李碩森，徐青云

(山西大同大學 煤炭工程學院， 山西 大同 037001)

目前，我國能源消耗的主要資源是煤炭，其在我國一次能源結構中占到常規(guī)化石能源的90%以上[1]. 其中，山西省煤炭資源儲備量豐富、種類多、煤礦開采條件較好，位于山西省北部、中部和東部地區(qū)的大型煤炭基地，作為我國“西電東送”戰(zhàn)略的北部通道電煤基地，還擔負著其他省份大部分地區(qū)的煤炭保供任務。由此可見，山西省煤炭資源在全國能源戰(zhàn)略中處于至關重要的地位[2].

“十四五”時期，在山西省的一次能源結構中，煤炭資源占比約40%以上[3]，顯然，煤炭工業(yè)仍是山西省最大的經濟支柱產業(yè)。因此，煤炭資源具有重要的戰(zhàn)略性作用，探討煤炭資源的供應需求分析具有舉足輕重的意義。

1 山西煤炭資源概況和供應情況分析

1.1 煤炭資源概況

山西省是我國煤炭資源儲量最豐富的省份，儲量大，分布廣。據(jù)資料顯示，含煤面積占到全省總面積的40%. 根據(jù)國家第3次煤田預測結果可知，全省2 000 m以淺煤炭預測資源儲量約為6 400億t，占到全國總量的1/6. 目前，山西省合計已經勘測出資源儲量2 709.01億t，占到全國總量的1/4.

根據(jù)新制定的中國煤炭分類國家標準，山西省煤炭類型具有多樣性的特征，有14個不同種類的型號。特別是無煙煤、動力煤和煉焦煤，分布范圍廣泛、儲量十分豐富。煤炭資源主要分布在沁水、大同、寧武、西山、霍西、河東等6大煤田[4]. 其開發(fā)利用情況見表1.

表1 山西省6大煤田開發(fā)利用情況表

1.2 煤炭供應現(xiàn)狀

山西平均每年煤炭開采量高達8億～10億多噸，占據(jù)全國煤炭開采總量的30%. 2021年，山西依舊保持高效產能，全年煤炭資源產量達到11.9億t，為16個省市提供煤炭資源，電煤發(fā)送量4 356萬t，完成率高達106.15%.

1.3 煤炭產業(yè)規(guī)模結構

“十三五”時期末，經過煤炭行業(yè)資源整合和企業(yè)兼并重組，山西煤炭企業(yè)由原有的七大煤炭企業(yè)合并重組后，形成了兩大煤炭集團：晉能控股集團和山西焦煤集團，整體實力強勁。其中，晉能控股集團是我國第二大煤炭企業(yè)，重組后煤炭產能4.47億t，2022年在世界500強排名第163位，在中國煤炭企業(yè)50強排名第3位。

近年來，山西不斷加強煤炭產業(yè)結構優(yōu)化力度，推動煤炭開采高質量變革。截止2020年底，山西省生產建設煤礦數(shù)量從千座降至954座，平均原煤產量達101.78萬t/座，積極努力化解過多剩余產能，大力推進綠色智能礦山建設，煤層氣抽采及利用率顯著提高[5].

2 “十三五”時期山西煤炭消費分析

作為我國主要的能源基地之一，山西省多年來依賴煤炭工業(yè)發(fā)展，其產業(yè)規(guī)模和能源消費體系與煤炭資源有著密不可分的聯(lián)系。2019年，山西省58%的原煤、79%的焦炭、30%的電力輸往省外，是“十三五”時期貢獻最為突出的一年，為全國提供堅實有力的能源基礎保障。

但是，長期高強度的煤炭開采利用在支撐全省經濟社會發(fā)展的同時，也給環(huán)境空氣質量改善、溫室氣體減排和人群健康水平提升帶來較大壓力?！笆濉睍r期，在“低碳環(huán)保，節(jié)能減排”的重大戰(zhàn)略部署下，山西省以“調結構、控增量、減存量”為基本原則，推動開展煤炭消費總量控制工作，煤炭消費總體趨勢如下：

