烏云娜 劉凌云

(華北電力大學經(jīng)濟與管理學院,北京市昌平區(qū),102206)

煤炭去產能與新能源替代關系研究

烏云娜 劉凌云

(華北電力大學經(jīng)濟與管理學院,北京市昌平區(qū),102206)

我國能源在一定時期內仍然以煤炭為主導,能源領域的供給側結構性改革重點是煤炭的壓產與去庫存,符合非再生天然能源品的雙峰值特性?；鹆Πl(fā)電近年來的增長下降,新能源替代效果明顯,但技術報酬邊際遞減律規(guī)制了新能源發(fā)展不容盲目樂觀。本文引入非再生天然能源品的雙峰值特性和技術報酬邊際遞減律理論,并從該理論出發(fā)論述了我國能源經(jīng)濟要想充分發(fā)揮各種能源的最大經(jīng)濟價值,就必須在其能源品價格最大化階段,充分利用該類能源;同時還應注重各類能源所處時期,以充分利用非再生天然能源各時期特點,探索多類能源優(yōu)勢互補,實現(xiàn)能源經(jīng)濟最優(yōu)化的目標。

供給側結構性改革 煤炭雙峰值特性 技術報酬邊際遞減 新能源替代

1 供給側結構性改革下我國煤炭行業(yè)現(xiàn)狀

隨著我國經(jīng)濟結構的調整,中央提出了供給側結構性改革經(jīng)濟政策。煤炭作為我國的重要基礎能源,一直受國家政策的主導。2001－2011年,煤炭價格實施雙軌制,計劃價格與市場價格相結合,同時隨著市場力量不斷加大,煤炭行業(yè)開始進入黃金十年快速發(fā)展期。截至2011年底,我國煤炭產量達36.5億t,實際產能超過38億t,而環(huán)渤海煤炭價格也達到歷史峰值,23.0 MJ/kg的煤炭平倉價達到930元/t。在煤炭黃金十年,資本投入大幅增加,其中煤炭開采行業(yè)累計投入資金達2.4萬億元以上。由于產能建設超前,在黃金十年后期,我國煤炭陸續(xù)進入投產期,產能得到進一步釋放。

2012年國家開始取消價格雙軌制,煤炭價格完全放開。但隨著宏觀經(jīng)濟形勢的下滑,煤炭價格出現(xiàn)急轉,截至2015年6月,23.0 MJ/kg煤炭的環(huán)渤海動力價格下降至最低320元/t,跌幅達66%以上。煤炭價格早已跌破絕大多數(shù)企業(yè)生產成本線,2015年1－6月大中型煤炭企業(yè)虧損面已達到70%以上,煤炭實際庫存超過3.5億t。

2016年1月26日,習近平主持召開中央財經(jīng)領導小組第十二次會議,研究供給側結構性改革方案。國發(fā)〔2016〕7號文件引發(fā)《國務院關于化解煤炭行業(yè)過剩產能實現(xiàn)脫困發(fā)展的意見》,具體落實中央供給側結構化改革措施,各地各部門圍繞“嚴控新增、淘汰落后、有序退出、減量生產、兼并重組、調整轉型”大力度開展工作。中央財政首批拿出1000億元,設立工業(yè)企業(yè)結構調整專項獎補資金,重點支持鋼鐵、煤炭去產能中的人員分流安置。全國煤礦按276個工作日重新確定了產能,核減產能5.9億t/a。2016年,煤炭行業(yè)去產能目標2.5億t。同時,國家能源局發(fā)布消息,2016年力爭關閉落后煤礦1000處以上,合計去產能6000萬t/a,并推動煤炭行業(yè)兼并重組,標志著供給側結構性改革第一役從煤炭行業(yè)正式開始。

