煤炭是人类文明发展的重要推动力。曾几何时，这种被称之为“乌金”的能源象征着取之不尽的财富，拥有煤炭资源的城市通过资源开采迅速积累财富，然而采矿和煤炭工业带来的大气污染、生态破坏为人类对自然界的无度发掘敲响警钟，各国纷纷出台政策，寻求更加清洁的能源以削减煤炭的使用量。京都议定书之后，尽快减少使用化石能源以应对全球变暖成为了世界各国的共识，一时间煤炭消费背负起温室气体排放的原罪，全球去煤炭化的声音不绝于耳。煤炭作为我国能源产业的主体，关系着我国能源安全稳定的重大战略。煤炭产业发展策略十分重要且复杂，融合了政治经济、科技发展、产业变革、地区稳定乃至社会民生的方方面面。当今世界政治格局动荡，能源发展外部环境更加复杂多变，国家能源安全战略提升至前所未有的高度。与此同时，全球数字产业高速发展，数字科技风起云涌，在全球能源体系变革与我国双碳目标的双重背景下，煤炭产业发展已悄然进入下半场。
煤炭作为燃料的历史，可追溯至穴居人的时代。随着科技的发展，煤炭在工业革命中满足了人们对于高效能源的需求，逐渐成为了能源的主体。十八世纪，煤炭作为能源供给的主角推动了第一次工业革命。随着燃煤发电的大规模兴起，作为全球电力的重要来源，煤炭在人类现代物质文明的历史进程中始终扮演着非常重要的角色。随着世界各国对全球气候变暖的认识逐渐加深，气候目标也成了全人类命运与共的重要课题。削减以煤炭为主的化石能源消费，是达成气候目标的必要途径。世界各国正以前所未有的决心为之付出实践，与时间表赛跑。
全球煤炭消费短期平稳，长期减量
据国际能源署（以下简称“IEA”）数据显示， 2020 年全球煤炭消费量下降了 4%，为二战以来的最大降幅，2021 年，受美国和欧洲天燃气价格上涨以及中国经济持续增长等多种因素作用，全球煤炭消费量强势反弹，其中燃煤发电消费占比较大。据 IEA 估计，2021 年全球煤炭发电量增长将超 9%，总量创历史新高[1]。整体来看，美国、欧盟等发达经济体将逐渐削减煤炭消费，中国和印度占全球煤炭消费总量的约三分之二，是亚洲地区主要消费国，根据规划，中国的煤炭消费总量将在短期内维持现状，印度方面则预计有约 4% 的消费增长，鉴于煤炭在能源及工业领域的地位短期难以替代，全球煤炭消费将在 2022 年继续增长，并维持高位至 2024 年。
发达经济体燃煤电厂逐渐退出，亚洲成为煤电主战场
实现 2050 年全球净零排放以将全球升温幅度控制在 1.5～2 摄氏度以内是《巴黎协定》达成的全球共识。全球在运行的燃煤电厂约 8500 座，发电能力超 2000 吉瓦，提供了全球三分之一以上的电力。另一方面，燃煤电厂的温室气体排放量占全球温室气体排放总量的约五分之一，作为单体排放量最大的二氧化碳排放源，燃煤电厂减碳对全球气候目标达成至关重要。
在 IEA《世界能源展望2021》中所设定的 2050 净零情景中，发达经济体应当在 2030 年彻底关闭燃煤电厂。自 2015 年巴黎协定以来，已有21个国家承诺在 2021 年至 2040 年间逐步淘汰燃煤电厂，其中澳大利亚、比利时、瑞典几个国家已经在 2020 年前完成了燃煤发电的退出。不过从退出的体量看，这些国家合计仅占到了全球燃煤发电量的 4.1%，此外在这 21 个国家当中有 14 个国家的燃煤电力来源不足 10%，煤电退出后能源需求替代的难度相对较低[2]。
世界上现存的燃煤发电厂大多位于新兴和发展中经济体，此外全球正在开发的新燃煤电厂中，近90%都位于新兴和发展中经济体，其中大部分位于亚洲。另据IEA数据，亚洲各地的燃煤电厂平均“年龄”为13年，相比于燃煤电厂平均40～50年的寿命来讲，亚洲电厂尚处青壮年，相比之下，大多数发达经济体的燃煤电厂处于中老年甚至接近退休的年龄[3]。燃煤电厂的关停，不仅涉及能源安全替代和财务挑战，因煤电及煤矿的快速关闭引发的失业等社会问题也需要当局者妥善处置。此外废弃和受污染矿区的治理处置工作也至关重要，如放任不管，矿区在关闭后数十年内仍将继续排放逸散性甲烷，从而大大加剧全球变暖。因此，煤电乃至煤炭的退出虽具有历史必然性，但牵涉经济发展、社会稳定乃至生态文明的方方面面，是个复杂性的工程，牵一发而动全身，应基于每个国家不同的资源禀赋和特殊现状统筹谋划，才能够确保煤炭这种传统能源和资源，退出则安全有序，保留则绿色可持续。
