刘新杰，山东东明县人，博士，高级工程师。现工作于北京低碳清洁能源研究院煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室。主要从事煤矿绿色开采及源头减损工作，提出科学定“量”（工作面）、绿色提质（地表减沉）理念，通过监测西部矿区十多个矿井近二十个工作面的采动地表联动响应，提出工作面开采尺寸效应和极限工作面计算方法，揭示减沉调控机制和主动优化方法，助力采动环境零影响或正效应。主持和参与国家级、省部级和企业级科研项目10余项，获国家能源局二等奖1项，绿色矿山一等奖1项，发表SCI、EI和核心期刊论文25篇，授权发明专利8项，主编及参编行业标准2项。兼任《矿业安全与环保》青年专家学术委员会委员，中国矿业大学（北京）、贵州大学矿业工程专业校外硕士导师。

主要内容

1  能源生产结构分析

     2021年, 我国一次能源生产总量43.3亿t标准煤, 其中煤炭生产41.3亿t, 原煤占一次能源生产总量的67.0%；原油生产量1.989亿t, 占一次能源生产总量的6.6%；天然气生产量2 075.8亿m3, 占一次能源生产总量的6.1%；发电量85 342.5 TW · h, 一次电力及其他能源占一次能源生产总量的20.3%。能源革命就是一次电力及其他能源有序替代煤炭的过程, 预计2055年实现煤电比重置换, 如图 1所示。

图  1  一次能源生产总量比重及趋势变化(国家统计局: 一次能源生产总量)

        2002—2021年，煤炭生产总量平均占据一次能源的73.7%, 但随着煤电革命发展, 煤炭主体能源地位逐步向主要能源过渡, 部分煤炭逐次由新能源替代；2012—2021年，煤炭平均比重占据一次能源的71.0%, 预计2022—2031年其平均比重占据一次能源的62.0%, 2032—2041年平均比重占据一次能源的51.5%, 2032—2051年平均比重占据一次能源的37.2%, 2055年之后煤炭占比维持在20%~30%, 届时基本完成煤炭改革目标。

2   能源生产安全分析

     自给率是自我供给能力的体现, 是能源安全的方向标。近10年我国能源总量自给率始终保持在80%以上, 如图 2所示。2021年, 我国能源生产总量为43.3亿t标准煤, 消费总量52.4亿t标准煤, 自给率为83%。

图  2  中国能源生产自给率(国家统计局: 一次能源生产总量、能源消费总量)

      原煤和电力及其他能源供给一直高于平均自给率87.1%。近10年, 原煤平均自给率为0.93, 原油平均自给率为0.35, 天然气平均自给率为0.64, 电力及其他能源平均自给率为1。结合能源生产结构比重(煤炭71%), 发现煤炭依然是国家能源安全的保障, 充分发挥着能源安全压舱石和稳定器作用。同时, 煤炭生产根据国家需求产能可增可减, 如276工作日[14]、煤制油、煤制烯烃、煤制气、煤制乙二醇等项目[15]的实施, 均以不同方式、不同层次发挥战略主动可控作用。预计2040年以前煤炭始终是国家主体能源, 发挥能源安全压舱石作用; 2040年以后煤炭转变为主要能源, 发挥安全兜底保障作用。

3   煤电共生分析

      在我国, 能源问题的核心就是煤电问题, 煤电主要涉及两方面内容：一是煤炭和电力生产问题；二是煤炭发电问题。煤炭主导着能源革命的前半场, 电力主导着能源革命的后半场, 煤和电关乎着能源安全和双碳目标的实现。设定火电比重三分之一保证电力稳定, 即(0.3×8.8 TW · h)火力发电需煤炭7亿t；煤炭工业消费需6亿t、供热和炼焦消费8亿t。因此以煤电7亿t和煤炭产量21亿t为目标需求进行回归分析, 考虑需求波动[16]，其发展走势如图 3所示。

       图  3  煤炭生产及煤电走势(国家统计局: 煤炭平衡表)

近20年来我国煤炭生产量平均增速为13%, 于2022年达到峰值45.6亿t, 以10年周期为单位来看, 2002—2011年煤炭平均年产量26亿t, 2012—2021年平均年产量38亿t, 预计2022—2031年平均年产量40亿t, 2032—2041年平均年产量33亿t, 2042—2051年平均年产量27亿t, 2052—2061年平均年产量22亿t。煤电革命意味着未来35年清洁电力将有序替代20亿t煤炭产能。

我国电能生产主要来自于火力发电、水力发电及核电、风电、太阳能发电。2002—2021年电能生产总量的73%来自于火力发电, 18%来自于水力发电, 9%来自于其他。煤炭消费的主要去向是火力发电, 2002—2011年平均每年12.2亿t煤炭用于火力发电, 占煤炭产量的47%；2012—2021年平均每年19.3亿t煤炭用于火力发电, 占煤炭产量的51%。

煤电是互生共存体, 煤电革命是实现双碳目标的关键。煤电革命路径就是提高清洁电力(水电、核电、风电、太阳能发电)比重, 推进以电代煤, 有序做好煤炭减量替代, 降低火电比重和煤炭用量。预计2060年煤炭产量稳定在20亿~25亿t, 其中每年5亿~10亿t煤用于火力发电, 火电比重降至20%~30%, 清洁电力比重升至70%~80%, 基本实现火电与清洁电力比重的转换。

