能源革命视域下山西能源产业发展趋势研究_郭晟熙.pdf

经济师 2023 年第 05 期摘要：能源是人类赖以生存和发展的重要基石，回溯人类历次能源革命，能源的发展始终围绕降本和增效两大主题，每次能源革命都会对区域经济发展格局产生深远影响，而当下以低碳和可再生能源为特征的新一轮能源革命正在展开。山西作为我国典型的资源型地区，是能源大省也是碳排放大省，在国家“双碳”目标约束下，山西面临着保障供应和能源产业转型的双重压力。文章基于能源革命视角，从山西能源产业发展现状和当前存在问题出发，探寻山西能源产业技术迭代和降本增效驱动力，增强山西能源产业发展韧性和稳健性，助力山西能源产业发展。关键词：能源革命碳中和能源产业中图分类号：F207文献标识码：A文章编号：1004-4914（2023）05-121-03山西是我国传统能源大省、碳排放大省，同样也是我国典型的资源型地区。资源型地区的经济转型发展是全球性难题，面对当今人类第三次能源革命，山西的经济转型和产业转型，更是迫在眉睫。国内外发展实践都表明，能源产业是资源型地区发展现代化经济体系的重要支撑和坚实基础。然而，要实现能源产业的转型升级，提高资源型地区现代经济发展的质量与效益，这是一项长期而艰巨的任务。围绕这一关键任务，山西作为全国唯一的资源型经济转型综合改革试验区，承担着党中央从新时代能源战略全局出发赋予的使命，要进一步用好用足能源革命综合改革试点政策，探寻山西能源产业降本增效的驱动力，加快推动构建支撑山西高质量发展的现代能源产业体系，为世界能源革命提供中国模式示范引领样板。一、人类的能源革命之路迄今为止，人类在能源领域一共经历了三次重大变革，其中第一次变革是从植物能源到化石能源的转变，第二次变革是从化石能源到可再生能源的转变，而第三次变革则是从可再生能源到低碳清洁能源的转变。每一次变革都使能源产业格局发生了巨大的变化，为全球发展和人类生产生活带来巨大的变化。第一次能源革命是人类开始学会并掌握人工取火的方式。最初人类只能从自然界中寻找和保存火种，并加以利用。而后随着人类的进化，学会了人工取火技术，使用更为便利，这是人类最初生产生活实践的标志。从此，人类彻底告别了原始的生活方式，开始一步步向文明社会迈进。柴薪类材料因易于从自然界中获取、方便运输和使用、燃烧速度快，而被作为主要能源支持生产生活实践活动，随着其广泛应用，人类开启了植物能源时代。第二次能源革命是化石能源替代植物能源成为新的主导能源。工业革命推动了第二次能源革命，以化石能源取代植物能源，人类由此迈入化石能源时代。这个时代分为煤炭能源和油气能源两个阶段。在煤炭能源阶段，以瓦特改进蒸汽机为标志的 18 世纪中叶的第一次工业革命，蒸汽机的普及使得煤炭的开采规模与效率得到了极大的提高，反过来煤炭资源的大规模开发又助推了蒸汽机的进一步发展，从而加快了人类工业化进程。而此次能源革命与工业革命的结合，让英国成为了“日不落”帝国。在油气能源阶段，人类发明了内燃机并发现了电，这使得第二次能源革命被推向高潮。由于石油具有高热值和高效能的特点，因此内燃机比蒸汽机更为轻便，效率也更高。这对汽车、飞机、轮船等交通运输工具的迅速发展起到了推动作用，也促进了石油化工相关产业的进一步发展。在第二次工业革命中，随着人类对电器产品的依赖日益加深，电力逐渐成为不可或缺的能源，将人类社会推向了石油和天然气的时代。美国是第二次工业革命和能源革命的开创者，其经济得到迅猛发展，最终取代了英国，一跃成为了世界上最大的经济体。第三次能源革命是以可再生能源替代不可再生能源，以低碳清洁能源替代高碳能源。当今世界应对气候变化和能源低碳转型已成为共识，中国的能源产业发展已经进入高质量发展的新阶段，积极构建多元化、低碳化的能源供给体系。“四个革命、一个合作”能源安全新战略，为新时代中国能源产业高质量发展指明了前进方向，开辟了一条有中国特色的能源发展之路。山西是以化石能源产业为主的省份，也是一个碳排放量大的省份，承担着国家能源革命综合改革试点的重任，实现山西能源产业的系统性变革发展，对实现山西乃至全国节能减排、可再生清洁能源利用、能源结构优化等具有重要意义。