黃河流域能源企業高質量發展面臨的挑戰與轉型途徑

李秋白，劉 濤，王 圣，趙秀勇,2，柏 源，潘 超，李 輝,2

(1. 國家能源集團科學技術研究院有限公司清潔高效燃煤發電與污染控制國家重點實驗室，江蘇省南京市，210023；2. 國電環境保護研究院有限公司國家環境保護大氣物理模擬與污染物控制重點實驗室，江蘇省南京市，210031)

近年來，習近平總書記對黃河流域有關省、自治區生態環境和經濟發展情況進行了多次考察，就加強黃河流域生態文明建設、推動綠色發展作出系列重要論述。2019年9月，黃河流域生態保護和高質量發展上升為國家重大戰略[1]，堅持生態優先、綠色發展，促進全流域高質量發展。

黃河流域是確保國家生態安全、能源安全、糧食安全的戰略重地，也是能源產業發展最為集中的區域，蘊藏全國一半以上化石能源儲量，風能、太陽能等清潔能源豐富，是重要的能源、化工、原材料和基礎工業基地[2-6]。由于特殊的自然資源特征、區位條件等因素，長期以來在資源拉動、粗放開發的發展模式下，形成了黃河流域尤其是黃河中上游區域以礦業、能源、重化工等為支柱的產業結構，原本脆弱、敏感的生態系統遭受威脅，生態環境問題日益突出[7-10]。黃河流域能源產業的高質量發展是實現全流域高質量發展的關鍵，同時也為流域內大型能源企業探索在新形勢下的轉型發展帶來前所未有的重要機遇和挑戰。

1 區域能源產業與生態環?，F狀

1.1 能源結構特點

能源是國民經濟和社會發展的重要基礎，能源安全是關系國家經濟社會發展全局性、戰略性的問題，對國家繁榮發展、人民生活改善、社會長治久安至關重要?！案幻?、貧油、少氣”是我國能源結構的基本特征。黃河流經青海、四川、甘肅、寧夏、內蒙古、陜西、山西、河南、山東9個省(區)，除四川以外(下文均不含四川)的8個省(區)集中了全國約80%原煤產能和產量[11]，以及1/3以上的火電裝機容量和發電量，煤炭消費量約占全國總消費量的1/2，其中約42.5%的電煤消費比例較全國平均水平高約5個百分點[12]，煤基能源、電力產業在黃河流域相關省(區)產業結構和經濟發展中起著支柱性作用。

表1 黃河流域相關省(區)煤炭產銷情況與電力結構

1.2 生態環保形勢

當前我國生態文明建設仍處于壓力疊加、負重前行的關鍵期，最突出的是“三個沒有根本改變”，即以重化工為主的產業結構、以煤為主的能源結構和以公路貨運為主的運輸結構沒有根本改變，污染排放和生態保護的嚴峻形勢沒有根本改變，生態環境事件多發頻發的高風險態勢沒有根本改變[15]。黃河流域尤其如此，生態環境綜合治理體系中山水林田湖草沙冰全要素齊聚，高強度的能源產業發展嚴重威脅全流域生態安全。

(1)水資源問題突出。黃河流域人均水資源量不到全國平均的65%，用水結構和方式不合理，能源、化工等高耗水行業與農業用水需求沖突明顯，經濟發展與生態爭水矛盾突出，流域生態修復用水難以保障，節約用水仍有較大空間[16-17]。

(2)環境污染嚴重。黃河流域能源基地集中，產業結構和布局不盡合理[9]，高能耗、高污染企業較多，對黃河干流及其主要支流水環境造成較大威脅，汾渭平原、陜西關中、山西中北部、中原城市群等成為我國大氣污染突出的重點區域。

(3)部分地區生態退化嚴重。黃河流域大規模的能源開發、點多面廣的煤炭礦山對生態環境造成了較大脅迫[7]，天然草地退化嚴重，水土流失問題尚未根本解決，黃河“幾字灣”地區部分煤炭礦區與重要生態保護空間重疊面積仍在增加[8]，歷史遺留與新生破壞問題不斷累積，成為流域區域生態保護與高質量發展的最大制約。

