郭晟熙

摘 要：能源是人類賴以生存和發(fā)展的重要基石，回溯人類歷次能源革命，能源的發(fā)展始終圍繞降本和增效兩大主題，每次能源革命都會對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展格局產(chǎn)生深遠影響，而當下以低碳和可再生能源為特征的新一輪能源革命正在展開。山西作為我國典型的資源型地區(qū)，是能源大省也是碳排放大省，在國家“雙碳”目標約束下，山西面臨著保障供應(yīng)和能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的雙重壓力。文章基于能源革命視角，從山西能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和當前存在問題出發(fā)，探尋山西能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)迭代和降本增效驅(qū)動力，增強山西能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展韌性和穩(wěn)健性，助力山西能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：能源革命碳中和 能源產(chǎn)業(yè)

中圖分類號：F207

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2023）05-121-03

山西是我國傳統(tǒng)能源大省、碳排放大省，同樣也是我國典型的資源型地區(qū)。資源型地區(qū)的經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展是全球性難題，面對當今人類第三次能源革命，山西的經(jīng)濟轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，更是迫在眉睫。國內(nèi)外發(fā)展實踐都表明，能源產(chǎn)業(yè)是資源型地區(qū)發(fā)展現(xiàn)代化經(jīng)濟體系的重要支撐和堅實基礎(chǔ)。然而，要實現(xiàn)能源產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，提高資源型地區(qū)現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的質(zhì)量與效益，這是一項長期而艱巨的任務(wù)。圍繞這一關(guān)鍵任務(wù)，山西作為全國唯一的資源型經(jīng)濟轉(zhuǎn)型綜合改革試驗區(qū)，承擔著黨中央從新時代能源戰(zhàn)略全局出發(fā)賦予的使命，要進一步用好用足能源革命綜合改革試點政策，探尋山西能源產(chǎn)業(yè)降本增效的驅(qū)動力，加快推動構(gòu)建支撐山西高質(zhì)量發(fā)展的現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)體系，為世界能源革命提供中國模式示范引領(lǐng)樣板。

一、人類的能源革命之路

迄今為止，人類在能源領(lǐng)域一共經(jīng)歷了三次重大變革，其中第一次變革是從植物能源到化石能源的轉(zhuǎn)變，第二次變革是從化石能源到可再生能源的轉(zhuǎn)變，而第三次變革則是從可再生能源到低碳清潔能源的轉(zhuǎn)變。每一次變革都使能源產(chǎn)業(yè)格局發(fā)生了巨大的變化，為全球發(fā)展和人類生產(chǎn)生活帶來巨大的變化。

第一次能源革命是人類開始學會并掌握人工取火的方式。最初人類只能從自然界中尋找和保存火種，并加以利用。而后隨著人類的進化，學會了人工取火技術(shù)，使用更為便利，這是人類最初生產(chǎn)生活實踐的標志。從此，人類徹底告別了原始的生活方式，開始一步步向文明社會邁進。柴薪類材料因易于從自然界中獲取、方便運輸和使用、燃燒速度快，而被作為主要能源支持生產(chǎn)生活實踐活動，隨著其廣泛應(yīng)用，人類開啟了植物能源時代。

第二次能源革命是化石能源替代植物能源成為新的主導能源。工業(yè)革命推動了第二次能源革命，以化石能源取代植物能源，人類由此邁入化石能源時代。這個時代分為煤炭能源和油氣能源兩個階段。在煤炭能源階段，以瓦特改進蒸汽機為標志的18世紀中葉的第一次工業(yè)革命，蒸汽機的普及使得煤炭的開采規(guī)模與效率得到了極大的提高，反過來煤炭資源的大規(guī)模開發(fā)又助推了蒸汽機的進一步發(fā)展，從而加快了人類工業(yè)化進程。而此次能源革命與工業(yè)革命的結(jié)合，讓英國成為了“曰不落”帝國。在油氣能源階段，人類發(fā)明了內(nèi)燃機并發(fā)現(xiàn)了電，這使得第二次能源革命被推向高潮。由于石油具有高熱值和高效能的特點，因此內(nèi)燃機比蒸汽機更為輕便，效率也更高。這對汽車、飛機、輪船等交通運輸工具的迅速發(fā)展起到了推動作用，也促進了石油化工相關(guān)產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。在第二次工業(yè)革命中，隨著人類對電器產(chǎn)品的依賴日益加深，電力逐漸成為不可或缺的能源，將人類社會推向了石油和天然氣的時代。美國是第二次工業(yè)革命和能源革命的開創(chuàng)者，其經(jīng)濟得到迅猛發(fā)展，最終取代了英國，一躍成為了世界上最大的經(jīng)濟體。