2.1 煤炭消費基本情況

1) 煤炭消費呈現(xiàn)增長趨勢。

2016—2020年，全省煤炭消費總量逐年增長，2020年達3.6億t標煤，占全國能源消費(49.8億t標煤)的比重為7.2%，較2016年增長6 831萬t標煤。

“十三五”時期，山西全省單位 GDP 能耗下降速率較快，五年時間內持續(xù)下降15.3個百分點，在國家政策的正確引導和大力支持下，山西取得了“十三五”時期能耗強度和總量降低任務的圓滿勝利[3]，能源資源開發(fā)利用效率大幅提高。山西省“十三五”時期煤炭消費總量和單位 GDP 能耗趨勢情況見圖1，山西省“十三五”時期煤炭消費情況見表2.

圖1 2016—2020年全省煤耗總量、單位GDP能耗趨勢圖

表2 “十三五”時期全省煤炭消費情況表

2) 煤炭消費反彈明顯。

“十三五”時期，山西省煤炭消費量逐年增加，呈上升趨勢，且上升趨勢較為明顯。2018年消費總量為3.348億t，超過自2013年來保持長達五年的煤炭消費峰值約400萬t；2019年煤炭消費總量持續(xù)增加至3.5億t，全省的煤控任務仍然任重道遠，煤控壓力不減反增。新能源在滿足全國能源消費新增量中扮演著越來越重要的角色，但山西煤炭消費總量還在逐年增加，目前已經躍居全國前3名。

2.2 “十三五”煤炭消費增長原因分析

1) 經濟復蘇驅動煤炭消費需求增長。

目前能夠自主驅動山西煤炭資源消費需求增長的首要因素就是經濟的快速發(fā)展，全省 GDP 增速和煤炭消費增速波動整體趨同，經濟發(fā)展與煤炭消費仍未脫鉤。2016—2020年，全省 GDP 增速由3%逐步恢復至6%～7%，GDP增長速度與煤炭消費總量增長速度見圖2. 從圖2可以得出，全省經濟增長明顯，根據(jù)新型能源發(fā)展狀況，暫時未有一定的支撐能力；又因經濟社會發(fā)展對耗煤產業(yè)持續(xù)依賴的現(xiàn)實情況，經濟的快速發(fā)展必將帶來煤炭資源的大量消費。

圖2 山西省 GDP 增長速度與煤炭消費總量增長速度圖

2) 產業(yè)結構以煤為主增加減煤難度。

山西省煤炭消費高度集中于電力、焦化、冶金、煤炭等支柱產業(yè)，增加減煤難度。全省電力、焦化和煤炭生產除滿足山西省需求外，部分用于輸出。在“十三五”時期外輸量急劇增加，尤其是2019年，煤炭外調占比約58%，焦炭約79%，電力約30%；與2015年相比，外調量分別增長2%、30%、38%. “十三五”時期，隨著向外輸送電力和焦炭生產量的大幅提高，二者年耗煤量大約占到全省耗煤量的1/3，尤其是伴隨著向外輸送需求的不斷增加，使得全省的減少煤炭消費改革更加負重致遠[6].

3) 新型能源暫無法滿足新增用能需求。

“十三五”時期，山西省的風電裝機量共計增加1 305萬kW，累計增長2倍；光伏裝機量共計增加1 195.3萬kW，累計增長10.5倍；水電裝機量共計減少21萬kW，累計減少8.6%；可再生能源裝機比重從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%. 雖然風能、太陽能等新型能源持續(xù)高速發(fā)展，在一定程度上降低煤炭消耗，但是在短期內仍然無法滿足經濟快速發(fā)展的需求。

3 山西“十四五”時期煤炭需求量預測

山西省大量使用煤炭作為能源來促進經濟發(fā)展，煤耗量和碳排放均高于全國平均水平，建立以效率、和諧、持續(xù)為目標更為環(huán)保的發(fā)展形勢，比其他省份更迫在眉睫?！笆濉睍r期，山西省在國家“去產能”的號召下，去除煤炭過剩產能1.57億t，使煤炭先進產能占比提高至68%[7]. 在大力發(fā)展非煤經濟的背景下，“十四五”時期，山西煤炭消費出現(xiàn)明顯下降趨勢。