黃河以有限的水資源和脆弱的生態系統，支撐全流域多年來高資源消耗、高污染排放的發展模式，已不堪重負、難以為繼。如不能根本轉變經濟發展方式和強化生態保護治理，黃河流域將面臨整體性、系統性生態退化的風險。

2 黃河流域高質量發展面臨的挑戰

推動黃河流域生態保護和高質量發展是以習近平同志為核心的黨中央作出的重大決策。當前階段，黃河流域生態脆弱的本底仍未改變，產業偏重、低質低效問題突出，傳統產業轉型升級步伐滯后，內生動力不足，尤其在新發展階段、新發展格局背景下，黃河流域作為高質量發展的重要實驗區，生態保護和綠色發展的要求對區域內能源產業轉型升級提出重大挑戰，可概括為急需解決的三大問題，即煤炭資源往哪里去？清潔能源從哪里來？能源開發利用過程中生態環保工作怎么做？

2.1 煤炭資源往哪里去

2021年下半年，全球能源供應出現緊張局面，隨后我國也出現能源供應偏緊形勢，2022年以來，受國際形勢的影響，全球能源市場不確定性因素進一步加劇。李克強總理在國家能源委員會會議上指出“能源安全事關發展安全、國家安全，供給短缺就是最大的能源不安全”，習近平總書記更是多次強調“能源的飯碗必須端在自己手里”。

最近鄰距離分析是用來分析點數據空間分布熱點區域的方法，經常使用最近鄰指數（Nearest Neighbor Index,NNI）對商業網點的空間分布進行分析，查看其是不是屬于集聚型分布。然后再使用最近鄰層次聚類分析法來對熱點聚集區進行研究，從而能獲得不同層次的集聚區[7]。用平均最近鄰指數判斷商業網點的空間分布是否集聚，近鄰指數小于1，主要呈現集聚分布；反之，指數大于1，則分布模式趨向分散。指數越小，集聚程度越大。最近鄰指數計算公式見參考文獻[8]。

煤炭作為我國的基礎能源和重要原料，為我國經濟社會發展做出了歷史性貢獻?！半p碳”目標背景下，中共中央、國務院先后印發《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》《關于印發2030年前碳達峰行動方案的通知》，著重強調安全降碳，指出要立足國情實際、立足我國富煤貧油少氣的能源資源稟賦[18]。據多家權威機構和專家學者預測[19-21]，“十四五”期間我國煤炭消費仍將處于高位平臺期，到2030年煤炭需求量仍將在40億t量級，占全國一次能源消費總量45%以上，今后較長時間內煤炭作為我國主體能源的地位不會改變，仍是我國能源安全穩定供應的穩定器、壓艙石。

煤炭作為我國基礎性能源，要著力提升其清潔高效利用水平。經過100多年的發展，火力發電的能源利用效率已顯著高于化石能源的其他利用方式。目前我國已建成了世界最大的清潔煤電供應體系[22]，截至2021年底，我國實現常規污染物超低排放的煤電機組超過10億kW，占到煤電裝機容量的90%以上，煤電排放的煙塵、氮氧化物、二氧化硫等大氣污染物不到全社會總量的10%，全國平均發電及電站供熱總效率達46%以上，較世界平均水平高出約5個百分點。因此，煤炭集中用于電力轉化是當前技術水平下最高效、最經濟和最清潔的利用方式。但相較于德國、美國等發達國家高達80%、90%以上的電力用煤集中度，我國煤炭消費集中度還有較大的差距，電煤占煤炭消費總量的比例長期處于50%以下[12,19]。未來煤炭消費進一步向發電集中是充分發揮煤炭基礎能源、保障能源供應安全、提升整體清潔高效利用水平的重要途徑。