第三次能源革命是以可再生能源替代不可再生能源，以低碳清潔能源替代高碳能源。當今世界應(yīng)對氣候變化和能源低碳轉(zhuǎn)型已成為共識．中國的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)進入高質(zhì)量發(fā)展的新階段，積極構(gòu)建多元化、低碳化的能源供給體系?！八膫€革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略，為新時代中國能源產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展指明了前進方向，開辟了一條有中國特色的能源發(fā)展之路。山西是以化石能源產(chǎn)業(yè)為主的省份，也是一個碳排放量大的省份，承擔著國家能源革命綜合改革試點的重任，實現(xiàn)山西能源產(chǎn)業(yè)的系統(tǒng)性變革發(fā)展，對實現(xiàn)山西乃至全國節(jié)能減排、可再生清潔能源利用、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化等具有重要意義。為此，山西省委在十二屆三次全會提出，要以“雙碳”目標為指引，深化能源革命，要以新能源和可再生能源的推廣應(yīng)用為重點，以能源轉(zhuǎn)型為倒逼產(chǎn)業(yè)，以產(chǎn)業(yè)升級帶動能源產(chǎn)業(yè)升級。

二、能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題

山西能源產(chǎn)業(yè)是我國現(xiàn)代能源供應(yīng)體系中的重要樞紐，具有較大的產(chǎn)業(yè)潛力，是我國未來能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略重點。但長期以來，由于資源稟賦和能源成本的制約，能源結(jié)構(gòu)一直是以煤為主的高排放化石能源，存在著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重、能源結(jié)構(gòu)偏煤的產(chǎn)業(yè)形態(tài)問題。

（一）發(fā)展現(xiàn)狀

1．煤炭與煤層氣產(chǎn)業(yè)。煤炭是我國一次能源中最經(jīng)濟、最可靠的能源，山西煤炭資源存儲量大、分布范圍廣。黨的十八大以來，山西累計生產(chǎn)原煤98億噸，占同期全國產(chǎn)量的1/4，外調(diào)64億噸，占省際調(diào)出量的七成以上，切實有效保障了國家能源安全。同時，山西大力推進煤炭先進產(chǎn)能建設(shè)，2022年山西通過產(chǎn)能置換建設(shè)現(xiàn)代化煤礦286座、增加先進產(chǎn)能4.85億噸，年。

與煤炭資源相比，山西煤層氣資源在全國占有更大的優(yōu)勢，山西是我國煤層氣資源富集程度最高、開發(fā)潛力最大的省份之一。山西省煤層氣探明儲量和產(chǎn)量占全國煤層氣儲量的90%以上，煤層氣已形成了一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈。2022年山西累計抽采煤層氣達96.1億立方米，約占全國同期煤層氣產(chǎn)量的83.2%。在煤層氣的運輸方面，形成了“三縱十一橫”的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，這條管網(wǎng)覆蓋了整個山西11個市100個縣，總長度達到了8610公里，儲氣調(diào)峰能力達到了4.1億立方米／年。此外，管網(wǎng)連接實現(xiàn)了區(qū)域聯(lián)動，不僅能夠?qū)θ〉拿簩託膺M行調(diào)配，還能夠?qū)⒈臼〉拿簩託廨斔偷街苓吺》荨?/p>

