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经济管理

山西省“十四五”煤炭消费总量控制目标与对策研究

秦 艳1 ,王东燕1, 杨美艳1,袁 进2,李 莹1

(1.山西科城环保产业协同创新研究院,山西省太原市,030006;2.太原理工大学,山西省太原市,030024)

摘 要 山西省作为我国重要的能源生产基地和煤炭消费大省,环境空气质量改善和碳减排压力高于全国,需深化能源革命、严控煤炭消费。从碳达峰、环境空气质量改善的角度,利用情景分析法探讨山西省煤炭消费中长期目标。研究表明,碳达峰和环境空气质量改善双目标协同下,山西省2025年煤炭消费总量需控制在3.2亿~3.4亿t。“十四五”期间,加快产业调整力度及深度,促进能源生产系统性变革,紧抓重点行业绿色低碳转型是控煤关键;同时兼顾煤炭消费减量与经济增长、应对气候变化、环境空气质量改善协同作用,科学合理确定全省减煤目标,对11市实施差异化管控,并完善市场化调控机制,强化体制机制和保障能力建设,推动减煤工作有效开展。

关键词 山西省;“十四五”规划;煤炭消费总量控制;碳达峰;环境空气质量

山西省作为全国重要的能源基地,基于煤炭工业的发展,形成了以煤为主的产业结构和能源消费结构。近年来,山西省努力推动转型发展,但全省经济社会发展与煤炭生产及消费关联依然密切。“十三五”以来,国家煤炭消费总量控制要求逐步趋严,山西省11市中有8个被先后纳入全国煤炭消费总量控制重点地区。2019年,山西省煤炭消费量占全国比重约为9%,而GDP则不到全国的2%,万元GDP煤耗是全国平均值的4倍,单位面积煤耗是全国的5倍。

随着碳达峰碳中和目标的提出,“十四五”期间我国将严控煤炭消费增长,“十五五”时期逐步减少。控制煤炭消费总量,优化能源消费结构,成为山西省高质量转型发展和碳达峰目标、碳中和愿景实现的关键。笔者及其研究团队对山西省“十四五”煤炭消费总量控制目标和政策开展研究,探讨碳达峰、环境空气质量改善双目标约束下山西省煤炭消费目标,总结山西省煤炭消费总量控制面临的问题,提出减煤路径及政策建议。

1 山西省煤炭消费基本特征

1.1 煤炭消费变化趋势

山西省煤炭消费量在全国排名第三,仅次于内蒙古自治区、山东省[1-2]。 2015-2019年,山西省煤炭消费量由2.85亿t增长至3.49亿t,累计增长6391万t,涨幅达22.5%;占全国煤炭消费总量的比重由7.18%增长至8.90%,呈现“总量、比重齐增”特征。2010-2019年山西省煤炭消费情况如图1所示。按照2015-2019年增长趋势判断,2020年山西省煤炭消费量预计接近3.6亿t。

数据来源:国家统计年鉴、山西统计年鉴
图1 2010-2019年山西省煤炭消费情况

电力、炼焦是山西省煤炭消费的主要行业。2019年,山西省电力、炼焦、钢铁、煤炭、化工、有色、建材行业的煤炭消费量分别占全省煤炭消费总量的40%、35%、6%、6%、4%、4%、2%,其中电力用煤、炼焦用煤合计占比达75%。全省煤炭消费逐步向电力行业集中,电力用煤占比由2015年的32%提升至2019年的40%[1]

汾渭平原四市(晋中、吕梁、临汾、运城)是煤炭消费重点区域。依据山西省各市主要耗煤行业生产情况估算,2019年,汾渭平原四市煤炭消费约占49%;京津冀周边地区四市(太原、长治、晋城、阳泉)约占31%;晋北三市(大同、忻州、朔州)约占20%。

1.2 煤炭消费增长原因

“十三五”期间,山西省及重点控煤区域通过压减过剩产能、淘汰落后产能、淘汰燃煤锅炉、实施清洁取暖改造等推动减煤工作开展,取得一定成效,但大部分城市在过去5年中煤炭消费量不降反增。主要原因包括以下几个方面。

