煤炭是人類文明發展的重要推動力。曾幾何時，這種被稱之為“烏金”的能源象征著取之不盡的財富，擁有煤炭資源的城市通過資源開采迅速積累財富，然而采礦和煤炭工業帶來的大氣污染、生態破壞為人類對自然界的無度發掘敲響警鐘，各國紛紛出臺政策，尋求更加清潔的能源以削減煤炭的使用量。京都議定書之后，盡快減少使用化石能源以應對全球變暖成為了世界各國的共識，一時間煤炭消費背負起溫室氣體排放的原罪，全球去煤炭化的聲音不絕于耳。煤炭作為我國能源產業的主體，關系著我國能源安全穩定的重大戰略。煤炭產業發展策略十分重要且復雜，融合了政治經濟、科技發展、產業變革、地區穩定乃至社會民生的方方面面。當今世界政治格局動蕩，能源發展外部環境更加復雜多變，國家能源安全戰略提升至前所未有的高度。與此同時，全球數字產業高速發展，數字科技風起云涌，在全球能源體系變革與我國雙碳目標的雙重背景下，煤炭產業發展已悄然進入下半場。
煤炭作為燃料的歷史，可追溯至穴居人的時代。隨著科技的發展，煤炭在工業革命中滿足了人們對于高效能源的需求，逐漸成為了能源的主體。十八世紀，煤炭作為能源供給的主角推動了第一次工業革命。隨著燃煤發電的大規模興起，作為全球電力的重要來源，煤炭在人類現代物質文明的歷史進程中始終扮演著非常重要的角色。隨著世界各國對全球氣候變暖的認識逐漸加深，氣候目標也成了全人類命運與共的重要課題。削減以煤炭為主的化石能源消費，是達成氣候目標的必要途徑。世界各國正以前所未有的決心為之付出實踐，與時間表賽跑。
全球煤炭消費短期平穩，長期減量
據國際能源署（以下簡稱“IEA”）數據顯示， 2020 年全球煤炭消費量下降了 4%，為二戰以來的最大降幅，2021 年，受美國和歐洲天燃氣價格上漲以及中國經濟持續增長等多種因素作用，全球煤炭消費量強勢反彈，其中燃煤發電消費占比較大。據 IEA 估計，2021 年全球煤炭發電量增長將超 9%，總量創歷史新高[1]。整體來看，美國、歐盟等發達經濟體將逐漸削減煤炭消費，中國和印度占全球煤炭消費總量的約三分之二，是亞洲地區主要消費國，根據規劃，中國的煤炭消費總量將在短期內維持現狀，印度方面則預計有約 4% 的消費增長，鑒于煤炭在能源及工業領域的地位短期難以替代，全球煤炭消費將在 2022 年繼續增長，并維持高位至 2024 年。
發達經濟體燃煤電廠逐漸退出，亞洲成為煤電主戰場
實現 2050 年全球凈零排放以將全球升溫幅度控制在 1.5～2 攝氏度以內是《巴黎協定》達成的全球共識。全球在運行的燃煤電廠約 8500 座，發電能力超 2000 吉瓦，提供了全球三分之一以上的電力。另一方面，燃煤電廠的溫室氣體排放量占全球溫室氣體排放總量的約五分之一，作為單體排放量最大的二氧化碳排放源，燃煤電廠減碳對全球氣候目標達成至關重要。
在 IEA《世界能源展望2021》中所設定的 2050 凈零情景中，發達經濟體應當在 2030 年徹底關閉燃煤電廠。自 2015 年巴黎協定以來，已有21個國家承諾在 2021 年至 2040 年間逐步淘汰燃煤電廠，其中澳大利亞、比利時、瑞典幾個國家已經在 2020 年前完成了燃煤發電的退出。不過從退出的體量看，這些國家合計僅占到了全球燃煤發電量的 4.1%，此外在這 21 個國家當中有 14 個國家的燃煤電力來源不足 10%，煤電退出后能源需求替代的難度相對較低[2]。