2．新能源產(chǎn)業(yè)和可再生能源產(chǎn)業(yè)。山西的可再生能源如太陽能、風能、地熱和生物質(zhì)能都比較豐富。山西屬國家四類資源區(qū)，其獨特的地理位置造就了其風光資源的豐富，其中風能平均發(fā)電小時數(shù)介于2000-2600小時，風電技術(shù)經(jīng)濟可開發(fā)量約4850萬千瓦。太陽能平均發(fā)電小時數(shù)為1200-1600小時，光伏發(fā)電技術(shù)經(jīng)濟開發(fā)容量約60000萬千瓦。截至2022年底，山西全省地熱井共有457眼，已開發(fā)利用276眼，每年實際開采地熱水量1823萬立方米。山西積極推進新能源和可再生能源的開發(fā)，致力于發(fā)展清潔能源，山西風電、光伏發(fā)電等新能源和可再生能源實現(xiàn)跨越式發(fā)展。截至2022年底，山西省發(fā)電總裝機12079.52萬千瓦，其中風電裝機2317.81萬千瓦、太陽能裝機1695.71萬千瓦，新能源裝機容量占比達33.23%，風電、光伏已成為山西第二、第三大電源。同時隨著山西新能源裝機的增加，山西新能源發(fā)電量也持續(xù)增長。2022年山西新能源累計發(fā)電量達685.53億千瓦時，新能源利用率達98.6%。

（二）存在問題

1．保供與轉(zhuǎn)型平衡難度高。2022年，受到全球能源危機的影響，我國的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)重化趨勢明顯，經(jīng)濟發(fā)展對化石能源的依賴度不減反增，煤炭在我國能源消費中的比重出現(xiàn)了近10年的首次回升，能源消費彈性系數(shù)反彈至接近1。我國能源消費總量目前仍在中高速增長，山西作為全國煤炭產(chǎn)量大省，煤炭產(chǎn)量勢必要維持高位。新形勢下，山西如何平衡保障能源供應(yīng)與能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，成為一個亟待解決的重要課題。

2．新能源和可再生能源發(fā)展不足。新能源和可再生能源由于符合保供和轉(zhuǎn)型雙重訴求，山西相關(guān)產(chǎn)業(yè)部署不斷提速，風電、光伏項目建設(shè)成效突出。盡管新能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展提速對山西改變“一煤獨大”的產(chǎn)業(yè)格局有正向貢獻，但是地熱能、氫能、核能等其他新能源和可再生能源的發(fā)展依舊不足，對新能源的開發(fā)利用程度還不夠高。這一現(xiàn)狀與經(jīng)濟社會發(fā)展需求之間存在較大差距，無法支撐區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。因此，山西在促進新能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展上，仍有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3．技術(shù)創(chuàng)新能力亟待提高。山西能源產(chǎn)業(yè)在核心技術(shù)研發(fā)方面與國內(nèi)外先進地區(qū)存在差距，山西煤炭化工產(chǎn)業(yè)亟待更新提升技術(shù)路線和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，儲能技術(shù)和智能電網(wǎng)技術(shù)也相對滯后，儲能的使用成本比較高，很難在短時間內(nèi)達到規(guī)?；屯茝V的目的。在短期內(nèi)，能源核心技術(shù)的進步可能會面臨諸多困難，這會阻礙能源利用方式的轉(zhuǎn)變，使能源結(jié)構(gòu)無法及時調(diào)整，從而導致產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級受到阻礙。此外，由于技術(shù)的發(fā)展可能會遇到一些挑戰(zhàn)和不確定性，也可能影響能源利用的效率。因此，為了實現(xiàn)能源利用的高效性，應(yīng)該采取有效措施來促進技術(shù)的進步，以促進能源利用方式的轉(zhuǎn)變和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級。

三、能源產(chǎn)業(yè)降本增效的驅(qū)動力

山西能源結(jié)構(gòu)調(diào)整要有序推進，傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)與新能源產(chǎn)業(yè)需要相互協(xié)作、多能互補，共同探索能源領(lǐng)域的技術(shù)迭代和降本增效驅(qū)動力，為山西能源轉(zhuǎn)型發(fā)展，提供廣闊發(fā)展空間的新思路。