(1)经济发展与煤炭消费仍未脱钩。电力、炼焦、钢铁、煤炭、化工、有色、建材等七大主要耗煤行业仍是山西省支柱产业,对全省经济贡献的比重仍保持在28%左右。2015-2019年,山西省GDP增速由3%逐步恢复至6%~7%,煤炭消费增速由-11%反弹至6%左右,山西省GDP增速与煤炭消费增速见图2。重点区域经济增幅更为明显,如吕梁、临汾、运城GDP增速分别由2015年的-4.7%、0.3%、1.8%增长至2019年的5.7%、6%、6.4%[1]。在战略新兴产业尚未具备支撑能力、经济发展对耗煤产业依赖依旧存在的现实情况下,经济增长必然带动煤炭消费需求增加。

数据来源:山西统计年鉴、山西省国民经济和社会发展统计公报
图2 山西省GDP增速与煤炭消费增速

(2)能源外送需求的增长。山西省是全国重要的煤炭、焦炭、煤电生产基地,在保证本省经济社会发展能源需求的同时,为国家能源安全提供有效保障。2019年,山西省约58%的煤炭、79%的焦炭和30%的煤电用于外调,较2015年分别上升2%、30%和38%。因此,山西省每年约有三分之一的煤炭消费用于外输电力和焦炭生产,“十三五”期间外送需求的增加进一步增加全省减煤压力。

(3)可再生能源尚未满足新增用能需求。2015—2020年,山西省可再生能源发展迅速,其中风电装机规模累计增长2倍,光伏装机规模累计增长10.5倍,全省可再生能源装机比重从14.7%增长至33.8%,可再生能源发电量比重从5.6%增长至11.0%,但仍无法满足全省新增用能需求。能源消费结构仍以煤炭为主,2020年,煤炭占一次能源消费的比重仍高达80%以上,高出全国平均水平20余个百分点。

2 山西“十四五”煤控目标预测

“十四五”期间,面对经济、能源、环境和气候领域的多重要求,山西能源发展和转型也将面临新形势与新要求。本研究分别从碳达峰约束和环境空气质量约束2个维度[3-4],设置多情景推断山西省2025年煤炭消费总量控制目标。

2.1 碳达峰约束下的目标预测

据《中国能源统计年鉴2018》数据核算可知:2017年,山西省能源消费二氧化碳排放总量位居全国第七;人均碳排放量为13.2 t/人,万元单位GDP(现价)碳排放强度为3.1 t/万元,均位居全国第四。综合考虑山西省以煤为主的产业结构、能源消费结构、经济发展刚性需求和全国能源供应安全保障支撑定位,设置不同的达峰情景[5-6]

(1)基准情景。以山西省能源发展“十三五”规划为基础,按照现有的发展速度和方式,趋势外推,2030年前不考虑达峰。

(2)煤控情景。产业结构相对低煤化,非化石能源、天然气消费比例较快上升,煤炭消费增长幅度逐年下降,争取2028年左右实现碳达峰。

(3)强化煤控情景。能源供应快速清洁化,能源利用效率大幅提升,煤炭消费逐年递减,争取2025年左右实现碳达峰[7]

能源消费碳排放与全省经济发展规模、发展速度、一次能源结构、能耗强度等关键因素相关,本研究采取自上而下分析预测碳排放约束下“十四五”期间山西省煤炭消费变动情况,如图3所示。关键参数见表1。

表1 不同情景参数设置

年份情景经济增速/%煤炭占比/%石油占比/%天然气占比/%非化石能源占比/%能耗强度/(t标准煤·万元-1)2020年基准情景3.00826.05.07.01.10煤控情景3.00826.05.07.01.10强化煤控情景3.00826.05.07.01.102021-2025年基准情景5.50~6.30785.56.010.50.97煤控情景5.50~6.00755.06.513.50.95强化煤控情景5.50~5.80715.07.017.00.952026-2030年基准情景6.00~6.24735.07.015.00.85煤控情景5.80~5.96654.58.522.00.80强化煤控情景5.50~5.74604.58.527.00.79

图3 山西省能源消费二氧化碳预测方法

结果表明:基准情景下,山西省二氧化碳排放呈持续增长趋势,2030年碳排放量约6亿t;煤控情景下,二氧化碳排放在“十四五”期间出现小幅增长,预计将在2028年达峰,峰值为5亿t;强化煤控情景下,“十四五”期间,二氧化碳排放基本保持稳定,约4.8亿t,“十五五”期间,二氧化碳排放量逐年下降,如图4所示。

图4 不同情景下二氧化碳排放量预判(未包含电力调出蕴含碳排放)