作為重要原料，要充分發揮煤炭的優質資源屬性?；ぎa業是國民經濟中的另一項基礎性產業，能源與化工關系密切，化石燃料及其衍生產品既是能源，也是化學工業的重要原料。當今世界化工產業石油化工占據主導地位，而我國石油資源匱乏，對外依賴程度高達70%以上[21,23]，受到多方面嚴重制約。因而，發展煤化工將緩解化工原料的不足，瞄準突破煤制醇醚、煤制烯烴和煤制油等現代煤化工卡脖子關鍵核心技術，探索煤化工與新能源、生物技術等耦合利用技術，開發高端特種化工產品等，可對支撐化工產業安全穩定健康發展起到重要保障作用，也是確保國家能源安全的重要路徑。2020年，全國煤化工行業共消費煤炭9.3億t，約占全國煤炭消費總量的23%[24]，扣除制焦耗煤部分還有約3億t，其中煤制甲醇、烯烴與煤制油、煤制氣共耗煤約2.1億t，2021年不含制焦的煤化工用煤量略增至3.1億t[25]，增長貢獻主要來自國際油價強周期帶動下煤制油耗煤量的增加。由此可見以煤替油的規模遠不足以彌補我國當前對石油需求的缺口，煤化工產業潛力巨大、大有前途，是我國充分利用資源優勢，合理開發使用煤炭資源，有效降低石油對外依存度的重要途徑。

2.2 清潔能源從哪里來

能源綠色低碳轉型是一項系統工程，不可能一蹴而就。能源轉型要堅定不移以生態優先、綠色發展為導向，在降碳的同時要確保能源安全、產業鏈供應鏈安全和保障群眾正常生活，先立后破，不能脫離實際、急于求成。電力是能源的重要轉化形式，是清潔的二次能源，電氣化率是衡量能源結構清潔化水平的重要指標。黃河流域是我國的“能源流域”，豐富的煤炭和風能、太陽能等清潔能源資源，決定了區域內能源產業具備煤電生產集約化、清潔能源規?；l展的有利條件。

煤電是電力供應體系中最穩定可靠的電源，2020年我國煤電機組以49%的裝機容量比例保障了全社會61%的用電需求，支撐了75%的高峰用電負荷[26]，2021年煤電裝機容量占比降至47%以下，但發電量仍達到60%以上。在我國碳達峰、碳中和工作的推進過程中，煤電角色將逐步由主體電源、保障電源向兜底電源轉變，煤電產能在全國的規劃布局中將逐步進行優化調整[26-29]。逐步淘汰分散的老舊小機組，引導高污染排放水平火電機組優先退出生產[30]，形成“大型煤電基地+區域性靈活調峰機組”的煤電機組新格局，將煤炭資源向大規模、高參數、低污染的先進火電機組聚集的大型煤電基地集中，以電力輸送代替煤炭輸送，滿足遠距離、大范圍地區的用電需求。當前我國重點建設的9個千萬千瓦級大型煤電基地中有6個位于黃河流域，煤電一體化是黃河流域推進煤電生產集約化的先天優勢，應繼續在我國電力安全穩定供應體系中承擔重要的支撐性作用。

