秦 艷 ,王東燕, 楊美艷,袁 進(jìn),李 瑩
(1.山西科城環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新研究院,山西省太原市,030006;2.太原理工大學(xué),山西省太原市,030024)
山西省作為全國重要的能源基地,基于煤炭工業(yè)的發(fā)展,形成了以煤為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源消費結(jié)構(gòu)。近年來,山西省努力推動轉(zhuǎn)型發(fā)展,但全省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與煤炭生產(chǎn)及消費關(guān)聯(lián)依然密切?!笆濉币詠?,國家煤炭消費總量控制要求逐步趨嚴(yán),山西省11市中有8個被先后納入全國煤炭消費總量控制重點地區(qū)。2019年,山西省煤炭消費量占全國比重約為9%,而GDP則不到全國的2%,萬元GDP煤耗是全國平均值的4倍,單位面積煤耗是全國的5倍。
隨著碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的提出,“十四五”期間我國將嚴(yán)控煤炭消費增長,“十五五”時期逐步減少??刂泼禾肯M總量,優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu),成為山西省高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展和碳達(dá)峰目標(biāo)、碳中和愿景實現(xiàn)的關(guān)鍵。筆者及其研究團(tuán)隊對山西省“十四五”煤炭消費總量控制目標(biāo)和政策開展研究,探討碳達(dá)峰、環(huán)境空氣質(zhì)量改善雙目標(biāo)約束下山西省煤炭消費目標(biāo),總結(jié)山西省煤炭消費總量控制面臨的問題,提出減煤路徑及政策建議。
山西省煤炭消費量在全國排名第三,僅次于內(nèi)蒙古自治區(qū)、山東省[1-2]。 2015-2019年,山西省煤炭消費量由2.85億t增長至3.49億t,累計增長6391萬t,漲幅達(dá)22.5%;占全國煤炭消費總量的比重由7.18%增長至8.90%,呈現(xiàn)“總量、比重齊增”特征。2010-2019年山西省煤炭消費情況如圖1所示。按照2015-2019年增長趨勢判斷,2020年山西省煤炭消費量預(yù)計接近3.6億t。
數(shù)據(jù)來源:國家統(tǒng)計年鑒、山西統(tǒng)計年鑒圖1 2010-2019年山西省煤炭消費情況
電力、煉焦是山西省煤炭消費的主要行業(yè)。2019年,山西省電力、煉焦、鋼鐵、煤炭、化工、有色、建材行業(yè)的煤炭消費量分別占全省煤炭消費總量的40%、35%、6%、6%、4%、4%、2%,其中電力用煤、煉焦用煤合計占比達(dá)75%。全省煤炭消費逐步向電力行業(yè)集中,電力用煤占比由2015年的32%提升至2019年的40%[1]。
汾渭平原四市(晉中、呂梁、臨汾、運城)是煤炭消費重點區(qū)域。依據(jù)山西省各市主要耗煤行業(yè)生產(chǎn)情況估算,2019年,汾渭平原四市煤炭消費約占49%;京津冀周邊地區(qū)四市(太原、長治、晉城、陽泉)約占31%;晉北三市(大同、忻州、朔州)約占20%。
“十三五”期間,山西省及重點控煤區(qū)域通過壓減過剩產(chǎn)能、淘汰落后產(chǎn)能、淘汰燃煤鍋爐、實施清潔取暖改造等推動減煤工作開展,取得一定成效,但大部分城市在過去5年中煤炭消費量不降反增。主要原因包括以下幾個方面。
(1)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與煤炭消費仍未脫鉤。電力、煉焦、鋼鐵、煤炭、化工、有色、建材等七大主要耗煤行業(yè)仍是山西省支柱產(chǎn)業(yè),對全省經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)的比重仍保持在28%左右。2015-2019年,山西省GDP增速由3%逐步恢復(fù)至6%~7%,煤炭消費增速由-11%反彈至6%左右,山西省GDP增速與煤炭消費增速見圖2。重點區(qū)域經(jīng)濟(jì)增幅更為明顯,如呂梁、臨汾、運城GDP增速分別由2015年的-4.7%、0.3%、1.8%增長至2019年的5.7%、6%、6.4%[1]。在戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)尚未具備支撐能力、經(jīng)濟(jì)發(fā)展對耗煤產(chǎn)業(yè)依賴依舊存在的現(xiàn)實情況下,經(jīng)濟(jì)增長必然帶動煤炭消費需求增加。
數(shù)據(jù)來源:山西統(tǒng)計年鑒、山西省國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報圖2 山西省GDP增速與煤炭消費增速