据统计,2020年,山西省调出电力总计1 053亿kW·h,按发电煤耗300 g标准煤/(kW·h)估算,消耗煤炭3 159万t,产生二氧化碳排放0.84亿t。依据山西省现有外送电通道能力和规划情况,考虑新增外送电通道新能源电量占比不低于50%的要求,预计2025年山西外送煤电量将达到1 500亿kW·h,按照发电煤耗290 g标准煤/(kW·h)估算,消耗煤炭4 350万t,预计产生二氧化碳排放约1.15亿t。

若“十五五”新增外送电量由新能源提供,则基准情景下,2030年碳排放量约7亿t;煤控情景下,2028年碳排放峰值将为6.2亿t,强化煤控情景下,碳排放峰值约为5.8亿t。

基准情景下,山西省全社会煤炭消费量仍将保持增长趋势,2025年煤炭消费量约为3.9亿t;煤控情景下,山西省煤炭消费量呈稳定状态后缓慢下降,2025年煤炭消费量约为3.6亿t;强化煤控情景下,山西省煤炭消费量自2020年起开始下降,2025年煤炭消费量约为3.4亿t,如图5所示。

图5 不同情景下山西省煤炭消费量

2.2 环境空气质量约束下的目标预测

2020年,生态环境部通报全国重点城市空气质量排名后20位,山西省5个城市上榜[8]。与全国对比,2020年山西省优良天数比例低于全国15.1%;主要污染物PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3浓度分别高出全国平均浓度11、27、9、11、31 μg/m3,超出比例分别为33%、48%、90%、46%和22%[8-9]。SO2、NOx浓度已达环境空气质量二级标准,但PM10、PM2.5则相差甚远。

“十三五”期间,山西省环保治理要求趋严,重点行业末端治理水平均得到大幅提升,其中煤电全部完成超低排放改造,焦化、化工、水泥行业达到特别排放限值标准,钢铁行业启动超低排放改造。根据政策要求,“十四五”期间,山西钢铁和焦化行业将分别完成和启动超低排放改造。笔者认为,山西PM2.5问题还未彻底得到解决,仍将是未来大气污染防治主要目标之一,且末端治理空间减小,治理边际成本增加[10-12]。结合山西环境治理现状、潜力及需求,可考虑设置2个情景。

(1)基准情景。2030年,山西省PM2.5浓度实现达标,2025年PM2.5年均浓度控制在40 μg/m3左右,比2020年下降15%左右,较2019年下降17%左右。2025年山西省一次颗粒物、SO2、NOx排放总量需分别较2020年累计下降23%、20%、20%左右。

(2)煤控情景。2025-2030年山西省PM2.5浓度实现达标,2025年PM2.5年均浓度控制在38 μg/m3左右,比2020年下降17%左右,比2019年下降21%左右。2025年山西省一次颗粒物、SO2、NOx排放总量需分别较2020年累计下降31%、27%、27%左右。

参照相关研究[10],以PM2.5为约束,建立污染排放与环境空气质量之间的定量相应关系,获取不同情景下全省主要大气污染物的削减比例。同时充分考虑重点行业环境治理技术进步、污染物排放达标要求、行业发展规模和行业耗煤水平,获取未来山西省大气污染物排放总量。通过自上而下与自下而上相结合的方式,获取满足不同情景要求下的煤炭消费总量控制目标。环境空气质量约束下的山西省煤控目标预测方法如图6所示。

图6 环境空气质量约束下的山西省煤控目标预测方法

研究表明:2025年,基准情景下山西省煤炭消费总量需控制在3.4亿t,煤控情景下应控制在3.2亿t;2030年,基准情景下山西省煤炭消费总量控制在3.0亿t,煤控情景下控制在2.9亿t。

2.3 碳达峰与环境空气质量约束协同下的目标

经测算,若山西省争取能源消费碳排放于2025-2028年左右达峰,则煤炭消费总量预计为3.4亿~3.6亿t;若争取PM2.5于2025-2030年中期达标或2030年达标,则煤炭消费总量预计为3.2亿~3.4亿t,见表2。

表2 双目标协同下的2025年山西省煤控目标 亿t

类型基准情景煤控情景强化煤控情景碳达峰约束目标3.93.63.4环境空气质量约束目标3.43.2-协同目标3.2~3.4

结合山西省煤炭消费现状,综合考虑碳达峰和环境空气质量改善需求,双目标协同下山西省2025年煤炭消费总量控制在3.2亿~3.4亿t。若按照3.4亿t的目标,山西省“十四五”期间需累计压减煤炭消费约2 000万t,降幅约5.56%。