世界上現存的燃煤發電廠大多位于新興和發展中經濟體，此外全球正在開發的新燃煤電廠中，近90%都位于新興和發展中經濟體，其中大部分位于亞洲。另據IEA數據，亞洲各地的燃煤電廠平均“年齡”為13年，相比于燃煤電廠平均40～50年的壽命來講，亞洲電廠尚處青壯年，相比之下，大多數發達經濟體的燃煤電廠處于中老年甚至接近退休的年齡[3]。燃煤電廠的關停，不僅涉及能源安全替代和財務挑戰，因煤電及煤礦的快速關閉引發的失業等社會問題也需要當局者妥善處置。此外廢棄和受污染礦區的治理處置工作也至關重要，如放任不管，礦區在關閉后數十年內仍將繼續排放逸散性甲烷，從而大大加劇全球變暖。因此，煤電乃至煤炭的退出雖具有歷史必然性，但牽涉經濟發展、社會穩定乃至生態文明的方方面面，是個復雜性的工程，牽一發而動全身，應基于每個國家不同的資源稟賦和特殊現狀統籌謀劃，才能夠確保煤炭這種傳統能源和資源，退出則安全有序，保留則綠色可持續。
中國煤炭產業牽動全球神經
中國的煤炭消費總量占全球煤炭消費總量的一半以上，同時中國也是世界上最大的煤炭生產國和進口國，供需失衡導致的國內價格波動將立即影響國際市場，在全球市場中占有絕對重要地位。于此同時，中國的二氧化碳排放總量約占全球的四分之一，其中一半以上由煤炭相關的生產消費活動產生。在此背景下，我國提出的 “二氧化碳排放力爭于 2030 年前達到峰值，努力爭取 2060 年前實現碳中和”目標，充分展示出了中國在應對氣候變化問題上的大國擔當，也體現出了中國構建全球命運共同體的基本理念與決心。
眾多研究顯示，目前世界各國的減排政策落實效果并不樂觀，按照目前的節奏，將升溫幅度控制在1.5度的目標將很難實現。各國專家表現出了擔憂情緒。在此情景下，全球低碳的目光望向中國，中國的煤炭產業將何去何從，亦牽動著世界的神經。
我國二氧化碳排放歷史的演進變化
自 1980 年以來，中國 GDP 擴張超過 30 倍，高速工業化和城市化進程是中國經濟轉型的主要動力。作為“世界工廠”，中國占世界工業產值增加值的四分之一，水泥和鋼鐵占世界總產量的一半以上。但與此同時，中國也是目前世界上最大的溫室氣體(GHGs)排放國，下圖展示了自 1990 年以來我國二氧化碳排放總量的變化趨勢，可見 2005 年至 2019 年二氧化碳年度總排放量增長近一倍。
圖1 1990～2019年我國二氧化碳排放總量/Mt *
*注：圖1數據來源IEA（國際能源署），由清華大學互聯網產業研究院整理作圖
盡管面對嚴峻的減排形勢，長期以來中國始終高度重視氣候變化應對，積極參與全球治理，堅持綠色循環低碳發展。與 2005 年相比，2019 年的單位 GDP 碳排放下降了 48%，相當于減少二氧化碳排放約 56.2 億噸，相應減少二氧化硫約 1192 萬噸、氮氧化物約 1130 萬噸，提前實現了 2015 年提出的碳排放強度下降 40%-45% 的目標[4]。2020 年中國能源消費總量較上年增加 2.1%，與過去十年年均 3.8% 的增幅相比有所降低，碳排放總量接近 100 億噸，占全球碳排放份額的 31%，但碳排放強度降低 1%[5]。未來四十年，以“碳達峰碳中和”為約束性目標，中國將面臨總量大、時間短的巨大挑戰，同時也將是中國應對全球氣候變化，發展綠色低碳經濟、引領全球綠色發展的重大機遇。
煤炭生產消費環節的二氧化碳排放
數據顯示，我國自上世紀 90 年代以來各行業二氧化碳排放持續增高，其中能源行業（電力、熱能生產）與工業生產占到了二氧化碳排放總量的 80% 以上。能源行業二氧化碳排放量的 70% 來自于煤炭，僅燃煤熱電廠本身的碳排放量就超過中國碳排放總量的 45%。工業作為我國二氧化碳排放的第二大來源，2020 年約占全國碳排放總量的 35%，其主要來源也是煤炭[6] 。因此煤炭產業轉型降碳是實現雙碳目標的重中之重。
圖2 分行業二氧化碳排放量/Mt *
*注：圖2數據來源IEA（國際能源署），由清華大學互聯網產業研究院整理作圖
圖3 2000-2020年中國一次能源消費情況*
總體目標約束