为此，山西省委在十二届三次全会提出，要以“双碳”目标为指引，深化能源革命，要以新能源和可再生能源的推广应用为重点，以能源转型为倒逼产业，以产业升级带动能源产业升级。二、能源产业发展现状及存在问题山西能源产业是我国现代能源供应体系中的重要枢纽，具有较大的产业潜力，是我国未来能源产业发展的战略重点。但长期以来，由于资源禀赋和能源成本的制约，能源结构一直是以煤为主的高排放化石能源，存在着产业结构偏重、能源结构偏煤的产业形态问题。（一）发展现状1.煤炭与煤层气产业。煤炭是我国一次能源中最经济、最可靠的能源，山西煤炭资源存储量大、分布范围广。党的十八大以来，山西累计生产原煤 98亿吨，占同期全国产量的 1/4，外调 64亿吨，占省际调出量的七成以上，切实有效保障了国家能源安全。同时，山西大力推进煤炭先进产能建设，2022 年山西通过产能置换建设现代化煤矿 286座、增加先进产能 4.85 亿吨/年。与煤炭资源相比，山西煤层气资源在全国占有更大的优势，山西是我国煤层气资源富集程度最高、开发潜力最大的省份之一。山西省煤层气探明储量和产量占全国煤层气储量的 90%以上，煤层气已形成了一条完整的产业链。2022年山西累计抽采煤层气达 96.1 亿立方米，约占全国同期煤层气产量的 83.2%。在煤层气的运输方面，形成了“三纵十一横”的管网结构，这条管网覆盖了整个山西 11 个市 100 个县，总长度达到了 8610 公里，储气调峰能力达到了 4.1亿立方米/年。此外，管网连接实现了区域联动，不仅能够对全省的煤层气进能 源 革 命 视 域 下 山 西 能 源 产 业 发 展 趋 势 研 究郭晟熙区域发展121经济师 2023 年第 05 期行调配，还能够将本省的煤层气输送到周边省份。2.新能源产业和可再生能源产业。山西的可再生能源如太阳能、风能、地热和生物质能都比较丰富。山西属国家四类资源区，其独特的地理位置造就了其风光资源的丰富，其中风能平均发电小时数介于 20002600 小时，风电技术经济可开发量约 4850 万千瓦。太阳能平均发电小时数为 12001600 小时，光伏发电技术经济开发容量约 60000 万千瓦。截至 2022 年底，山西全省地热井共有 457 眼，已开发利用 276 眼，每年实际开采地热水量 1823 万立方米。山西积极推进新能源和可再生能源的开发，致力于发展清洁能源，山西风电、光伏发电等新能源和可再生能源实现跨越式发展。截至 2022 年底，山西省发电总装机 12079.52 万千瓦，其中风电装机2317.81 万千瓦、太阳能装机 1695.71 万千瓦，新能源装机容量占比达 33.23%，风电、光伏已成为山西第二、第三大电源。同时随着山西新能源装机的增加，山西新能源发电量也持续增长。2022 年山西新能源累计发电量达 685.53 亿千瓦时，新能源利用率达 98.6%。（二）存在问题1.保供与转型平衡难度高。2022年，受到全球能源危机的影响，我国的经济结构重化趋势明显，经济发展对化石能源的依赖度不减反增，煤炭在我国能源消费中的比重出现了近 10 年的首次回升，能源消费弹性系数反弹至接近1。我国能源消费总量目前仍在中高速增长，山西作为全国煤炭产量大省，煤炭产量势必要维持高位。新形势下，山西如何平衡保障能源供应与能源产业转型发展，成为一个亟待解决的重要课题。2.新能源和可再生能源发展不足。新能源和可再生能源由于符合保供和转型双重诉求，山西相关产业部署不断提速，风电、光伏项目建设成效突出。尽管新能源和可再生能源产业发展提速对山西改变“一煤独大”的产业格局有正向贡献，但是地热能、氢能、核能等其他新能源和可再生能源的发展依旧不足，对新能源的开发利用程度还不够高。这一现状与经济社会发展需求之间存在较大差距，无法支撑区域经济发展。因此，山西在促进新能源和可再生能源产业转型发展上，仍有较大的发展潜力。3.技术创新能力亟待提高。