“雙碳”目標的提出促使清潔能源發展掀起了新一輪高潮。2021年全國非化石能源裝機容量首次超過了煤電裝機容量，新增裝機中以風電、太陽能發電為主，同比增幅達到18.6%。黃河水能資源在我國七大河流中位居第2，水電開發資源主要集中在上游和北干流地區[4]，水電可開發容量約4 849萬kW，該區域水能開發較早，目前區域內已建成水電裝機容量3 218萬kW，仍有青?，敔枔跛娬?220萬kW)等一批梯級水電站(基地)正在建設，總體開發度約70%。因受限于水力資源總量相對有限且已有較高開發程度[5]和水資源、生態保護等因素，在黃河流域再進行大規模的水電開發難度較大。因此，黃河流域清潔能源開發將重點集中于風能、太陽能，但是區域內相關省(區)2021年風電、太陽能裝機容量的增幅卻略低于全國平均水平約1個百分點。根據中國氣象局2020年風能、太陽能資源評估，全國陸地風能、太陽能技術開發量分別達到99億kW、1 287億kW[31-32]，黃河流域相關省(區)風能、太陽能技術開發量分別占到全國的50%左右，但2021年已建風能和太陽能裝機容量總計分別為1.5億kW和1.3億kW，不到技術可開發量的3.00%和0.25%，還有巨大的開發潛力，應進一步加大開發力度。因此應支持新能源電力加快布局、能建盡建，在西北區域青海、甘肅、寧夏等省(區)可大面積大規模利用荒漠、山地建設光伏、風電基地，在內蒙古、寧夏、陜西、山西等煤炭礦區以及河南平原地區等探索風/光-農/林/草/漁互補等集生態修復治理與保護一體化的綜合能源基地建設。另外，由于風能、太陽能發電存在不穩定性，調峰能力不足、送出與消納矛盾突出，大量不滿足并網條件的新能源電力被棄用從而造成資源浪費，可探索將這部分電力靈活用于制氫等途徑，真正做到清潔能源清潔儲存、清潔利用。

2.3 能源開發利用過程中生態環保工作怎么做

高度聚集的能源產業和脆弱敏感的生態環境，決定了黃河流域生態環境保護工作具有獨特性，能源開發利用過程必須堅決貫徹習近平總書記關于黃河流域生態保護和高質量發展重要講話精神和《黃河流域生態保護和高質量發展規劃綱要》要求，堅持生態優先、踐行綠色發展，充分認識、準確把握能源產業在生態、環境、資源方面面臨的制約因素和環境保護等核心問題，將資源節約與生態環保貫穿于能源產業鏈的各環節、能源開發利用的全過程。

(1)狠抓水資源問題。水資源匱乏是黃河流域最大的制約因素之一，能源生產企業正是水資源消耗大戶。根據煤炭主產省(區)用水定額標準和煤制焦、煤制油(氣)以及北方地區火電用水情況，有研究測算[16-17]黃河流域相關省(區)僅煤基能源產業的耗水量就接近每年百億立方米水平；而能源耗水量與水資源總量呈現出不匹配的情形，能源生產密集區域總耗水量更大，但該區域水資源卻更少。水資源總體匱乏、分布不均、用水結構和方式不合理等是黃河流域能源產業面臨的最主要問題。要有效解決問題，首先是堅決貫徹“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的新時期治水方針，嚴格落實以水定產原則，進一步優化產業產能規劃布局；其次是貫徹落實《國家節水行動方案》，推進水資源節約集約利用，加強節水科技創新，采用先進節水工藝，實施水資源梯級利用、循環利用，不斷提高水資源利用效率；再次是積極拓展開發非常規水資源，探索礦井水、再生水等綜合利用，緩解常規水資源不足的困境。

(2)緊盯環境污染問題。統籌深化廢水治理，深入打好碧水保衛戰。強化能源開發利用過程中的水資源、水環境和水生態“三水”統籌管理，提升能源企業廢水綜合治理、深度處理以及擴容優化改造，降低源頭廢水產生量、提高過程廢水循環量、減少末端廢水排放量，加快推進廢水零排放。加強大氣污染綜合防治，打好藍天保衛戰。持續推進火電機組全面實現常規污染物的超低排放，實施工業鍋爐綜合整治，聚焦煤制油(氣)、煤焦化等煤化工企業揮發性有機物(VOCs)綜合治理；強化煤基能源企業開采、運輸、存儲、輸送等全環節，礦區、堆場、道路等全區域的無組織排放管理。強化固廢風險防控，打好凈土保衛戰。推廣先進煤炭采選技術，減少煤矸石排放[33-34]，嚴防煤炭開采土壤污染；擴大煤矸石、煤泥、灰渣、粉煤灰、脫硫石膏等能源工業固體廢物綜合利用規模與水平，探索高值化、集約化利用，提高綜合利用率；鼓勵研發并使用環境友好型的生產工藝和設備，嚴控化工企業土壤污染，全面加強危廢產生、貯存、運輸、利用、處置全過程監管；開展能源企業地下水污染調查與協同防治，探索開展廢棄礦井地下水污染綜合防治與治理修復等。