2021 年 9 至 10 月，中共中央、國務院印發了《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》（以下簡稱《意見》）及《2030年前碳達峰行動方案》，就確保如期實現碳達峰、碳中和作出全面部署，進一步明確了我國實現“碳達峰、碳中和” 重大戰略決策的總體要求和主要目標[7,8]。下圖以幾個重要時間為節點整理了能源相關的主要指標：
圖4 碳達峰碳中和主要目標*
*注：圖4為根據中共中央 國務院《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》內容，由清華大學互聯網產業研究院整理作圖
此外，2022 年 3 月發改委能源局下發的《“十四五”現代能源體系規劃》（以下簡稱“規劃”）當中進一步明確：“十四五”期間為充分確保能源安全，到2025 年，國內能源年綜合生產能力要達到 46 億噸標準煤以上，比 2020 年一次能源生產量 40.8 億噸標準煤提升 12.7%；到 2025 年，發電裝機總容量達到約 30 億千瓦，較 2020 年 22 億千瓦時提升 36%。規劃同時提出“十四五”期間，要顯著促進能源低碳轉型，實現單位 GDP 二氧化碳排放五年累計下降 18%；并實現能源系統效率大幅提高，實現單位 GDP 二氧化碳能耗五年累計下降 13.5%[9]。一方面要保證能源供給側總量提升，另一方面要實現碳排放雙控，看似矛盾的目標下，實則是我國能源轉型大背景下的必然要求，那么煤炭產業該如何把控進與退的節奏呢？
立足國情，先立后破，爬行釘住
就清潔能源替代傳統能源的節奏問題，重慶市原市長黃奇帆曾提出過如下思想，“在能源結構調整過程中，清潔能源上多少，傳統能源退多少，要有個比例關系，操作中不能太激進。要按照爬行釘住加保留安全冗余的原則推動清潔替代”。該思想與今年兩會期間習近平總書記在參加內蒙古代表團審議的發言時，針對未來煤炭產業的定位與發展提出的“先立后破”的思想[10]總體一致。這就為煤炭退出定了一個基調，不激進亦不消極，要以確保國家能源安全為基本準則，使煤炭安全有序退出，推動煤炭產業清潔低碳高質量發展，構建綠色發展新格局。
技術革命為煤炭產業開辟新路徑
隨著我國新能源技術的高速發展，風光水電核等新能源將逐步替代煤電的主體能源地位。在能源供給側，煤電將主要作為調峰工具，耦合新能源發展，確保我國能源供給安全穩定，逐步實現我國經濟增長與煤炭消費脫鉤。在新能源將逐步成為電力主體的總體趨勢下，煤炭也將在能源格局的重塑中實現定位調整與角色切換。根據國家宏觀政策規劃及技術發展趨勢，未來煤炭產業發展將在以下幾方面尋求發力：
從國家總的能源戰略來講，我們講去煤炭并非簡單意義的去煤電。關于這個問題，我國國家能源局發展規劃司司長李福龍在 2019 年答美國記者提問的時候曾回答：“我們始終把提高煤電占煤炭消費總量當中的比重，同時壓減散煤的消費作為煤炭減量的一個重要措施?！?span style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; color: rgb(178, 178, 178); box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">[11]與簡單關停相反，這意味著我國煤電要實現優質清潔高效資產的替代。中國在“十三五”期間淘汰了 2000 萬千瓦落后的煤電機組，按照《規劃》， “十四五”期間，我國將再有序淘汰煤電落后產能（含到期退役機組）3000 萬千瓦，并大力推進清潔高效的煤電機組，包括超臨界、超超臨界，容量大、能效高、污染排放少的機組。
據能源局數據，我國火電已實現了 80% 比例的超低排放，在此基礎上，通過高效部署二氧化碳捕集利用與封存（以下簡稱：CCUS）技術，收集利用 90% 以上的二氧化碳，將是燃煤電廠實現低碳甚至零碳的必要途徑。中國目前的裝機容量中，到 2050 年仍將有大約 9 億千瓦在運行。CCUS 技術的部署有助于充分利用現有煤電機組，適當保留煤電產能，避免一部分煤電資產提前退役導致資源浪費[12]。