3.1 碳達峰約束下的煤控目標預測

結合山西省以煤為主的產業(yè)結構、能源消費結構、經濟發(fā)展剛性需求和全國能源供應安全保障支撐定位，在保障省內經濟發(fā)展剛需以及國內能源供給的前提下，結合山西煤炭產業(yè)、能源消費結構，假設出3種不同的碳達峰發(fā)展模式：

1) 正常發(fā)展模式。按照“十三五”規(guī)劃中山西省能源發(fā)展目標作為依據(jù)，參考其煤炭發(fā)展的水平和速度現(xiàn)狀，根據(jù)其發(fā)展趨勢進行推測，2030年之前將無法實現(xiàn)碳達峰目標。

2) 一般煤控發(fā)展模式。積極推廣新型能源在各個領域的使用，一次能源消費增長趨勢逐漸放緩，將在2028年左右完成碳達峰目標。

3) 嚴格煤控發(fā)展模式。煤炭消費快速清潔化發(fā)展，提高能源利用率，一次能源消費增長趨勢逐漸回落，將在2025年左右完成碳達峰目標。

全省碳排放量由多方因素決定，其中區(qū)域經濟發(fā)展前景、不可再生資源結構組成及能源消費能力等3方面均起到至關重要的作用。從全省能源消費總量推測分析CO2排放量，預測方法見圖3. 經濟增速、能源占比及能耗強度相關數(shù)據(jù)見表3.

圖3 山西省能源消費排放二氧化碳預測方法圖

由表3可知，正常發(fā)展模式下，山西省CO2排放量繼續(xù)保持當前的增長趨勢，逐年上升，將于2030年碳排放量達峰至6億t；一般煤控發(fā)展模式下，CO2排放量在“十四五”時期增勢放緩，變?yōu)樾》壬仙瑢⒂?028年達到排量約為5億t的峰值；嚴格煤控發(fā)展模式下，“十四五”時期，CO2排放量繼續(xù)保持相對穩(wěn)定，約4.8億t，預計將在“十四五”時期結束完成碳達峰目標，CO2排放量預測見圖4.

表3 不同發(fā)展模式下參數(shù)設置表

圖4 不同發(fā)展模式下CO2排放量預測圖

正常發(fā)展模式下，山西省煤炭資源消費總量增長勢頭迅猛，預計在2025年達3.9億t；一般煤控發(fā)展模式下，煤炭資源消費總量維持穩(wěn)定后逐漸呈下降趨勢，預計在2025年達3.6億t；嚴格煤控發(fā)展模式下，煤炭資源消費總量自“十四五”規(guī)劃初呈逐年下降，預計在2025年達3.4億t，見圖5.

圖5 不同發(fā)展模式下山西省煤炭消費量預測圖

3.2 煤炭供需矛盾持續(xù)擴大

“十四五”時期是山西“轉型出雛型”的關鍵期、“美麗山西”建設的攻堅期，也將是推動碳達峰、碳中和的窗口期。隨著全省經濟的快速發(fā)展，一次能源消費對環(huán)境和氣候帶來諸多負面影響，因此，山西的資源高效利用和資源型城市轉型也將面臨新的挑戰(zhàn)。

在大力發(fā)展非煤經濟的背景下，山西煤炭消費將出現(xiàn)明顯下降趨勢。在強化情景下，到2025年，全省煤炭消費總量約為3.2億t，比“十三五”時期降低4.4%. 非煤產業(yè)占比每增加1%，煤炭消費下降約17%.

4 山西省“十四五”煤炭供應能力預測

“十三五”時期山西省實現(xiàn)煤炭去產能目標，從原先的14.6億t/a減少至13.5億t/a. 礦井產出效率及產量提高，從原先的135萬t/a提升至150萬t/a以上，先進產能占比提升38個百分點，全面關閉年產量低于60萬t/a的煤礦。根據(jù)資料顯示，截止2020年底，在全省668座生產煤礦中，大型煤礦數(shù)量占到總數(shù)的近一半，其產能達到總產能的3/4.