表1 24省(區(qū)、市)及二大央煤去產能計劃

數(shù)據(jù)來源:各省(區(qū)、市)政府公開文件

根據(jù)規(guī)劃,我國用3～5年時間,再退出煤炭產能5億t/a左右、減量重組5億t/a左右,見表1。據(jù)估計,到十三五末,我國煤炭產量控制在35億t(動力煤約在27億t)左右。根據(jù)我國經(jīng)濟增幅控制在6%左右的政策,帶來的電力消耗將達到7.6～8.4萬億k Wh,發(fā)電量增速在5.5%～7.5%,由此需要消耗約24億t標準煤,于是煤炭形成原煤缺口約5億t,這個缺口將由新能源來補充。

2 非再生天然能源品雙峰值特性

2.1 非再生天然能源品概述

非再生天然能源品是指存在于地球的可作為能源的天然物質,如薪柴、石油、煤炭、天然氣等,一般指傳統(tǒng)的化石能源。非再生天然能源品的雙峰值特性是指這些可作為能源的天然物質在被人類利用后,存在一個價值(價格)最大化期和使用量的最大值(時段)。一般非再生天然能源品在人類利用周期內都存在著“雙峰值”特性。也正如商品存在一個生命周期一樣,生命周期過后即被新的產品所替代。非再生天然能源品過了雙峰值之后,也被新的能源所取締。人類利用能源發(fā)展歷史,從薪柴時代、煤炭時代,再到油氣時代的演變過程都證實了這一特性的存在。只是不同國家和地區(qū)因發(fā)展水平不盡相同,非再生天然能源品雙峰值所發(fā)生的年代不同而已,也會因國家的政治因素導致的經(jīng)濟大衰退或戰(zhàn)爭的破壞導致雙峰值出現(xiàn)反復現(xiàn)象。

人類對能源的利用包括薪柴、煤炭、石油、天然氣等,這些基本都是非再生天然能源品。非再生天然能源品所經(jīng)歷的時期如圖1所示。

從圖1可以看出,不同時期能源構成比例不同,也就是說量比不同。全球范圍內,薪柴消費最大峰值發(fā)生在19世紀初,煤炭消費最大峰值發(fā)生在20世紀初,石油消費峰值發(fā)生在19世紀末,天然氣消費峰值將發(fā)生在21世紀中葉。舊的能源被替代基本上要花一個世紀的時期。預計,到21世紀中葉,太陽能、氫燃料等新能源將占到總體能源的一半以上比例,成為新的主體能源。

圖1 世界非再生天然能源品不同時期比例構成

2.2 我國煤炭的“雙峰值”問題

全球煤炭能源的最大價值峰值期發(fā)生在20世紀初。但對發(fā)展中國家,尤其是經(jīng)濟體量較大的中國,煤炭雙峰值期來臨較晚,其價值峰值發(fā)生在2001－2012年煤炭黃金十年期間,價格峰值發(fā)生在2011－2012年,期間23.0 MJ/kg熱值的煤炭環(huán)渤海平倉價突破930元/t。自2012年后,煤炭價格開始回落,自此煤炭的最大價值期(價格峰值)已經(jīng)過去。據(jù)專家預測,我國煤炭消費量最大峰值期將發(fā)生在2020－2030年之間,屆時煤炭年最大消費量將達41億t左右,隨后逐年回落。預計到2050年,我國煤炭消費量下降到占全部能源比例的40%以下,同時新能源將占主導地位。我國煤炭能源品雙峰值見圖2。

圖2 中國煤炭雙峰值特性

由非再生天然能源品雙峰值特性理論可知,作為經(jīng)濟發(fā)展的需要,要把握非再生天然能源品的最大價值期特性,在其最大價值峰值期內,加大開采力度,降低關稅加大出口力度,從而創(chuàng)造最大經(jīng)濟價值。“有水快流”政策使私有小煤礦在全國各礦區(qū)開花。截至2005年,全國有大小煤礦10萬個,產量突破30億t。雖然存在開采無序、環(huán)境以及安全等問題,但這個時期煤炭為我國的經(jīng)濟建設做出了極大的貢獻。但是,在煤炭黃金十年的后幾年,政府大力保護礦產資源,大幅度提高了煤炭及稀土出口關稅,同時降低進口關稅,使得煤炭出口受到重挫,我國從煤炭出口國變成凈進口國。2015年,我國煤炭凈進口超過3億t。國外煤炭商緊抓我國煤炭市場最大化價值黃金期,造成全球煤炭沖擊中國市場的局面,2009－2015年我國煤炭因出口減少而少創(chuàng)造外來財富價值在300億美元以上。煤炭最大化價值期過后,政府為給過剩的煤炭產能尋找出路,從2015年初再將10%的煤炭出口關稅進一步下調至3%,但仍然扭轉不了煤炭凈進口的局面,因為出口中國煤炭的幾大煤炭生產國,如澳大利亞、美國、印尼等國家,煤炭雙峰值期已過去,消納煤炭的市場達到最小值,唯有出口我國才有獲得最大受益的機會。