現代煤化工是以煤炭為主要原料、以生產清潔能源和化工產品為主要目標的現代化煤炭加工轉化產業。我國目前的化工品生產制造工藝主要以石油化工為主。從化學結構上來講，煤炭具有高碳屬性，其碳氫原子比要高于于石油數倍，因此煤制甲醇、烯烴、乙二醇等化工品工藝過程中，將會有大量的碳以二氧化碳的形式產生。研究顯示，出于自身結構及反應過程，消費 1 噸煤將產生 2-3 噸以上的二氧化碳，從原理上講，該排放量不可避免。但同時，現代煤化工產業的碳排放具有濃度高、排放集中的優勢，為二氧化碳的捕集與封存創造了良好的條件，未來隨著 CCUS 技術的日益成熟，將為現代煤化工帶來更廣闊的發展空間。與此同時，隨著碳市場推進的不斷深入，將會有更多行業納入碳減排市場，通過市場機制與技術創新共同推動煤化工產業低碳綠色發展[13]。
氫能與清潔電力均為可再生的二次能源，在全球范圍內均作未來能源的重要載體，是能源體系脫碳的主要途徑。從目前氫的來源看，可分為灰氫、藍氫和綠氫三種，灰氫主要由化石能源制取氫氣，制氫過程排放二氧化碳等溫室氣體，是目前氫氣來源等主要方式；藍氫采用化石能源制氫+碳捕集與封存技術（以下簡稱：CCS），過程二氧化碳排放清潔可控；綠氫是由核能、可再生能源通過電解水等手段獲取的氫氣，制氫過程無溫室氣體排放，是目前最為理想的制氫方式[14]。
據中國氫能聯盟數據顯示，預計到 2030 年和 2050 年，氫的需求量將分別達到 3500 萬噸和 6000 萬噸，終端能源占比分別達到 5% 和 10% 以上。受制于可再生能源成本以及電解器技術限制，綠氫目前還不具備大規模發展的條件，難以滿足短期氫能市場需求。鑒于未來全產業納入碳市場的整體趨勢，藍氫將作為短期內市場的過渡，一方面能夠及時滿足市場需求，另一方面也可應對碳排放的壓力[15]。煤制氫深度耦合 CCS 技術，通過技術革新降低過程成本，確保碳排放達標，過程安全可控，將是煤炭與氫的未來出路之一。
在我國日前發布的《“十四五”現代能源體系規劃》中明確提出：要“加快能源產業數字化智能化升級”。積極建設“智能化煤礦”，開展“煤礦智能化高效開采、智能化選煤、礦山物聯網、危險崗位機器人替代等示范應用”。數字技術作為技術創新發展的新引擎，將通過與能源產業的深度融合，賦能傳統能源領域，充分利用數據要素，構建數字產業生態，推動能源數字經濟發展,促進能源發數字化轉型。
相比于前述單一領域的負碳技術應用，大數據、云計算、物聯網、人工智能、數字孿生等數字技術可以為傳統場景構建一整套數字解決方案，通過產業全流程的優化創新，實現全過程減碳，從全新的視角去破解煤炭產業的高碳謎題。比如在煤炭勘探方面，可采用現代數據管理技術和可視化模擬描繪煤炭儲層的新工具進行地質建模，以更好地評估煤炭儲量及品質；在煤炭的開采環節，采用低成本傳感器和計算機輔助模擬結合有助于優化煤炭供應鏈的流程，顯著降低運營成本；在運輸和洗煤環節，應用遠程遙控設備以及無人駕駛卡車、鏟車是重點發展趨勢，以大大提高生產力并改善安全性能；在預測及維護方面， 數字化技術還可以通過傳感器和數據分析開展設備維護工作，進而提高設備的可用性，運行性能并降低成本[16]。可以說，在煤炭產業數智化轉型方面，中國比世界上其他國家擁有更完備的基礎和先決條件。通過數字技術賦能煤炭全產業鏈，是實現煤炭產業數字化的重要途徑，為產業發展帶來新機遇。
雙碳目標是約束也是契機，將倒逼我國實現能源結構、產業結構、生態結構發生一系列重大轉型。煤炭作為我國資源稟賦最高的基礎能源，是我國能源安全的“穩定器”和“壓艙石”，煤炭產業發展，關乎我國能源安全戰略，也關乎中國雙碳目標的兌現，牽動全世界的神經。探索全產業鏈的數智化發展，構建高質量發展的新格局，實現煤炭產業綠色低碳可持續發展的“后煤炭”時代，我們拭目以待。
