的主要來源是煤炭?！澳茉磧瀯t工業穩，工業穩則經濟強”，在未來的發展過程中，也對煤炭產業提出了很高的要求，需要對煤炭這類傳統能源的高效清潔節約利用方面制定一些新的政策措施，加強對能源產業鏈的管理，不斷優化產業鏈和運營成本，提高現代化生產水平，以確保煤炭的安全高效生產利用，加速推動煤炭行業的綠色發展，確保碳中和，碳達峰發展的順利進行。

山西煤炭企業的轉型其根本在于對經濟結構的轉型，改變目前對資源過度依賴的發展模式，逐步向多元化，多樣性的經濟結構發展。

2 山西煤炭產業轉型發展的影響因素

2.1 促進山西煤炭產業轉型發展的積極性因素

其一，山西省是我國21 世紀重點建設的能源基地之一，煤炭資源分布廣，已探明全省9 個地級市分布有煤礦，而且品種多，煤質優，儲量多。

其二，山西位于華北地區，臨近河北，河南等地區交通便利，臨近消費區，靠近水源。

其三，山西省作為全國第一個全省域，全方位，系統性的國家資源型經濟轉型綜合配套改革試驗區，在政策和資金方面得到了國家的大力支持。

其四，在2021 年5 月6 日通過的《山西省“十四五”新業態規劃》明確指出要以高質量發展為主題，要求煤炭產業必須走轉型發展之路。

一帶一路戰略的推進推動了山西省煤炭產業的發展，在加強中國與周邊國家交流的同時，也為山西省的煤炭提供了新的銷路，解決了煤炭滯銷的問題，在扭轉山西煤炭積壓阻礙轉型發展局面的同時，還收入了大量的資金為轉型發展提供了經濟保障，也促進了山西煤炭企業與國外先進產業之間的技術交流，在技術方面達到取長補短的目的，更好的推進技術轉型。

2.2 山西煤炭轉型發展的制約性因素

山西省的煤炭企業對科技的投資比重小，資源利用率低，企業固守傳統，采用原有的生產方式。造成生產效率低，資源浪費等問題。產業鏈結構單一，企業收益低，以至于煤炭企業難以可持續發展。企業開采水平落后，增加煤炭開采過程中產生的廢棄物，加重了對礦區及周邊環境的污染。先開采后治理的發展理念根深蒂固，使得企業在后期需要投入大量的資金來治理環境，加大了生產成本。企業缺乏長遠的眼光與計劃，山西煤炭企業自身也存在一些缺陷，如部門設置不合理，人力資源分配不合理，缺乏高新技術型人才，生產設備落后等。循環利用一直以來都是可持續的發展的基本要求，特別是現代煤炭企業更應該合理規劃煤炭資源的開發利用，使企業盡可能實現向著可持續的目標發展。目前，國內外煤炭市場競爭激烈，山西煤炭企業固守原有的發展模式，阻礙了煤炭企業可持續發展?？稍偕茉窗l展的整體增量中，2017 年，可再生能源消費占比約為13.1%，折算成標煤大約是5.9 億噸標煤，按照國家能源“十三五”規劃要求，到2020 年，可再生能源消費占比將達到15%，也就是說總量約為7.5億噸標煤，意味著2018 年、2019 年、2020 年三年內，可再生能源消費的總體增量將達到1.6 億噸標煤，大約每年增量都在0.5 億噸標煤，年均整體增量要低于煤炭消費的年均增量。

圖4 山西省煤碳產量

能源消費結構的調整導致山西煤炭產出之后不能及時利用，伴隨著燃氣以及一些新能源的開發利用，使煤炭資源出現滯銷。“2019 年，全球煤炭消費總量157.86×1015KJ，同比上一年下降0.6%”，數據顯示近幾年我國電力，鋼材，建材三個行業耗煤量有所下降，這表明我國的能源結構發生轉變，各行業的用煤量有所減少[4]。近年煤炭的市場占有率下降，反映出煤炭在全球能源的比重下降，也意味著煤炭在能源中的地位開始下降。

煤炭產業轉型難度大，例如：在采掘時，不可避免地對周邊地區的環境造成一定的破壞，導致土地塌陷，污染水資源，造成生態環境惡化，影響了第三產業的發展，如旅游業的發展受到阻礙；科技類的產業，科技人才對工作生活環境的要求高，較差的環境不僅難以吸引人才，更難以吸引企業投資開發，造成當地經濟發展緩慢，長此以往，形成一種惡性循環，對該地區的產業造成了破壞。煤炭屬于稀缺的一次能源，我國大部分煤炭企業都屬于國有企業，對于瞬息萬變的市場，短期應對和反應速度較慢，企業難以及時獲取市場信息，對于一些市場機遇的把握以及一些創新事情的處理缺乏靈活性，造成企業體制僵化，難以創新。