(2)能源外送需求的增長。山西省是全國重要的煤炭、焦炭、煤電生產(chǎn)基地,在保證本省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展能源需求的同時,為國家能源安全提供有效保障。2019年,山西省約58%的煤炭、79%的焦炭和30%的煤電用于外調(diào),較2015年分別上升2%、30%和38%。因此,山西省每年約有三分之一的煤炭消費用于外輸電力和焦炭生產(chǎn),“十三五”期間外送需求的增加進(jìn)一步增加全省減煤壓力。
(3)可再生能源尚未滿足新增用能需求。2015—2020年,山西省可再生能源發(fā)展迅速,其中風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模累計增長2倍,光伏裝機(jī)規(guī)模累計增長10.5倍,全省可再生能源裝機(jī)比重從14.7%增長至33.8%,可再生能源發(fā)電量比重從5.6%增長至11.0%,但仍無法滿足全省新增用能需求。能源消費結(jié)構(gòu)仍以煤炭為主,2020年,煤炭占一次能源消費的比重仍高達(dá)80%以上,高出全國平均水平20余個百分點。
“十四五”期間,面對經(jīng)濟(jì)、能源、環(huán)境和氣候領(lǐng)域的多重要求,山西能源發(fā)展和轉(zhuǎn)型也將面臨新形勢與新要求。本研究分別從碳達(dá)峰約束和環(huán)境空氣質(zhì)量約束2個維度[3-4],設(shè)置多情景推斷山西省2025年煤炭消費總量控制目標(biāo)。
據(jù)《中國能源統(tǒng)計年鑒2018》數(shù)據(jù)核算可知:2017年,山西省能源消費二氧化碳排放總量位居全國第七;人均碳排放量為13.2 t/人,萬元單位GDP(現(xiàn)價)碳排放強度為3.1 t/萬元,均位居全國第四。綜合考慮山西省以煤為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源消費結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展剛性需求和全國能源供應(yīng)安全保障支撐定位,設(shè)置不同的達(dá)峰情景[5-6]。
(1)基準(zhǔn)情景。以山西省能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃為基礎(chǔ),按照現(xiàn)有的發(fā)展速度和方式,趨勢外推,2030年前不考慮達(dá)峰。
(2)煤控情景。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相對低煤化,非化石能源、天然氣消費比例較快上升,煤炭消費增長幅度逐年下降,爭取2028年左右實現(xiàn)碳達(dá)峰。
(3)強化煤控情景。能源供應(yīng)快速清潔化,能源利用效率大幅提升,煤炭消費逐年遞減,爭取2025年左右實現(xiàn)碳達(dá)峰[7]。
能源消費碳排放與全省經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模、發(fā)展速度、一次能源結(jié)構(gòu)、能耗強度等關(guān)鍵因素相關(guān),本研究采取自上而下分析預(yù)測碳排放約束下“十四五”期間山西省煤炭消費變動情況,如圖3所示。關(guān)鍵參數(shù)見表1。
表1 不同情景參數(shù)設(shè)置
結(jié)果表明:基準(zhǔn)情景下,山西省二氧化碳排放呈持續(xù)增長趨勢,2030年碳排放量約6億t;煤控情景下,二氧化碳排放在“十四五”期間出現(xiàn)小幅增長,預(yù)計將在2028年達(dá)峰,峰值為5億t;強化煤控情景下,“十四五”期間,二氧化碳排放基本保持穩(wěn)定,約4.8億t,“十五五”期間,二氧化碳排放量逐年下降,如圖4所示。
圖4 不同情景下二氧化碳排放量預(yù)判(未包含電力調(diào)出蘊含碳排放)
據(jù)統(tǒng)計,2020年,山西省調(diào)出電力總計1 053億kW·h,按發(fā)電煤耗300 g標(biāo)準(zhǔn)煤/(kW·h)估算,消耗煤炭3 159萬t,產(chǎn)生二氧化碳排放0.84億t。依據(jù)山西省現(xiàn)有外送電通道能力和規(guī)劃情況,考慮新增外送電通道新能源電量占比不低于50%的要求,預(yù)計2025年山西外送煤電量將達(dá)到1 500億kW·h,按照發(fā)電煤耗290 g標(biāo)準(zhǔn)煤/(kW·h)估算,消耗煤炭4 350萬t,預(yù)計產(chǎn)生二氧化碳排放約1.15億t。
若“十五五”新增外送電量由新能源提供,則基準(zhǔn)情景下,2030年碳排放量約7億t;煤控情景下,2028年碳排放峰值將為6.2億t,強化煤控情景下,碳排放峰值約為5.8億t。
基準(zhǔn)情景下,山西省全社會煤炭消費量仍將保持增長趨勢,2025年煤炭消費量約為3.9億t;煤控情景下,山西省煤炭消費量呈穩(wěn)定狀態(tài)后緩慢下降,2025年煤炭消費量約為3.6億t;強化煤控情景下,山西省煤炭消費量自2020年起開始下降,2025年煤炭消費量約為3.4億t,如圖5所示。