2021年底，全省生產煤礦682座，其中大型328座，中、小型354座，大型煤礦比例為48%. 2023年底，全省預計生產煤礦670座，其中大型341座，中、小型329座，大型煤礦比例為51%. 2024—2025年底，全省預計生產煤礦680座，其中大型356座，中、小型324座，大型煤礦比例為52%. “十四五”時期煤礦優(yōu)化調整結構，大型煤礦比例逐步提高，年產量低于30萬t的小型礦井逐漸全部關閉，煤炭生產及供應量得到了明顯提升。2021—2025年煤礦數(shù)量和結構預測見圖6.

圖6 山西省煤礦數(shù)量和結構預測圖

通過對山西省煤炭生產規(guī)模及產量進行分析，可得生產煤礦結構、比例和數(shù)量等預測數(shù)據(jù)，2021—2025年生產煤礦預計開采能力和實際開采水平預測見圖7. 結合目前煤炭行業(yè)發(fā)展趨勢和煤炭供需實際，截止2022年底，全省計劃生產礦井數(shù)量為685座，預設開采能力為12.9億t/a，預計實際的開采能力12.2億t/a.

圖7 預設采礦能力和預計實際采礦水平預測圖

截止2023年底，全省生產礦井數(shù)量將會減少至670座，雖總量小幅度減少，但大型煤礦的占比會持續(xù)上升，其礦井預設開采能力和實際開采能力也將伴隨呈現(xiàn)小幅度上升趨勢，預設開采能力增長至13.2億t/a，預計實際開采能力增長至11.9億t/a.

截止2024年底，預計全省生產礦井數(shù)量將會略微增長，其礦井規(guī)模結構出現(xiàn)變化，大型煤礦數(shù)量持續(xù)上升，中小型煤礦數(shù)量不斷減少，其預設開采能力保持平穩(wěn)不變，為13.3億t/a，其預計煤炭實際開采能力11.5億t/a.

截止“十四五”時期結束，預計全省生產礦井數(shù)量保持穩(wěn)定，隨著科技水平和智慧礦井建設的不斷發(fā)展，預設開采能力持續(xù)保持增長態(tài)勢，但受到“雙碳”政策影響，減煤控煤形勢依然嚴峻，隨著新型能源供能占比將呈現(xiàn)大幅度上升，預計煤炭實際開采能力回落至10.8億t/a.

根據(jù)上述預測，山西省“十四五”結束時期煤炭需求量在3.5～3.8億t，2025年全省煤炭實際生產能力約為10.8億t/a，2025年全省煤炭產能剩余較大，可達7億t，產能過剩態(tài)勢依舊嚴峻。因此，要深入推進供給側結構性改革的步伐，化解煤炭過剩產能，繼續(xù)完成向其他省份的煤炭能源保供任務，提高資源高效利用效率和高效供給。

5 發(fā)展對策與建議

根據(jù)“十四五”規(guī)劃要求，我國力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和[8]. 在“雙碳”目標的影響下，煤炭資源型城市在經濟快速發(fā)展的過程中，伴隨著煤炭資源儲量急劇下降，煤炭產業(yè)規(guī)模逐漸衰退蕭條。在這一形勢下，經濟快速發(fā)展對煤炭企業(yè)加快綠色、高效、低碳轉型提出了新要求，而智慧礦山的建設恰好契合了我國推動能源革命加快發(fā)展的需求。為此，對策與建議如下：

1) 要堅持不懈地加強生態(tài)友好礦區(qū)建設。生態(tài)友好礦區(qū)建設是全省促進煤炭企業(yè)綠色、高效、低碳轉型的首要任務。要大力推廣節(jié)水開采、矸石處理、充填開采、煤氣資源聯(lián)合開采等先進的綠色開采技術。

2) 煤礦企業(yè)必須適應現(xiàn)代化科技創(chuàng)新的發(fā)展并與之相融合。根據(jù)智能化礦井建設相關標準，通過傳感網(wǎng)絡、5G技術、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和云計算等新型技術與傳統(tǒng)礦山進行融合建設智慧礦井，不僅會大幅提高產量、保障安全，也是在新形勢下促使企業(yè)轉型升級的必然選擇。