(3)嚴控生態破壞問題。實施能源產業生態保護修復重大工程，統籌山水林田湖草沙冰一體化治理。推動煤炭綠色開采，最大限度降低煤炭開采對生態的影響，加快礦區生態恢復，補齊歷史遺留問題，新礦破壞及時恢復植被，防止水土流失。新能源建設堅持“生態優先、合理布局、科學論證、統籌推進、環境友好”的基本原則，嚴格落實生態保護紅線管制要求，強化生態環境保護措施，建設生態友好型電站。著力提升生態碳匯能力，以能源生產基地為中心，開展規模國土綠化行動，積極拓展草原、濕地、泥炭地等生態碳匯途徑。

3 能源企業轉型發展途徑

企業是社會經濟活動的主體，能源企業是黃河流域能源產業高質量發展的基石，也是支撐區域社會經濟發展的重要支柱。區域內能源企業，尤其是國有大型綜合能源企業，具備其他區域同類企業所沒有的能源資源優勢，和良好的煤-電-化產業鏈基礎，應充分把握黃河流域生態保護與高質量發展戰略契機，在“十四五”及以后相當長的時期內，把全面落實黨中央、國務院關于生態文明建設和生態環境保護工作的各項部署作為企業轉型發展的重中之重，以“清潔化”為目標，以“優結構、強治理、保生態、穩減碳、防風險”為中心任務，全力支撐黃河流域能源產業轉型升級，為推動黃河流域生態保護與高質量發展奠定更好基礎提供不竭動力。

3.1 加快綠色礦山建設，持續推進煤炭綠色開采

探索生態治理“新理念”，謀劃把煤炭開發利用、生態治理和企業發展統一起來建設“生態礦區、綠色礦山、清潔煤炭”的“大思路”，形成統籌水、土、植被等資源整體生態治理的“大規劃”，推動科學施策、久久為功、功在長遠的“大行動”，堅持不欠新賬、快補舊賬的綠色礦山建設模式。

積極開展科技創新，加大智能綠色開采技術研發和裝備制造，提高煤礦智能化水平，因地制宜大力推廣應用智能化采剝與掘進、連采連充、無煤柱開采、矸石回填等新型綠色開采工藝，以及5G、云計算、物聯網、智能地下水庫等技術組合，探索新一代以實現“采煤不見煤、產矸不見矸、用水不廢水”為目標的礦山綠色開采技術路線和生產模式。積極探索山水林田湖草沙冰一體化保護和系統治理的“煤礦-新能源-現代林/農業”融合發展新模式，在生態治理區開展“林光/風互補”“農光/風互補”的生產模式實踐，走出一條具有企業特色的“產業生態化-生態產業化”綠色轉型發展之路，打造新型綠色煤炭基地，建設水土保持、生態建設、地質環境修復治理示范工程。

3.2 加快綠色電站建設，打造后工業時代綜合電力能源系統

合理控制、有序推進煤電新上項目，建設生態環境友好型綠色煤電企業。加快推進非常規煤電機組常規污染物的超低排放改造，開展全時段、全工況、全負荷氮氧化物穩定達標以及煙氣常規污染物深度治理技術研發；開發低成本協同脫除關鍵技術，做好協同控制三氧化硫、重金屬等非常規污染物的治理技術儲備；推廣應用煤電消納電石渣、白泥等工業固廢，以及摻燒污泥、生活垃圾等城市固廢協同治理技術，推動燃煤電廠向生態共享型燃煤電站轉型。推進煤電產業升級，加大存量機組供熱、節能、靈活性改造力度，持續降低煤電機組供電煤耗，深挖能源梯級利用；積極探索“多聯產柔性電廠”“園區電廠”“儲能電站”“調峰電站”等新定位，打造傳統煤電綜合能源供應、能源微網、集成優化等相融合的智慧能源系統。