3 煤炭產業結構優化，轉型發展的重要舉措

對于目前煤炭行業來說，企業應主動適應當前形勢，迎難而上，積極抓住新機遇，選準改革突破口，把握主動權，實現新常態下全省煤炭行業的可持續發展。

（1）大力發展煤化工行業

在省內建立完整的煤化工體系，發展煤制烯烴，煤制油，煤制乙二醇，煤制天然氣等。目前石油價格高居不下，發展煤化工，調整我國的能源化工結構顯得格外重要。企業開展煤化工研究，長治潞安集團將高硫煤制油，2019 年生產90 萬噸，積極開展配煤研究和試燒，建立完善的配燒數據庫，全面配置高硫煤和劣質煤，大幅降低原料成本。

（2）煤炭生產經營方式改革

實施再重組戰略，推動省內國有大中型企業兼并重組將煤炭企業與電力產業、鋼鐵產業、建材產業、物流產業等企業的產權融合，全面整合省內資源，組建新的發展模式，建立新工業生態園區，將煤廠，鋼廠，水泥廠，化工廠等整合到園區內，眾多企業聯合發展，資源共享，將成本最小化，經濟效益最大化。制定優惠政策，鼓勵煤炭工業生產結構、技術結構和產業結構加快轉型。煤炭工業轉型升級是長遠發展問題，必須從現在開始抓起，建立安全高效的生產模式[4]。按照國家實施創新驅動發展戰略部署，加快推廣使用新技術、新工藝、新設備，升級技術結構，降低勞動成本，提高經濟效益的同時加大對瓦斯煤塵爆炸，礦井水災火災，冒頂事故等重大隱患的有效預防和控制，嚴格遵循安全生產的原則，從技術上為杜絕各類事故提供保障。

（3）大力推動煤炭科技革命

以“安全，清潔，高效，創新，低碳”為發展目標，加大對科研的投資力度，建立“低碳生產研究實驗室”。圍繞“掘進，采煤，運輸，提升”等環節的關鍵性技術實施科技共攻關，在部分領域取得關鍵性的突破。依據“十四五規劃”緊抓山西經濟發展的浪潮，完善“開采，運輸”等相關政策的服務，營造良好的發展環境，努力將山西煤炭企業打造成國內外一流的能源基地。

（4）企業內部機構改革

將職能相近的部門進行優化重組整合，進一步壓縮管理層級，明確各部門職責，讓整合之后的機構設置更加科學，監督更加有力，運行更加高效，提高機關辦事效率，可以很好的消除了不作為的懶政行為。

（5）加強煤炭領域的開放合作

提高與周邊省份的煤炭產能聯合管理，以區域合作為前提，統一規劃、科學布局，實現煤炭供需平衡，避免過度開發而導致生態環境經濟損失嚴重，穩定國內煤炭市場，加強與周邊省份的生態環境綜合治理，統一制定能源開發區生態環境治理政策，建設生態園區、植樹造林，防止水土流失，更好地保護黃河流域的生態、生物的多樣性。此外，山西應與周邊區合作建立能源體系，建設戰略能源資源儲備和轉運基地，從而降低能源運輸的總成本。

（6）嚴格控制煤炭消費總量和強度，提高資源生產管理利用效率

嚴格落實黨中央、國務院關于控制煤炭消費總量和強度的重大決策部署，科學設計煤炭消費指標體系并明確審核要求，加大工作檢查和環保督查力度。改變采煤工藝，煤炭在開采過程中會產生煤矸石，如果將其直接排放到地面會造成土地資源的浪費，還會引發地質災害，污染水土、大氣，影響空氣質量，但是煤矸石含有少量的可燃物，可以用來發電供熱，將其變廢為寶，使得礦物經濟效益最大化，同時也對環境起到了保護作用。對于煤矸石也可以采取不出井，直接在井下回填，這樣可以填充采空區減小對地表的破壞，實現綠色開采，采用綜合開發利用來提高煤炭資源開發效益。

在政府和企業的努力下，山西省空氣質量有了明顯的好轉，圖5 是山西省被譽為“煤炭之都”的大同的空氣質量近幾年所發生的變化，2018 年到2021 年大氣中的硫氧化物，氮氧化物，CO，PM2.5 等濃度已明顯下降。

圖5 大同空氣中各種物質含量[5]

結語

碳中和是一個長期的發展目標，短期內可能存在一些阻力。近幾年通過企業的改革以及政府的管控，山西省SO2，NO2，O3等污染物濃度達標城市數量不斷增多，2020 年大同市環境空氣質量達到二級標準。我們要加強國家目標、市場需求與學科建設間的聯系，推進碳管理學科專業建設，培養碳管理領域的人才。未來在政府和企業的共同努力下，全省空氣質量必將全部達標。全球氣候變化影響著每一個人的生活，應對氣候變化也不僅僅是政府和企業的行為，作為地球村的一份子，我們要從自身做起，為推動傳統的工業化模式向生態文明綠色發展模式轉變做出自己的貢獻。