參考資料：
[1] IEA (2021), Global coal demand surpassed pre-Covid levels in late 2020, underlining the world’s emissions challenge, IEA, Paris https://www.iea.org/commentaries/global-coal-demand-surpassed-pre-covid-levels-in-late-2020-underlining-the-world-s-emissions-challenge.
[2] IEA (2021), Phasing Out Unabated Coal: Current Status and Three Case Studies, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/phasing-out-unabated-coal-current-status-and-three-case-studies.
[3] IEA (2021), It’s critical to tackle coal emissions, IEA, Paris https://www.iea.org/commentaries/it-s-critical-to-tackle-coal-emissions.
[4] 項目綜合報告編寫組. 《中國長期低碳發展戰略與轉型路徑研究》綜合報告[J]. 中國人口-資源與環境,2020，30（11）：1-25.
[5] BP.《BP世界能源統計年鑒》2021年版[EB/OL]. http://bp.com/statsreview.
[6] IEA. Net Zero by 2050[R]. 2021-05. http://www.iea.org.
[7] 中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見. 中國政府網[引用日期2021-10-21].
[8] 國務院關于印發2030年前碳達峰行動方案的通知. 中國政府網[引用日期2021-10-26].
[9] “十四五”現代能源體系規劃. 發改委官網[引用日期2022-3-22]. https://www.ndrc.gov.cn/xwdt/tzgg/202203/t20220322_1320017.html?code=&state=123.
[10] “要先立后破，而不能夠未立先破”——從全國兩會看正確認識和把握“雙碳”目標. https://t.ynet.cn/baijia/32322513.html
[11] 章建華、李福龍回應“為什么中國還在新建燃煤電廠？”. https://news.bjx.com.cn/html/20190923/1008689.shtml
[12] 生態環境部 規劃研究院等.中國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報告(2021) ——中國CCUS路徑研究[R].
[13] 現代煤化工：何去何從，誰主沉浮.https://www.sohu.com/a/491548940_120231598
[14] 平安證券.副產氫已占先機，綠氫有望新開局[R].
[15] 德勤.“能源的未來“系列刊物——為碳中和-創造可行的氫經濟[R].
[16] 國際能源署（IEA）.數字化與能源[M]. 北京:科學出版社，2019:1-107 .