加大可再生能源開發力度，按照國家規劃進度，規劃布局新能源，穩步提高非化石能源裝機占比，建設風光水火儲綜合能源基地，探索多聯供和網源荷儲一體化，推動“風光氣氫儲”融合發展，構建以新能源為主體的新型能源系統，延伸“綠電、綠氫”等新能源產業鏈，支撐助力煤化工產業過程減碳。高度重視水電、風電、光伏(熱)發電等清潔能源快速發展過程中帶來的生態保護壓力和挑戰，將清潔能源項目真正建成能源安全有保障、生態環境更優美的低碳綠色電源。

3.3 加快綠色化工建設，發展現代煤化工產業

服從服務國家戰略，堅持煤炭分級分質利用原則，更加注重煤炭原料屬性開發，積極應對傳統煤化工產業“低端重復過剩、中高端依賴進口的結構性不足”問題，圍繞煤直接液化制油、煤間接液化制油、煤制烯烴、煤制乙二醇、煤制可降解塑料等技術路線，加強產品結構的優化，加大新產品開發力度，加快煤基通用柴油以及煤基航天煤油、煤基噴氣燃料等特種油品的推廣應用，積極發展乙醇酸甲酯及其聚合制品等煤基生物可降解材料，和高等級碳素等特種材料，走高端化、差異化、精細化產品路線，做到基礎產品有優勢、延伸產品有特色、高端產品有創新，推進煤化工產業延鏈、補鏈、強鏈。

堅持生態優先、綠色發展與污染防治，嚴控“兩高”項目，落實“四水四定”“能耗雙控”，深入推進VOCs專項整治，積極采用節水節能工藝，強化廢水綜合治理、深度處理以及回收利用；加快煤化工關鍵核心技術攻關，實現綠電、綠氫等新能源與現代煤化工耦合發展，探索大規模二氧化碳捕集、封存和資源化利用路徑，推動源頭減碳、過程減碳、主動減碳，讓煤化工成為可持續發展的綠色產業。

4 結論與建議

能源產業是黃河流域的支柱產業，能源企業的綠色低碳轉型是貫徹落實黃河流域生態保護與高質量發展戰略的重要舉措。黃河流域相關省(區)能源產業和能源企業高質量發展轉型的關鍵在于科學解答“煤炭資源往哪里去”“清潔能源從哪里來”“能源開發利用過程中生態環保工作怎么做”這3個關鍵核心問題。

(1)充分發揮黃河流域煤炭資源優勢，做好煤炭這篇大文章。將煤炭以最集約、最高效、最清潔的方式發揮煤炭的原料屬性，提高煤炭向電力生產的集中度，引導工業產業電能替代和能源結構調整，加快推動全社會電氣化率提升；在國家最急需、利用最充分、前景最廣闊的領域發揮煤炭的資源屬性，加快推動現代煤化工產業升級，補齊、補強能源化工產業鏈。

(2)充分利用黃河流域地理資源條件，做強清潔能源大布局?？茖W規劃、加快推進風電、太陽能發電規?；_發，在資源豐富、條件優越的地區，采取集中式與分布式并舉的新能源電力開發模式，能建盡建、能發盡發；加強科技創新，多措并舉解決新能源消納難題，探索“綠電制氫、安全儲氫、多渠道用氫”的清潔能源新型產儲銷產業鏈。

(3)充分認識黃河流域生態環境“家底”，做優生態環保大基礎。將“綠水青山就是金山銀山”理念植根于能源產業的企業文化土壤。以“產業生態化-生態產業化”的思路建設綠色礦山，實施礦區山水林田湖草沙冰一體化治理；以節能降耗為總抓手推進煤電減污降碳協同增效，進一步實施煤電清潔化水平升級；以生態改善為前提和優于周邊的建設標準開發新能源，打造生態和諧、環境優美的景觀式新能源基地；以開源節流、循環利用的思路統籌水資源利用，徹底扭轉能源企業與民爭水、與農爭水、與生態爭水的局面。