我國目前煤炭能源產能過剩,依據(jù)煤炭雙峰值特性理論,我國煤炭最大價值期已經(jīng)過去,供給側結構性改革政策適時推出,壓產去庫存也是正逢煤炭價值降低到L走勢的時機,證明了國家供給側結構性改革政策的正確性。

3 技術報酬邊際遞減律

3.1 技術報酬邊際遞減律

邊際報酬遞減律是指在一定時期的生產過程中,在其中一些條件(投入要素,如技術條件)不變的前提下,增加某種生產要素的投入,當該要素投入量增加到一定程度后,再增加該要素時,所產生的效益增加量是遞減的,邊際報酬遞減律是以技術水平和其他生產要素的投入數(shù)量保持不變?yōu)闂l件的一種經(jīng)濟規(guī)律。技術報酬邊際遞減律則是指除技術之外的其他投入要素都不變(包括環(huán)境)情況下,隨著技術的革新和進步,所產生的效益增加到一定程度時,單位技術資本的投入,其產生的效益出現(xiàn)遞減現(xiàn)象。這與邊際技術替代率遞減律相符合:在兩種投入生產要素相互替代的過程中,普遍地存在一種現(xiàn)象,即在產量不變的前提下,當其中一種生產要素的投入不斷增加時,每一單位的這種生產要素投入所能替代的另一種生產要素的數(shù)量呈現(xiàn)逐漸遞減的現(xiàn)象。

早在1976年美國國會聯(lián)合經(jīng)濟委員會的聽證會上,就有許多技術專家提出了美國技術報酬邊際遞減律開始廣泛起作用,昔日美國的那種技術長足進步局面一去不返了。因為技術并不是一種獨立的力量,歸根結底只是能量轉換器而已,特定模式的技術總是被設計來轉化特定能源環(huán)境能量的。作為第一次工業(yè)革命基本技術的蒸汽機本質上是為轉化地表中的煤炭的能量而發(fā)明的,其也是一種能量轉化器。然而,在這些技術獲得突破的同時,技術模式的擴散和系統(tǒng)中能量流通的增大使環(huán)境的熵趨于無窮大,使得進一步從環(huán)境里提取能量變得更加復雜且成本不斷加大,于是遞減律開始在能量流通的各個環(huán)節(jié)發(fā)揮作用,能量流造成的混亂日益增大,大大地限制了新技術可能性。

同時,技術的外部性進一步加大。美國布魯金斯學會的一項研究表明,煤炭、鋼鐵工業(yè)在污染質量設施上的花費達總開支的20%以上,為此,20世紀80年代初美國的經(jīng)濟增長率下降17%～20%。由熵增原理(熱力學第二定律)可知,任何技術都不是盡善盡美的,技術報酬邊際遞減是必然結果。因此,我國的煤化工尤其是煤制油工業(yè)是一直受到質疑的選擇。

3.2 新能源替代技術報酬遞減

依據(jù)技術報酬邊際遞減律,新能源替代技術同樣面臨著技術報酬邊際遞減問題。新能源指水電、風電、太陽能等,也被稱為可再生能源,根據(jù)我國規(guī)劃,到2030年新能源占總消費能源的比例不低于20%。