圖5 不同情景下山西省煤炭消費量
2020年,生態(tài)環(huán)境部通報全國重點城市空氣質(zhì)量排名后20位,山西省5個城市上榜[8]。與全國對比,2020年山西省優(yōu)良天數(shù)比例低于全國15.1%;主要污染物PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3濃度分別高出全國平均濃度11、27、9、11、31 μg/m3,超出比例分別為33%、48%、90%、46%和22%[8-9]。SO2、NOx濃度已達(dá)環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn),但PM10、PM2.5則相差甚遠(yuǎn)。
“十三五”期間,山西省環(huán)保治理要求趨嚴(yán),重點行業(yè)末端治理水平均得到大幅提升,其中煤電全部完成超低排放改造,焦化、化工、水泥行業(yè)達(dá)到特別排放限值標(biāo)準(zhǔn),鋼鐵行業(yè)啟動超低排放改造。根據(jù)政策要求,“十四五”期間,山西鋼鐵和焦化行業(yè)將分別完成和啟動超低排放改造。筆者認(rèn)為,山西PM2.5問題還未徹底得到解決,仍將是未來大氣污染防治主要目標(biāo)之一,且末端治理空間減小,治理邊際成本增加[10-12]。結(jié)合山西環(huán)境治理現(xiàn)狀、潛力及需求,可考慮設(shè)置2個情景。
(1)基準(zhǔn)情景。2030年,山西省PM2.5濃度實現(xiàn)達(dá)標(biāo),2025年P(guān)M2.5年均濃度控制在40 μg/m3左右,比2020年下降15%左右,較2019年下降17%左右。2025年山西省一次顆粒物、SO2、NOx排放總量需分別較2020年累計下降23%、20%、20%左右。
(2)煤控情景。2025-2030年山西省PM2.5濃度實現(xiàn)達(dá)標(biāo),2025年P(guān)M2.5年均濃度控制在38 μg/m3左右,比2020年下降17%左右,比2019年下降21%左右。2025年山西省一次顆粒物、SO2、NOx排放總量需分別較2020年累計下降31%、27%、27%左右。
參照相關(guān)研究[10],以PM2.5為約束,建立污染排放與環(huán)境空氣質(zhì)量之間的定量相應(yīng)關(guān)系,獲取不同情景下全省主要大氣污染物的削減比例。同時充分考慮重點行業(yè)環(huán)境治理技術(shù)進(jìn)步、污染物排放達(dá)標(biāo)要求、行業(yè)發(fā)展規(guī)模和行業(yè)耗煤水平,獲取未來山西省大氣污染物排放總量。通過自上而下與自下而上相結(jié)合的方式,獲取滿足不同情景要求下的煤炭消費總量控制目標(biāo)。環(huán)境空氣質(zhì)量約束下的山西省煤控目標(biāo)預(yù)測方法如圖6所示。
圖6 環(huán)境空氣質(zhì)量約束下的山西省煤控目標(biāo)預(yù)測方法
研究表明:2025年,基準(zhǔn)情景下山西省煤炭消費總量需控制在3.4億t,煤控情景下應(yīng)控制在3.2億t;2030年,基準(zhǔn)情景下山西省煤炭消費總量控制在3.0億t,煤控情景下控制在2.9億t。
經(jīng)測算,若山西省爭取能源消費碳排放于2025-2028年左右達(dá)峰,則煤炭消費總量預(yù)計為3.4億~3.6億t;若爭取PM2.5于2025-2030年中期達(dá)標(biāo)或2030年達(dá)標(biāo),則煤炭消費總量預(yù)計為3.2億~3.4億t,見表2。
表2 雙目標(biāo)協(xié)同下的2025年山西省煤控目標(biāo) 億t
結(jié)合山西省煤炭消費現(xiàn)狀,綜合考慮碳達(dá)峰和環(huán)境空氣質(zhì)量改善需求,雙目標(biāo)協(xié)同下山西省2025年煤炭消費總量控制在3.2億~3.4億t。若按照3.4億t的目標(biāo),山西省“十四五”期間需累計壓減煤炭消費約2 000萬t,降幅約5.56%。
“雙碳”目標(biāo)和環(huán)境空氣質(zhì)量改善需求下,山西省既要保持推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略定力,也要考慮全省經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長和能源產(chǎn)業(yè)平穩(wěn)過度的現(xiàn)實要求,需以產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化為根本,節(jié)能提效為重點,能源轉(zhuǎn)型為突破,有效控制煤炭消費總量。