（一）智慧礦山建設(shè)

依靠科技進步，實現(xiàn)煤炭安全、高效、智能、綠色開采和清潔高效利用是山西煤炭產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必然趨勢。在生產(chǎn)端，智慧礦山技術(shù)提升了煤礦的開采效率，降低了煤礦在開采過程中的損耗。

智能煤礦是大數(shù)據(jù)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤炭生產(chǎn)端的應(yīng)用。智能煤礦指的是以最新的云計算、人工智能等技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)礦山生產(chǎn)流程智能化管理的一整套解決方案。礦井生產(chǎn)過程中需重點關(guān)注各種生產(chǎn)機電設(shè)備及其運行狀態(tài)，水、瓦斯、頂板等重大危險因素，以及生產(chǎn)操作人員安全，要利用智能煤礦進行全流程全方位的互聯(lián)互通，實現(xiàn)遠距離管控和全流程智能分析，保證礦山實現(xiàn)安全高效運行。

智能煤礦對煤炭產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展起著重要作用。智能煤礦對于實現(xiàn)煤礦減人增安提效，推動能源產(chǎn)業(yè)低碳轉(zhuǎn)型，具有十分重要的意義。智能煤礦將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、機器人、智能裝備等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用進行了深度融合，最終形成了全面感知、實時互聯(lián)、分析決策、自主學習、動態(tài)預測、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，實現(xiàn)了煤礦開拓、采掘（剝）、運輸、通風、洗選、安全保障、經(jīng)營管理等流程的智能化運行，切實提高煤礦安全生產(chǎn)水平、保障煤炭穩(wěn)定供應(yīng)。

礦井的信息化和數(shù)字化是煤礦智能化的基礎(chǔ)，其建設(shè)依賴于眾多的傳感器，對礦井下的環(huán)境、設(shè)備以及人員進行實時監(jiān)測。利用5G技術(shù)大寬帶、廣連接和低延時的強大技術(shù)優(yōu)勢，結(jié)合大數(shù)據(jù)與云計算的儲存解析優(yōu)勢，可以有效促進礦井井下傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的搭建。將非實時數(shù)據(jù)上傳到云端，通過大數(shù)據(jù)分析和智能處理技術(shù)，將其有效挖掘，并將實時性強的數(shù)據(jù)下沉至設(shè)備端，以減少傳輸及解算時延，提高數(shù)據(jù)分析效率，為煤礦智能化運行提供有力支撐，這是傳統(tǒng)無線通信和傳輸技術(shù)難以實現(xiàn)的。

（二）煤制氫技術(shù)

在煤炭應(yīng)用端，煤制氫氣技術(shù)的發(fā)展使二氧化碳排放量減少，為實現(xiàn)煤炭的清潔高效利用提供了有效的技術(shù)支持。煤氣化是煤制氫的主要技術(shù)路線，是指煤在高溫常壓或加壓下，與氣化劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化成氣體產(chǎn)物。氣體產(chǎn)物中氫氣的含量隨著氣化方式的不同而變化，可以利用變壓吸附（PSA）技術(shù)可將其提純到燃料電池用氫要求。

傳統(tǒng)煤制氫技術(shù)主要通過固定床、流化床和氣流床三種方式進行，合成氣體中一氧化碳和二氧化碳等體積分數(shù)高達45 %-70%。以超臨界水煤氣化為代表的新型煤制氫技術(shù)，利用超臨界水（溫度≥374℃，壓力≥22.1MPa）作為均相反應(yīng)媒介，具有高氫氣組分、高氣化率、低污染等特點。