我國各種能源平均發(fā)電成本火電0.3元/k Wh,水電0.4元/k Wh,風電0.5元/k Wh,太陽能3.3元/k Wh,核電0.9元/k Wh。新能源除水電與火電成本相當外,風電高出火電成本40%,太陽能發(fā)電是火電發(fā)電成本的11倍,核電成本是火電的3倍。新能源發(fā)電成本不是通過簡單技術革新路徑就可以達到火電發(fā)電成本的,也透視新能源與火電成本相近還有很長的路要走。水、風、太陽能等可再生新能源中,水資源和風能資源都受到自然條件的制約,其發(fā)展都受到極大的限制;太陽能雖然獲取較為便利,但發(fā)電裝置大面積占用土地資源、太陽能收集器的制造成本高以及生產太陽能收集器所消耗的其它資源不可忽視。根據(jù)美國統(tǒng)計數(shù)據(jù),為250萬個家庭提供60%的太陽能,需要消耗美國銅產量的1/3。如果美國一半電力來自太陽能,即使目前使用效率最高的轉換器,每年建造這種裝置需要的白金也將超過世界白金的年產量。同時,為建立大規(guī)模的太陽能基礎結構,還需要大量的其它礦物資源,包括鎘、硅、鍺、硒、鎵、砷、硫等,以及巨量的玻璃、塑料、橡膠,大量的乙烯乙二醇、液態(tài)金屬和氟利昂。制造任何太陽能設備(包括收集器)都得使用其他能源。由于太陽能對地面輻射程度極其微弱,所以,為了收集足夠太陽能,就必須消耗各種材料、資源搭建起巨大的臺架,用以安裝大型光伏設備。由于我們無法控制太陽輻射這個宇宙恒量,我們就很可能克服不了上述困難。這很好地說明了光伏發(fā)電技術發(fā)展也逃脫不了邊際報酬遞減律。

根據(jù)國家電網(wǎng)權威機構統(tǒng)計數(shù),2011年光伏發(fā)電設備利用小時數(shù)為1229 h,而2015年光伏發(fā)電設備利用小時數(shù)降為1200 h,減少29 h。因此,完全寄希望于新能源,不講實際的大幅度放棄傳統(tǒng)能源是錯誤的觀念,只有合理確定可再生能源與傳統(tǒng)能源之間的平衡點,才能實現(xiàn)綜合社會效益最大化以及環(huán)境友好化的目標。

4 我國新能源對火力發(fā)電替代

4.1 我國新能源發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

中國新能源產業(yè)規(guī)模不斷擴大,發(fā)展速度較快,利用比較廣泛的新能源包括太陽能、風能和生物質能等。

中國是全球光伏發(fā)電安裝量增長最快的國家, 2011年的光伏發(fā)電安裝量比2010年增長了約5倍,2011年電池產量達到20 GW,約占全球的65%。截至2011年底,中國共有電池企業(yè)約115家,總產能為36.5 GW左右。其中產能1 GW以上的企業(yè)共14家,占總產能的53%;在100 MW和1G W之間的企業(yè)共63家,占總產能的43%;剩余的38家產能皆在100 MW以內,僅占全國總產能的4%。規(guī)模、技術、成本的差異化競爭格局逐漸明晰。國內前十家組件生產商的出貨量占到電池總產量的60%。中國太陽能光伏發(fā)電發(fā)展?jié)摿薮?配合積極穩(wěn)定的政策扶持,到2030年光伏裝機容量將達1億k W,年發(fā)電量可達1300億k Wh,相當于少建30多個大型燃煤電廠。國家未來三年將投資200億元補貼光伏業(yè),中國太陽能光伏發(fā)電又迎來了新一輪的快速增長,并吸引了更多的戰(zhàn)略投資者融入到這個行業(yè)中來。