中国煤炭产业牵动全球神经
中国的煤炭消费总量占全球煤炭消费总量的一半以上，同时中国也是世界上最大的煤炭生产国和进口国，供需失衡导致的国内价格波动将立即影响国际市场，在全球市场中占有绝对重要地位。于此同时，中国的二氧化碳排放总量约占全球的四分之一，其中一半以上由煤炭相关的生产消费活动产生。在此背景下，我国提出的 “二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和”目标，充分展示出了中国在应对气候变化问题上的大国担当，也体现出了中国构建全球命运共同体的基本理念与决心。
众多研究显示，目前世界各国的减排政策落实效果并不乐观，按照目前的节奏，将升温幅度控制在1.5度的目标将很难实现。各国专家表现出了担忧情绪。在此情景下，全球低碳的目光望向中国，中国的煤炭产业将何去何从，亦牵动着世界的神经。
我国二氧化碳排放历史的演进变化
自 1980 年以来，中国 GDP 扩张超过 30 倍，高速工业化和城市化进程是中国经济转型的主要动力。作为“世界工厂”，中国占世界工业产值增加值的四分之一，水泥和钢铁占世界总产量的一半以上。但与此同时，中国也是目前世界上最大的温室气体(GHGs)排放国，下图展示了自 1990 年以来我国二氧化碳排放总量的变化趋势，可见 2005 年至 2019 年二氧化碳年度总排放量增长近一倍。
图1 1990～2019年我国二氧化碳排放总量/Mt *
*注：图1数据来源IEA（国际能源署），由清华大学互联网产业研究院整理作图
尽管面对严峻的减排形势，长期以来中国始终高度重视气候变化应对，积极参与全球治理，坚持绿色循环低碳发展。与 2005 年相比，2019 年的单位 GDP 碳排放下降了 48%，相当于减少二氧化碳排放约 56.2 亿吨，相应减少二氧化硫约 1192 万吨、氮氧化物约 1130 万吨，提前实现了 2015 年提出的碳排放强度下降 40%-45% 的目标[4]。2020 年中国能源消费总量较上年增加 2.1%，与过去十年年均 3.8% 的增幅相比有所降低，碳排放总量接近 100 亿吨，占全球碳排放份额的 31%，但碳排放强度降低 1%[5]。未来四十年，以“碳达峰碳中和”为约束性目标，中国将面临总量大、时间短的巨大挑战，同时也将是中国应对全球气候变化，发展绿色低碳经济、引领全球绿色发展的重大机遇。
煤炭生产消费环节的二氧化碳排放
数据显示，我国自上世纪 90 年代以来各行业二氧化碳排放持续增高，其中能源行业（电力、热能生产）与工业生产占到了二氧化碳排放总量的 80% 以上。能源行业二氧化碳排放量的 70% 来自于煤炭，仅燃煤热电厂本身的碳排放量就超过中国碳排放总量的 45%。工业作为我国二氧化碳排放的第二大来源，2020 年约占全国碳排放总量的 35%，其主要来源也是煤炭[6] 。因此煤炭产业转型降碳是实现双碳目标的重中之重。
图2 分行业二氧化碳排放量/Mt *
*注：图2数据来源IEA（国际能源署），由清华大学互联网产业研究院整理作图
图3 2000-2020年中国一次能源消费情况*
总体目标约束
2021 年 9 至 10 月，中共中央、国务院印发了《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》（以下简称《意见》）及《2030年前碳达峰行动方案》，就确保如期实现碳达峰、碳中和作出全面部署，进一步明确了我国实现“碳达峰、碳中和” 重大战略决策的总体要求和主要目标[7,8]。下图以几个重要时间为节点整理了能源相关的主要指标：
图4 碳达峰碳中和主要目标*
*注：图4为根据中共中央 国务院《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》内容，由清华大学互联网产业研究院整理作图