4  煤炭价格竞争优势

      2022年, 全国发电装机容量25.6亿kW，发电量88 487.1亿kW · h。其中：火电装机容量13.3亿kW，发电量58 887.9亿kW · h；水电装机容量4.1亿kW，发电量13 522.0亿kW · h；核电装机容量0.6亿kW，发电量4 177.8亿kW · h；并网风电装机容量3.7亿kW，发电量7 626.7亿kW · h；并网太阳能发电装机容量3.9亿kW，发电量4 272.7亿kW · h。各类电力装机容量占比(装机容量/总装机容量)和发电贡献率(发电量/总发电量)如图 4所示。

图  4  电力装机容量占比及电量贡献率(国家统计局: 2022年国民经济和社会发展统计公报)

2022年, 全国6 000 kW及以上电厂发电设备利用时间3 687 h, 从装机容量和发电量来看, 当前仍以火电为主, 其装机容量占比52%, 发电贡献率66.5%, 比重均在半数以上, 且发电贡献率高于装机容量占比, 表明火力发电安全可靠, 效率高, 在电力保供中占据主体地位。水电和核电对水的依赖性较强, 贡献率较高, 是较好的补充能源, 未来其占比将会得到提升, 其中核电发展空间很大。2022年可再生能源发电装机容量突破10亿kW, 占总发电装机容量的47.9%, 其中水电、风电、光伏发电装机容量均超3亿kW, 均居世界第一。但因为风能、太阳能等新能源“靠天吃饭”, 具有波动性和间歇性, 装机年利用时间不足100 d, 其发电贡献率明显低于装机容量占比, 利用时间有待提高[17-19]。

未来能源形式以电为主, 电力成本是市场竞争力的直接体现。当前煤炭产量一半用于发电, 燃煤电厂主要变动成本是煤炭成本。目前火力发电煤耗为280~300 g/(kW · h), 平均1 t煤可发电3 333~ 3 571 kW · h, 假定电价为0.2元/(kW · h), 其煤电价值可达666~714元, 高于电煤指导价500~570元。反过来计算, 神东煤炭公司开采成本不足200元/t, 折算煤电成本仅有0.056~0.06元/(kW · h), 可见煤电价格竞争优势明显。

5   构建现代能源体系

      “十四五”规划和2035年远景目标纲要[20]提出, 推进能源革命, 建设清洁低碳、安全高效的能源体系, 提高能源供给保障能力。加快发展非化石能源, 坚持集中式和分布式并举, 大力提升风电、光伏发电规模, 加快发展东中部分布式能源, 有序发展海上风电, 加快西南水电基地建设, 安全稳妥推动沿海核电建设, 建设九大多能互补的清洁能源基地。

西北火电: 我国煤炭资源丰富, 亿吨级产煤省(自治区)有山西、内蒙古、陕西、贵州、新疆、河南、安徽7个, 具备能源输出能力的是内蒙古、山西、陕西和新疆四省(自治区), 为发挥多能互补一体优势, 在晋陕蒙新四省布局3个火电能源基地, 实施西电东输战略。2022年供电标准煤耗301.5 g/(kW · h), 设备年利用时间4 379 h, 预计2060年煤电用煤量5亿~10亿t, 火力发电量占比25%~30%。届时煤电实现超低排放, 煤电机组达到与天然气发电相当的排放水平。

西南水电: 以西南地区黄河流域、长江流域和珠江流域主要河流为重点, 加快西南水电基地建设, 有序推进流域大型水电基地建设。2022年水电贡献率15.3%, 设备年利用时间3 412 h, 预计2060年发电量贡献率占比可达20%。

沿海核电: 2022年, 我国大陆地区共有在建和运行核电机组77台, 其中运行机组54台, 主要分布在山东、江苏、浙江、福建、广东、广西、海南等沿海地区。2022年核电贡献率4.7%, 设备利用时间7 616 h, 年平均运行时间317 d, 预计2035年, 核能发电量在我国电力结构中占比将达到10%左右, 到2060年, 核能发电量在电力结构中的占比达到20%左右。

海陆风光电：我国海岸线长约18 000 km，风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量约2.5亿kW(陆地上离地10 m高度计算)，海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW。海上风电布局与核电相似，沿海岸线建设；陆上风电、太阳能分布于九大清洁能源基地，加快推进以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地建设，打造“风光同场”一体化开发模式。2022年风电装机容量为3.7亿kW，装机容量世界第一，其中陆上风电3.4亿kW、海上风电0.3亿kW，预计2060年风力发电量占比达到20%。并网太阳能发电装机容量3.9亿kW，全国光伏开发潜力超过35亿kW，预计2060年太阳能发电量占比达到10%。

1) 煤炭是我国的主体能源, 也是能源保供不可或缺的主要能源, 具备安全经济、战略主动可控和兜底保障作用。

2) 我国双碳目标的核心是煤电革命, 煤电革命就是有序发展清洁电力, 做好煤炭减量替代, 构建火电和清洁电力(水电、核电、风电和太阳能)比重结构为3∶7的新型能源体系。

3) 2060年, 预计我国煤炭产量合理产能20亿~25亿t, 约四分之一产量用于煤电(5亿~10亿t), 发挥基础调峰和应急备用功能。