中國的并網(wǎng)風電得到迅速發(fā)展。2006年,中國風電累計裝機容量已經(jīng)達到260萬k W,成為繼歐洲、美國和印度之后發(fā)展風力發(fā)電的主要市場之一。2007年我國風電產業(yè)規(guī)模延續(xù)暴發(fā)式增長態(tài)勢,截至2007年底全國累計裝機約600萬k W。2008年8月,中國風電裝機總量已經(jīng)達到700萬k W,占中國發(fā)電總裝機容量的1%,位居世界第五,這也意味著中國已進入可再生能源大國行列。2008年以來,國內風電建設的熱潮達到了白熱化的程度。2009年,中國(不含臺灣地區(qū))新增風電機組10129臺,容量13803.2 MW,同比增長124%;累計安裝風電機組21581臺,容量25805.3 MW。2009年,臺灣地區(qū)新增風電機組37臺,容量77.9 MW;累計安裝風電機組227臺,容量436.05 MW。

大型國有、民營以及外資企業(yè)紛紛投資參與中國生物質發(fā)電產業(yè)的建設運營。截至2007年底,國家和各省發(fā)改委已核準項目87個,總裝機規(guī)模220萬k W。中國已建成投產的生物質直燃發(fā)電項目超過15個,在建項目30多個。到2008年底,中國生物質能發(fā)電總裝機為315萬k W?？梢钥闯?中國生物質發(fā)電產業(yè)的發(fā)展?jié)u入佳境。開發(fā)利用可再生能源,對于保障能源安全、保護生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。國家已經(jīng)決定,將安排資金支持可再生能源的技術研發(fā)、設備制造及檢測認證等產業(yè)服務體系建設。

雖然中國當前新能源發(fā)展已經(jīng)進步迅速,且具有光明前景,但要想真正發(fā)揮新能源的優(yōu)勢,還需要國家、行業(yè)等層面不斷做出努力。

(1)國家政策為新能源發(fā)展創(chuàng)造有利環(huán)境。為優(yōu)化國內能源利用結構,促進我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展,我國公布實施了《可再生能源法》,制定了可再生能源發(fā)電優(yōu)先上網(wǎng)、全額收購、價格優(yōu)惠及社會公攤的政策。建立了可再生能源發(fā)展專項資金,支持資源調查、技術研發(fā)、試點示范工程建設和農村可再生能源開發(fā)利用;發(fā)布《國家中長期科學技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006－2020年)》,編制完成了《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》,提出到2010年使可再生能源消費量達到能源消費總量的10%,到2020年達到15%的發(fā)展目標。

(2)自主技術研發(fā)將為新能源發(fā)展奠定技術基礎。我國新能源利用技術取得了突破性進展,在引進國外先進技術的基礎上,自主研發(fā)能力持續(xù)提高,為新能源利用持續(xù)利用奠定技術基礎。

(3)產業(yè)龍頭帶動與民營企業(yè)異軍突起將為新能源發(fā)展注入動力。新能源發(fā)展已經(jīng)成為國內各產業(yè)巨頭和民間資本重點投資對象,發(fā)展新能源產業(yè)成為企業(yè)發(fā)展重要的戰(zhàn)略之一。

4.2 新能源對火力發(fā)電的替代

從政府去產能政策看,減少煤炭能源的供給是必然的結果,那么隨著我國經(jīng)濟體量的不斷增大,未來幾年內GDP 6%的增長目標,能源供給增長將是長期的,這些能源替代寄希望燃氣、核能及新能源。按照國家規(guī)劃,五年時間里減少煤炭生產7.5億t,可折算出潔凈能源、新能源的替代數(shù)據(jù)。7.5億t原煤大約折合5.36億t標煤,完全由新能源替代,需要水電23200萬k W、太陽能發(fā)電23144萬k W、風電23185萬k W、核電23247萬k W。

火電裝機容量與實際發(fā)電量的增減,聯(lián)動煤炭產能的增減。中國電力聯(lián)合會數(shù)據(jù)顯示,2011、2012、2013年動力煤消耗量分別為16.05億t、18.55億t、20.12億t,2014年全年重點發(fā)電企業(yè)耗煤12.4億t,同比下降7.5%。2015年動力煤消耗量維持在20～22億t之間。“十二五”期間比“十一五”期間動力煤消耗增長率降低0.75個百分點,預計“十三五”期間,動力煤消耗增長率比“十二五”將降低1.25個百分點以上。從表2可以看出,2013年全年包括核電在內的新能源發(fā)電實現(xiàn)替代煤炭燃料達9.139億t。