3 山西省“十四五”减煤路径及建议

3.1 关键减煤路径

“双碳”目标和环境空气质量改善需求下,山西省既要保持推动产业结构和能源结构转型的战略定力,也要考虑全省经济稳步增长和能源产业平稳过度的现实要求,需以产业结构优化为根本,节能提效为重点,能源转型为突破,有效控制煤炭消费总量。

(1)以低碳发展为引领,加快产业调整力度及深度。重点聚焦“转型出雏型”目标,充分利用山西省在黄河流域高质量发展、京津冀协同发展、环渤海地区合作发展等国家重大战略中的作用,在新能源、新材料、节能环保、现代医药和大健康、现代文旅等具备基础的产业寻求突破。同时严格控制高耗能高排放产业新增产能,加快产业结构转型升级,促进结构性减煤。

(2)以能效提升为重点,紧抓基础行业绿色低碳转型。“十三五”期间, 山西省单位 GDP 能耗持续降低,但仍远高于全国平均水平,能效水平在全国排名倒数第五,煤电、钢铁、氧化铝等行业单位产品能耗均高于全国平均水平。建议通过信息化改造和引入循环经济生产模式,加大对传统产业的全面改造,实现节能提效,确保钢铁、水泥、化工、建材等行业率先实现煤炭消费和能源消费碳排放达峰。

(3)以能源结构优化为突破,促进能源生产系统性变革。解决制约可再生能源开发建设的问题,推进可再生能源与其他产业融合发展、促进大规模集中利用与分布式生产、就地消纳有机结合;发挥山西省煤层气优势,突破非常规天然气开发技术瓶颈和解决市场消纳问题,建设国家非常规天然气基地;加大氢能制储技术创新力度,以焦炉煤气制氢为基础,以可再生能源制氢为导向,逐步发展氢能产业。

3.2 减煤政策建议

山西省处于经济高质量转型发展的关键期,需同时兼顾经济增长与煤炭消费减量的关系,实现煤炭消费减量与应对气候变化、环境空气质量改善协同作用[13]

(1)强化顶层设计,将碳达峰和环境空气质量改善要求作为减煤目标的强约束,科学合理地确定山西省减煤目标。建议2025年山西省煤炭消费总量控制在3.4亿t以内,煤炭占一次能源消费的比重争取下降10%左右。针对重点耗煤行业,2025年煤电装机控制在7 500万kW左右,焦化产能控制在1.1亿~1.2亿t/a。

(2)实施区域差异化管控,提高煤炭减量替代精准性和有效性。建议“十四五”期间,将全省11市分为3个层次:太原、晋中、临汾、长治、吕梁5市分为一类,执行较高减煤目标;阳泉、晋城、运城3市分为一类,执行中等减煤目标;大同、朔州、忻州3市分为一类,执行相对较低的减煤目标;同时鼓励有条件的地区制定更严格的减量目标。

(3)充分发挥市场调节作用,建立和完善市场化的调控机制。在能源消费总量控制和煤炭消费总量控制的前提下,按照相关标准,为重点耗煤行业和企业制定合理的用能、用煤标准和配额,科学设计符合山西省实际、具有山西省特点的用能权、用煤权等交易制度,做好用能和用煤指标与碳排放配额在履约方面的衔接[14]

(4)强化煤炭消费总量控制的政策和体制机制建设、保障能力。切实加强对煤炭消费总量控制工作的组织领导,对各地区煤控工作开展指导、能力建设和监督;建议制定《山西省用煤项目减量替代办法》,细化用煤项目管理,强化用煤项目审批的约束力;制定更为严格的产能控制政策和能源资源利用标准,严控高耗煤高排放行业发展;实施差别化电价、财税支持、煤炭价格机制、煤层气、供热价格机制、金融等经济政策,鼓励实施煤炭消费压减。

参考文献:

[1] 山西省统计局. 山西统计年鉴[M].北京:中国统计出版社,2011-2020.

[2] 国家统计局. 中国统计年鉴[M].北京:中国统计出版社,2011-2020.

[3] 清华大学.典型城市空气质量达标及碳排放达峰路径研究报告[R].北京:能源基金会,2020.