此外，2022 年 3 月发改委能源局下发的《“十四五”现代能源体系规划》（以下简称“规划”）当中进一步明确：“十四五”期间为充分确保能源安全，到2025 年，国内能源年综合生产能力要达到 46 亿吨标准煤以上，比 2020 年一次能源生产量 40.8 亿吨标准煤提升 12.7%；到 2025 年，发电装机总容量达到约 30 亿千瓦，较 2020 年 22 亿千瓦时提升 36%。规划同时提出“十四五”期间，要显著促进能源低碳转型，实现单位 GDP 二氧化碳排放五年累计下降 18%；并实现能源系统效率大幅提高，实现单位 GDP 二氧化碳能耗五年累计下降 13.5%[9]。一方面要保证能源供给侧总量提升，另一方面要实现碳排放双控，看似矛盾的目标下，实则是我国能源转型大背景下的必然要求，那么煤炭产业该如何把控进与退的节奏呢？
立足国情，先立后破，爬行钉住
就清洁能源替代传统能源的节奏问题，重庆市原市长黄奇帆曾提出过如下思想，“在能源结构调整过程中，清洁能源上多少，传统能源退多少，要有个比例关系，操作中不能太激进。要按照爬行钉住加保留安全冗余的原则推动清洁替代”。该思想与今年两会期间习近平总书记在参加内蒙古代表团审议的发言时，针对未来煤炭产业的定位与发展提出的“先立后破”的思想[10]总体一致。这就为煤炭退出定了一个基调，不激进亦不消极，要以确保国家能源安全为基本准则，使煤炭安全有序退出，推动煤炭产业清洁低碳高质量发展，构建绿色发展新格局。
技术革命为煤炭产业开辟新路径
随着我国新能源技术的高速发展，风光水电核等新能源将逐步替代煤电的主体能源地位。在能源供给侧，煤电将主要作为调峰工具，耦合新能源发展，确保我国能源供给安全稳定，逐步实现我国经济增长与煤炭消费脱钩。在新能源将逐步成为电力主体的总体趋势下，煤炭也将在能源格局的重塑中实现定位调整与角色切换。根据国家宏观政策规划及技术发展趋势，未来煤炭产业发展将在以下几方面寻求发力：
从国家总的能源战略来讲，我们讲去煤炭并非简单意义的去煤电。关于这个问题，我国国家能源局发展规划司司长李福龙在 2019 年答美国记者提问的时候曾回答：“我们始终把提高煤电占煤炭消费总量当中的比重，同时压减散煤的消费作为煤炭减量的一个重要措施。”[11]与简单关停相反，这意味着我国煤电要实现优质清洁高效资产的替代。中国在“十三五”期间淘汰了 2000 万千瓦落后的煤电机组，按照《规划》， “十四五”期间，我国将再有序淘汰煤电落后产能（含到期退役机组）3000 万千瓦，并大力推进清洁高效的煤电机组，包括超临界、超超临界，容量大、能效高、污染排放少的机组。
据能源局数据，我国火电已实现了 80% 比例的超低排放，在此基础上，通过高效部署二氧化碳捕集利用与封存（以下简称：CCUS）技术，收集利用 90% 以上的二氧化碳，将是燃煤电厂实现低碳甚至零碳的必要途径。中国目前的装机容量中，到 2050 年仍将有大约 9 亿千瓦在运行。CCUS 技术的部署有助于充分利用现有煤电机组，适当保留煤电产能，避免一部分煤电资产提前退役导致资源浪费[12]。
现代煤化工是以煤炭为主要原料、以生产清洁能源和化工产品为主要目标的现代化煤炭加工转化产业。我国目前的化工品生产制造工艺主要以石油化工为主。从化学结构上来讲，煤炭具有高碳属性，其碳氢原子比要高于于石油数倍，因此煤制甲醇、烯烃、乙二醇等化工品工艺过程中，将会有大量的碳以二氧化碳的形式产生。研究显示，出于自身结构及反应过程，消费 1 吨煤将产生 2-3 吨以上的二氧化碳，从原理上讲，该排放量不可避免。但同时，现代煤化工产业的碳排放具有浓度高、排放集中的优势，为二氧化碳的捕集与封存创造了良好的条件，未来随着 CCUS 技术的日益成熟，将为现代煤化工带来更广阔的发展空间。与此同时，随着碳市场推进的不断深入，将会有更多行业纳入碳减排市场，通过市场机制与技术创新共同推动煤化工产业低碳绿色发展[13]。
氢能与清洁电力均为可再生的二次能源，在全球范围内均作未来能源的重要载体，是能源体系脱碳的主要途径。从目前氢的来源看，可分为灰氢、蓝氢和绿氢三种，灰氢主要由化石能源制取氢气，制氢过程排放二氧化碳等温室气体，是目前氢气来源等主要方式；蓝氢采用化石能源制氢+碳捕集与封存技术（以下简称：CCS），过程二氧化碳排放清洁可控；绿氢是由核能、可再生能源通过电解水等手段获取的氢气，制氢过程无温室气体排放，是目前最为理想的制氢方式[14]。