據(jù)中國電力聯(lián)合會預測,2020年前后,燃煤發(fā)電占到全部發(fā)電比重的50%以下。新能源發(fā)電的沖擊及節(jié)能減排技術的進步,雙重因素作用迫使煤炭化石能源逐步被減縮。但是,就中國當前形勢來講,未來較長時間內,煤炭仍將是我國電力行業(yè)的重要基礎能源。與世界先進水平相比,總體來看,我國燃煤發(fā)電效率和資源綜合利用水平依然偏低,并且環(huán)境污染問題嚴重。因此,依靠科技進步,大力發(fā)展清潔煤發(fā)電技術,促進煤炭向電力的高效清潔轉換,既符合我國經(jīng)濟發(fā)展的需求,也符合國家提高能源轉換效率、加強節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,這將是下一步實現(xiàn)燃煤發(fā)電高效清潔利用的重要發(fā)展方向?？紤]到光伏、風電等新能源發(fā)電方式的全面推廣還有很長一段路要走,要想實現(xiàn)當前形勢下的自然資源綜合利用效益最大化,必須充分發(fā)揮各類能源的優(yōu)勢,既要發(fā)揮煤炭的基礎能源優(yōu)勢,還需要充分利用新能源的清潔特點,不斷探尋化石能源與新能源之間的均衡點,最終完成新能源對化石能源替代的平滑過渡,同時實現(xiàn)自然資源可持續(xù)性、高效利用。

表2 2013年我國主要電力建設及燃煤情況

5 結論

煤炭屬于非再生性天然能源品,煤炭的雙峰值特性告訴我們,我國煤炭的最大價值(價格)期已過去,所以中央推出的供給側結構性改革,對煤炭實施去產能和減量化重組恰逢煤炭處于價值下降期,屬于經(jīng)濟最優(yōu)選擇。技術報酬邊際遞減律告訴我們,實施新能源對傳統(tǒng)能源的替代過程中,要認真研究新能源技術進步報酬邊際問題,做到傳統(tǒng)能源最優(yōu)減量化與新能源替代的最優(yōu)化規(guī)模。光伏發(fā)電項目的高速擴張所帶來的外部性問題不容忽視,作為“凈能量”產出較低的能源利用方式,不只看到光伏發(fā)電的潔凈性,更應當看到太陽能裝備被制造出來所浪費的自然資源和對能量的極大消耗。實施新能源替代的最優(yōu)選擇點在于尋求傳統(tǒng)能源與潔凈能源、新能源的綜合成本最小、環(huán)境友好。

Study on substitutional relation between coal capacity reduction and new energy

Wu Yunna,Liu Lingyun
(College of Economic and Management,North China Electric Power University,Changping,Beijing 102206,China)

Coal is going to be a main energy over a period of time in China.Structural reform of the supply-front in energy field emphasized cutting down coal production and reducing coal inventory which consisting with double peak characteristics of deregeneration natural energy resource.Increasing of thermal power generation recently decreased showing that new energies have high substitution effects,but not blindly optimistic because technology appended bonus degressive rule regulated new energy development.The current paper drew in double peak characteristics of deregeneration natural energy resource and technology appended bonus degressive rule.According to the rule,in order to giving full play of the maximized economic value,should take full advantage of the energy in the maximized price phase,meanwhile,should pay attention on every phases the energies were in,that helps to use characteristics of deregeneration natural energy resource each phases,explored complement each other＇s advantages among varies kind of energies and reach the goal of optimized energyeconomy.

structural reform of the supply-front,double peak characteristics of coal,technology appended bonus degressive rule,new energy substitution

TD－9

A

秦皇島市科技局項目(201602A281)

烏云娜,劉凌云.煤炭去產能與新能源替代關系研究[J].中國煤炭,2017,43(1):35－40. Wu Yunna,Liu Lingyun.Study on substitutional relation between coal capacity reduction and new energy[J].China Coal,2017,43(1):35－40.