（三）風機大型化

在風機的生產(chǎn)成本中，原材料所占的比例在90%以上，而葉片、變速箱、發(fā)電機、變頻器、底座、主軸等都是最主要的原材料。以國際可再生能源局的數(shù)據(jù)為依據(jù)，風力發(fā)電整機成本主要由葉片、齒輪箱和發(fā)電機構(gòu)成。其中，葉片占比為24%，齒輪箱占比為19%，發(fā)電機占比為7%，三者合計占比達40%。風機大型化是風電行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，其大型化能夠有效地降低風電場的運行成本，而大型化能夠增加發(fā)電量，攤薄初期投資費用，并在此基礎(chǔ)上進一步降低了對風速的需求，增加了發(fā)電時數(shù)，從而有效地提高了風力資源的利用率，提高了風電項目的總體經(jīng)濟性。

風機大型化的經(jīng)濟效益來自成本 和效益的平衡。風機供應(yīng)鏈的迅速成 熟、技術(shù)的更新?lián)Q代、風力機單位功率 的平均價格不斷下降。同時大型化降 低對風速的要求，增加發(fā)電可利用小時 數(shù)。在大功率趨勢下，風機單價下降帶 來度電成本下降。葉片直徑增加，輪轂 高度提升和機組大型化是未來風機技 術(shù)發(fā)展的主要方向。在其他條件不變 的情況下，更大的葉片能捕獲更多風能，輪轂高度提升也能是機組獲得更高的風速。發(fā)電量隨風速增加，帶來容量系數(shù)的增加，同時推動更大規(guī)模項目的建設(shè)，降低風電的安裝成本，進一步推動山西風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

（四）光伏材料本土產(chǎn)業(yè)化

太陽能電池板是光伏行業(yè)的核心原料。不同類型的電池成本結(jié)構(gòu)基本相似，都是由硅片、輔材（銀漿、靶材）、人工等部分組成的。以低溫銀漿為例，其有很高的技術(shù)壁壘，被杜邦、賀利氏、三星等外國制造商長期壟斷。但近幾年來，國內(nèi)銀漿生產(chǎn)企業(yè)取得了突破性進展，生產(chǎn)廠家由原來的幾家發(fā)展到幾十家，產(chǎn)品技術(shù)水平發(fā)展迅速，與國外產(chǎn)品的差距越來越小。當前，雖然輔助材料在國內(nèi)還沒有實現(xiàn)完全的本土化，但國產(chǎn)銀漿占比不斷提升。在減少輔材用量方面，通過改進工藝（如多主柵、銀包銅、細柵印刷工藝）來減少銀漿用量，進一步壓縮成本。光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展成本在不斷下降，生產(chǎn)效率也在不斷提高。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2019年至2021年期間，P型電池正面銀漿耗量、P型電池背面銀漿耗量、Topcon正面銀鋁漿耗量、HJT雙面低溫銀漿耗量分別下降了約13.3%、22.8%、20.9%和36.7%，若山西省能在引進光伏原料生產(chǎn)企業(yè)和研發(fā)新技術(shù)方面取得突破，將會進一步提高山西光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平，切實推動山西能源產(chǎn)業(yè)降本增效。

四、結(jié)語

第三次能源革命的到來，正在引發(fā)影響深遠的能源產(chǎn)業(yè)變革，為山西能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、創(chuàng)新發(fā)展帶來了難得的歷史機遇。山西作為我國能源大省，能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正處于加速轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，能源需求仍將保持較快增長，能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展任務(wù)十分艱巨，一些深層次的矛盾和問題亟待解決。山西能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型不可能一蹴而就，要有效協(xié)調(diào)雙碳目標與能源安全的關(guān)系，立足山西比較優(yōu)勢和區(qū)域特色，科學規(guī)劃發(fā)展路徑，提升能源產(chǎn)業(yè)降本增效驅(qū)動力，增強能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展韌性和穩(wěn)健性，以能源產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展為經(jīng)濟社會持續(xù)健康發(fā)展提供堅實保障。

【基金項目：山西省社會科學院（山西省人民政府發(fā)展研究中心）2022年度青年課題立項名單（院外）以“雙碳”目標指引推動山西能源革命（項目編號：2022年度省科協(xié)科技創(chuàng)新智庫建設(shè)課題“碳達峰”“碳中和”視角下山西能源經(jīng)濟發(fā)展前景研究（項目編號：KXKT202210）]

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