据中国氢能联盟数据显示，预计到 2030 年和 2050 年，氢的需求量将分别达到 3500 万吨和 6000 万吨，终端能源占比分别达到 5% 和 10% 以上。受制于可再生能源成本以及电解器技术限制，绿氢目前还不具备大规模发展的条件，难以满足短期氢能市场需求。鉴于未来全产业纳入碳市场的整体趋势，蓝氢将作为短期内市场的过渡，一方面能够及时满足市场需求，另一方面也可应对碳排放的压力[15]。煤制氢深度耦合 CCS 技术，通过技术革新降低过程成本，确保碳排放达标，过程安全可控，将是煤炭与氢的未来出路之一。
在我国日前发布的《“十四五”现代能源体系规划》中明确提出：要“加快能源产业数字化智能化升级”。积极建设“智能化煤矿”，开展“煤矿智能化高效开采、智能化选煤、矿山物联网、危险岗位机器人替代等示范应用”。数字技术作为技术创新发展的新引擎，将通过与能源产业的深度融合，赋能传统能源领域，充分利用数据要素，构建数字产业生态，推动能源数字经济发展,促进能源发数字化转型。
相比于前述单一领域的负碳技术应用，大数据、云计算、物联网、人工智能、数字孪生等数字技术可以为传统场景构建一整套数字解决方案，通过产业全流程的优化创新，实现全过程减碳，从全新的视角去破解煤炭产业的高碳谜题。比如在煤炭勘探方面，可采用现代数据管理技术和可视化模拟描绘煤炭储层的新工具进行地质建模，以更好地评估煤炭储量及品质；在煤炭的开采环节，采用低成本传感器和计算机辅助模拟结合有助于优化煤炭供应链的流程，显著降低运营成本；在运输和洗煤环节，应用远程遥控设备以及无人驾驶卡车、铲车是重点发展趋势，以大大提高生产力并改善安全性能；在预测及维护方面， 数字化技术还可以通过传感器和数据分析开展设备维护工作，进而提高设备的可用性，运行性能并降低成本[16]。可以说，在煤炭产业数智化转型方面，中国比世界上其他国家拥有更完备的基础和先决条件。通过数字技术赋能煤炭全产业链，是实现煤炭产业数字化的重要途径，为产业发展带来新机遇。
双碳目标是约束也是契机，将倒逼我国实现能源结构、产业结构、生态结构发生一系列重大转型。煤炭作为我国资源禀赋最高的基础能源，是我国能源安全的“稳定器”和“压舱石”，煤炭产业发展，关乎我国能源安全战略，也关乎中国双碳目标的兑现，牵动全世界的神经。探索全产业链的数智化发展，构建高质量发展的新格局，实现煤炭产业绿色低碳可持续发展的“后煤炭”时代，我们拭目以待。
参考资料：
[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] 项目综合报告编写组. 《中国长期低碳发展战略与转型路径研究》综合报告[J]. 中国人口-资源与环境,2020，30（11）：1-25.
[5] BP.《BP世界能源统计年鉴》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 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见. 中国政府网[引用日期2021-10-21].
[8] 国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知. 中国政府网[引用日期2021-10-26].
[9] “十四五”现代能源体系规划. 发改委官网[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，而不能够未立先破”——从全国两会看正确认识和把握“双碳”目标. https://t.ynet.cn/baijia/32322513.html
[11] 章建华、李福龙回应“为什么中国还在新建燃煤电厂？”. https://news.bjx.com.cn/html/20190923/1008689.shtml
[12] 生态环境部 规划研究院等.中国二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）年度报告(2021) ——中国CCUS路径研究[R].
[13] 现代煤化工：何去何从，谁主沉浮.https://www.sohu.com/a/491548940_120231598
[14] 平安证券.副产氢已占先机，绿氢有望新开局[R].
[15] 德勤.“能源的未来“系列刊物——为碳中和-创造可行的氢经济[R].
[16] 国际能源署（IEA）.数字化与能源[M]. 北京:科学出版社，2019:1-107 .