(1)以低碳發(fā)展為引領(lǐng),加快產(chǎn)業(yè)調(diào)整力度及深度。重點聚焦“轉(zhuǎn)型出雛型”目標(biāo),充分利用山西省在黃河流域高質(zhì)量發(fā)展、京津冀協(xié)同發(fā)展、環(huán)渤海地區(qū)合作發(fā)展等國家重大戰(zhàn)略中的作用,在新能源、新材料、節(jié)能環(huán)保、現(xiàn)代醫(yī)藥和大健康、現(xiàn)代文旅等具備基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)尋求突破。同時嚴(yán)格控制高耗能高排放產(chǎn)業(yè)新增產(chǎn)能,加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級,促進(jìn)結(jié)構(gòu)性減煤。
(2)以能效提升為重點,緊抓基礎(chǔ)行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型?!笆濉逼陂g, 山西省單位 GDP 能耗持續(xù)降低,但仍遠(yuǎn)高于全國平均水平,能效水平在全國排名倒數(shù)第五,煤電、鋼鐵、氧化鋁等行業(yè)單位產(chǎn)品能耗均高于全國平均水平。建議通過信息化改造和引入循環(huán)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)模式,加大對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的全面改造,實現(xiàn)節(jié)能提效,確保鋼鐵、水泥、化工、建材等行業(yè)率先實現(xiàn)煤炭消費和能源消費碳排放達(dá)峰。
(3)以能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化為突破,促進(jìn)能源生產(chǎn)系統(tǒng)性變革。解決制約可再生能源開發(fā)建設(shè)的問題,推進(jìn)可再生能源與其他產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展、促進(jìn)大規(guī)模集中利用與分布式生產(chǎn)、就地消納有機(jī)結(jié)合;發(fā)揮山西省煤層氣優(yōu)勢,突破非常規(guī)天然氣開發(fā)技術(shù)瓶頸和解決市場消納問題,建設(shè)國家非常規(guī)天然氣基地;加大氫能制儲技術(shù)創(chuàng)新力度,以焦?fàn)t煤氣制氫為基礎(chǔ),以可再生能源制氫為導(dǎo)向,逐步發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)。
山西省處于經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵期,需同時兼顧經(jīng)濟(jì)增長與煤炭消費減量的關(guān)系,實現(xiàn)煤炭消費減量與應(yīng)對氣候變化、環(huán)境空氣質(zhì)量改善協(xié)同作用[13]。
(1)強化頂層設(shè)計,將碳達(dá)峰和環(huán)境空氣質(zhì)量改善要求作為減煤目標(biāo)的強約束,科學(xué)合理地確定山西省減煤目標(biāo)。建議2025年山西省煤炭消費總量控制在3.4億t以內(nèi),煤炭占一次能源消費的比重爭取下降10%左右。針對重點耗煤行業(yè),2025年煤電裝機(jī)控制在7 500萬kW左右,焦化產(chǎn)能控制在1.1億~1.2億t/a。
(2)實施區(qū)域差異化管控,提高煤炭減量替代精準(zhǔn)性和有效性。建議“十四五”期間,將全省11市分為3個層次:太原、晉中、臨汾、長治、呂梁5市分為一類,執(zhí)行較高減煤目標(biāo);陽泉、晉城、運城3市分為一類,執(zhí)行中等減煤目標(biāo);大同、朔州、忻州3市分為一類,執(zhí)行相對較低的減煤目標(biāo);同時鼓勵有條件的地區(qū)制定更嚴(yán)格的減量目標(biāo)。
(3)充分發(fā)揮市場調(diào)節(jié)作用,建立和完善市場化的調(diào)控機(jī)制。在能源消費總量控制和煤炭消費總量控制的前提下,按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),為重點耗煤行業(yè)和企業(yè)制定合理的用能、用煤標(biāo)準(zhǔn)和配額,科學(xué)設(shè)計符合山西省實際、具有山西省特點的用能權(quán)、用煤權(quán)等交易制度,做好用能和用煤指標(biāo)與碳排放配額在履約方面的銜接[14]。
(4)強化煤炭消費總量控制的政策和體制機(jī)制建設(shè)、保障能力。切實加強對煤炭消費總量控制工作的組織領(lǐng)導(dǎo),對各地區(qū)煤控工作開展指導(dǎo)、能力建設(shè)和監(jiān)督;建議制定《山西省用煤項目減量替代辦法》,細(xì)化用煤項目管理,強化用煤項目審批的約束力;制定更為嚴(yán)格的產(chǎn)能控制政策和能源資源利用標(biāo)準(zhǔn),嚴(yán)控高耗煤高排放行業(yè)發(fā)展;實施差別化電價、財稅支持、煤炭價格機(jī)制、煤層氣、供熱價格機(jī)制、金融等經(jīng)濟(jì)政策,鼓勵實施煤炭消費壓減。