山西能源产业在核心技术研发方面与国内外先进地区存在差距，山西煤炭化工产业亟待更新提升技术路线和产品结构，储能技术和智能电网技术也相对滞后，储能的使用成本比较高，很难在短时间内达到规模化和推广的目的。在短期内，能源核心技术的进步可能会面临诸多困难，这会阻碍能源利用方式的转变，使能源结构无法及时调整，从而导致产业结构的升级受到阻碍。此外，由于技术的发展可能会遇到一些挑战和不确定性，也可能影响能源利用的效率。因此，为了实现能源利用的高效性，应该采取有效措施来促进技术的进步，以促进能源利用方式的转变和产业结构的升级。三、能源产业降本增效的驱动力山西能源结构调整要有序推进，传统能源产业与新能源产业需要相互协作、多能互补，共同探索能源领域的技术迭代和降本增效驱动力，为山西能源转型发展，提供广阔发展空间的新思路。（一）智慧矿山建设依靠科技进步，实现煤炭安全、高效、智能、绿色开采和清洁高效利用是山西煤炭产业高质量发展的必然趋势。在生产端，智慧矿山技术提升了煤矿的开采效率，降低了煤矿在开采过程中的损耗。智能煤矿是大数据和工业互联网技术在煤炭生产端的应用。智能煤矿指的是以最新的云计算、人工智能等技术为基础，实现矿山生产流程智能化管理的一整套解决方案。矿井生产过程中需重点关注各种生产机电设备及其运行状态，水、瓦斯、顶板等重大危险因素，以及生产操作人员安全，要利用智能煤矿进行全流程全方位的互联互通，实现远距离管控和全流程智能分析，保证矿山实现安全高效运行。智能煤矿对煤炭产业的高质量发展起着重要作用。智能煤矿对于实现煤矿减人增安提效，推动能源产业低碳转型，具有十分重要的意义。智能煤矿将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等与现代煤炭开发利用进行了深度融合，最终形成了全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，实现了煤矿开拓、采掘（剥）、运输、通风、洗选、安全保障、经营管理等流程的智能化运行，切实提高煤矿安全生产水平、保障煤炭稳定供应。矿井的信息化和数字化是煤矿智能化的基础，其建设依赖于众多的传感器，对矿井下的环境、设备以及人员进行实时监测。利用 5G 技术大宽带、广连接和低延时的强大技术优势，结合大数据与云计算的储存解析优势，可以有效促进矿井井下传感网络系统的搭建。将非实时数据上传到云端，通过大数据分析和智能处理技术，将其有效挖掘，并将实时性强的数据下沉至设备端，以减少传输及解算时延，提高数据分析效率，为煤矿智能化运行提供有力支撑，这是传统无线通信和传输技术难以实现的。（二）煤制氢技术在煤炭应用端，煤制氢气技术的发展使二氧化碳排放量减少，为实现煤炭的清洁高效利用提供了有效的技术支持。煤气化是煤制氢的主要技术路线，是指煤在高温常压或加压下，与气化剂反应转化成气体产物。气体产物中氢气的含量随着气化方式的不同而变化，可以利用变压吸附(PSA)技术可将其提纯到燃料电池用氢要求。传统煤制氢技术主要通过固定床、流化床和气流床三种方式进行，合成气体中一氧化碳和二氧化碳等体积分数高达 45%70%。以超临界水煤气化为代表的新型煤制氢技术，利用超临界水（温度374C，压力22.1MPa）作为均相反应媒介，具有高氢气组分、高气化率、低污染等特点。（三）风机大型化在风机的生产成本中，原材料所占的比例在 90%以上，而叶片、变速箱、发电机、变频器、底座、主轴等都是最主要的原材料。以国际可再生能源局的数据为依据，风力发电整机成本主要由叶片、齿轮箱和发电机构成。其中，叶片占比为 24%，齿轮箱占比为 19%，发电机占比为 7%，三者合计占比达 40%。风机大型化是风电行业发展的必然趋势，其大型化能够有效地降低风电场的运行成本，而大型化能够增加发电量，摊薄初期投资费用，并在此基础上进一步降低了对风速的需求，增加了发电时数，从而有效地提高了风力资源的利用率，提高了风电项目的总体经济性。风机大型化的经济效益来自成本和效益的平衡。风机供应链的迅速成熟、技术的更新换代、风力机单位功