[4] 王灿,邓红梅,郭凯迪,等.温室气体和空气污染物协同治理研究展望[J].中国环境管理,2020,12(4):5-12.

[5] 徐国政. 碳约束下中国能源消费结构优化研究[D].北京:中国矿业大学(北京),2016.

[6] 曲剑午. 碳排放约束下的中国煤炭总量控制目标研究[D].北京:中国矿业大学(北京),2012.

[7] Taryn Fransen, Eliza Northrop, 于洋. 气候行动:各国应在2020年前加强贡献力度[R].上海:第一财经研究院,2017.

[8] 生态环境部.生态环境部通报2020年12月和1-12月全国地表水、环境空气质量状况[EB/OL].(2021-01-15)[2021-03-30].http://www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk15/202101/t20210115_817499.html

[9] 山西省生态环境厅.2020年12月山西省环境空气质量月报[EB/OL].(2021-01-19)[2021-03-30].https://sthjt.shanxi.gov.cn/kqyuebao/105262. jhtml

[10] 张保留. 大气污染约束下的煤炭消费布局优化研究[D].北京:中国环境科学研究院,2015.

[11] 余江,张凤青.煤炭消费对中国PM2.5污染影响的实证分析[J].生态经济,2016,32(7):163-167.

[12] 罗宏,张保留,吕连宏,等.基于大气污染控制的中国煤炭消费总量控制方案初步研究[J].气候变化研究进展,2016,12(3):172-178.

[13] 刘晓龙,葛琴,姜玲玲,等.中国煤炭消费总量控制路径的思考[J].中国人口·资源与环境,2019,29(10):160-166.

[14] 李全生.碳中和目标下我国能源转型路径探讨[J].中国煤炭,2021,47(8):1-7.

Discussion on the goals and countermeasures of total coal consumption control in Shanxi during the 14th Five-Year Plan

QIN Yan1, WANG Dongyan1, YANG Meiyan1, YUAN Jin2, LI Ying1

(1. Shanxi Coshare Environment Production Industry Collaborative Innovation Research Institute,Taiyuan, Shanxi 030006, China;2. Taiyuan University of Technology, Taiyuan, Shanxi 030024, China)

Abstract As a key energy production base and intensive coal consumption province in China, Shanxi faces higher pressure than other provinces in improving air quality and carbon emission reduction, and has to further the reform of energy revolution and control total coal consumption. In the perspectives of peaking CO2 emission and ambient air quality improvement, the goals of the coal consumption of Shanxi in both medium and long terms are discussed by using scenario analysis. The research suggests that the total coal consumption of Shanxi should be controlled between 320 million to 340 million tons in 2025 under cooperative multi-goal of peaking CO2 emission and ambient air quality improvement. In 14th Five-Year Plan, it is essential to accelerate the intensity and depth of industrial adjustment, further the reform of the energy system and promote green low-carbon transition of key industries so as to control coal consumption. On the basis of the synergy relations between coal consumption reduction and economic growth, climate change and ambient air quality improvement, Shanxi should set a reasonable coal reduction goal, implement differentiated management and control for 11 cities, improve market-oriented regulation mechanism, strengthen institutional mechanisms and supporting capacity building so as to promote the coal reduction effectively.

Key words Shanxi; 14th Five-Year Plan; total coal consumption control; carbon peak; ambient air quality

中图分类号 TD-907

文献标志码 A

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引用格式:秦艳,王东燕, 杨美艳,等. 山西省“十四五”煤炭消费总量控制对策探讨[J]. 中国煤炭,2021,47(9):41-47. doi: 10.19880/j.cnki.ccm.2021.09.006.

QIN Yan, WANG Dongyan, YANG Meiyan, et al. Discussion on the goals and countermeasures of total coal consumption control in Shanxi during the 14th Five-Year Plan [J]. China Coal, 2021, 47(9):41-47. doi: 10.19880/j.cnki.ccm.2021.09.006.

作者简介:秦艳(1982-),女,汉族,湖南益阳人,硕士研究生,高级工程师,主要从事能源与应对气候变化政策研究。E-mail:yellowriver09@sina.com

通讯作者:袁进(1967-),男,汉族,河北满城人,工学博士,教授,主要从事环境规划与政策、能源与应对气候变化政策研究。E-mail:yuan66.vip@sina.com

(责任编辑 郭东芝)