煤炭去产能与新能源替代关系研究

乌云娜 刘凌云

(华北电力大学经济与管理学院,北京市昌平区,102206)

煤炭去产能与新能源替代关系研究

乌云娜 刘凌云

(华北电力大学经济与管理学院,北京市昌平区,102206)

我国能源在一定时期内仍然以煤炭为主导,能源领域的供给侧结构性改革重点是煤炭的压产与去库存,符合非再生天然能源品的双峰值特性。火力发电近年来的增长下降,新能源替代效果明显,但技术报酬边际递减律规制了新能源发展不容盲目乐观。本文引入非再生天然能源品的双峰值特性和技术报酬边际递减律理论,并从该理论出发论述了我国能源经济要想充分发挥各种能源的最大经济价值,就必须在其能源品价格最大化阶段,充分利用该类能源;同时还应注重各类能源所处时期,以充分利用非再生天然能源各时期特点,探索多类能源优势互补,实现能源经济最优化的目标。

供给侧结构性改革 煤炭双峰值特性 技术报酬边际递减 新能源替代

1 供给侧结构性改革下我国煤炭行业现状

随着我国经济结构的调整,中央提出了供给侧结构性改革经济政策。煤炭作为我国的重要基础能源,一直受国家政策的主导。2001－2011年,煤炭价格实施双轨制,计划价格与市场价格相结合,同时随着市场力量不断加大,煤炭行业开始进入黄金十年快速发展期。截至2011年底,我国煤炭产量达36.5亿t,实际产能超过38亿t,而环渤海煤炭价格也达到历史峰值,23.0 MJ/kg的煤炭平仓价达到930元/t。在煤炭黄金十年,资本投入大幅增加,其中煤炭开采行业累计投入资金达2.4万亿元以上。由于产能建设超前,在黄金十年后期,我国煤炭陆续进入投产期,产能得到进一步释放。

2012年国家开始取消价格双轨制,煤炭价格完全放开。但随着宏观经济形势的下滑,煤炭价格出现急转,截至2015年6月,23.0 MJ/kg煤炭的环渤海动力价格下降至最低320元/t,跌幅达66%以上。煤炭价格早已跌破绝大多数企业生产成本线,2015年1－6月大中型煤炭企业亏损面已达到70%以上,煤炭实际库存超过3.5亿t。

2016年1月26日,习近平主持召开中央财经领导小组第十二次会议,研究供给侧结构性改革方案。国发〔2016〕7号文件引发《国务院关于化解煤炭行业过剩产能实现脱困发展的意见》,具体落实中央供给侧结构化改革措施,各地各部门围绕“严控新增、淘汰落后、有序退出、减量生产、兼并重组、调整转型”大力度开展工作。中央财政首批拿出1000亿元,设立工业企业结构调整专项奖补资金,重点支持钢铁、煤炭去产能中的人员分流安置。全国煤矿按276个工作日重新确定了产能,核减产能5.9亿t/a。2016年,煤炭行业去产能目标2.5亿t。同时,国家能源局发布消息,2016年力争关闭落后煤矿1000处以上,合计去产能6000万t/a,并推动煤炭行业兼并重组,标志着供给侧结构性改革第一役从煤炭行业正式开始。

表1 24省(区、市)及二大央煤去产能计划

数据来源:各省(区、市)政府公开文件

根据规划,我国用3～5年时间,再退出煤炭产能5亿t/a左右、减量重组5亿t/a左右,见表1。据估计,到十三五末,我国煤炭产量控制在35亿t(动力煤约在27亿t)左右。根据我国经济增幅控制在6%左右的政策,带来的电力消耗将达到7.6～8.4万亿k Wh,发电量增速在5.5%～7.5%,由此需要消耗约24亿t标准煤,于是煤炭形成原煤缺口约5亿t,这个缺口将由新能源来补充。

2 非再生天然能源品双峰值特性

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为能源的天然物质,如薪柴、石油、煤炭、天然气等,一般指传统的化石能源。非再生天然能源品的双峰值特性是指这些可作为能源的天然物质在被人类利用后,存在一个价值(价格)最大化期和使用量的最大值(时段)。一般非再生天然能源品在人类利用周期内都存在着“双峰值”特性。也正如商品存在一个生命周期一样,生命周期过后即被新的产品所替代。非再生天然能源品过了双峰值之后,也被新的能源所取缔。人类利用能源发展历史,从薪柴时代、煤炭时代,再到油气时代的演变过程都证实了这一特性的存在。只是不同国家和地区因发展水平不尽相同,非再生天然能源品双峰值所发生的年代不同而已,也会因国家的政治因素导致的经济大衰退或战争的破坏导致双峰值出现反复现象。

人类对能源的利用包括薪柴、煤炭、石油、天然气等,这些基本都是非再生天然能源品。非再生天然能源品所经历的时期如图1所示。

从图1可以看出,不同时期能源构成比例不同,也就是说量比不同。全球范围内,薪柴消费最大峰值发生在19世纪初,煤炭消费最大峰值发生在20世纪初,石油消费峰值发生在19世纪末,天然气消费峰值将发生在21世纪中叶。旧的能源被替代基本上要花一个世纪的时期。预计,到21世纪中叶,太阳能、氢燃料等新能源将占到总体能源的一半以上比例,成为新的主体能源。

图1 世界非再生天然能源品不同时期比例构成

2.2 我国煤炭的“双峰值”问题

全球煤炭能源的最大价值峰值期发生在20世纪初。但对发展中国家,尤其是经济体量较大的中国,煤炭双峰值期来临较晚,其价值峰值发生在2001－2012年煤炭黄金十年期间,价格峰值发生在2011－2012年,期间23.0 MJ/kg热值的煤炭环渤海平仓价突破930元/t。自2012年后,煤炭价格开始回落,自此煤炭的最大价值期(价格峰值)已经过去。据专家预测,我国煤炭消费量最大峰值期将发生在2020－2030年之间,届时煤炭年最大消费量将达41亿t左右,随后逐年回落。预计到2050年,我国煤炭消费量下降到占全部能源比例的40%以下,同时新能源将占主导地位。我国煤炭能源品双峰值见图2。

图2 中国煤炭双峰值特性

由非再生天然能源品双峰值特性理论可知,作为经济发展的需要,要把握非再生天然能源品的最大价值期特性,在其最大价值峰值期内,加大开采力度,降低关税加大出口力度,从而创造最大经济价值。“有水快流”政策使私有小煤矿在全国各矿区开花。截至2005年,全国有大小煤矿10万个,产量突破30亿t。虽然存在开采无序、环境以及安全等问题,但这个时期煤炭为我国的经济建设做出了极大的贡献。但是,在煤炭黄金十年的后几年,政府大力保护矿产资源,大幅度提高了煤炭及稀土出口关税,同时降低进口关税,使得煤炭出口受到重挫,我国从煤炭出口国变成净进口国。2015年,我国煤炭净进口超过3亿t。国外煤炭商紧抓我国煤炭市场最大化价值黄金期,造成全球煤炭冲击中国市场的局面,2009－2015年我国煤炭因出口减少而少创造外来财富价值在300亿美元以上。煤炭最大化价值期过后,政府为给过剩的煤炭产能寻找出路,从2015年初再将10%的煤炭出口关税进一步下调至3%,但仍然扭转不了煤炭净进口的局面,因为出口中国煤炭的几大煤炭生产国,如澳大利亚、美国、印尼等国家,煤炭双峰值期已过去,消纳煤炭的市场达到最小值,唯有出口我国才有获得最大受益的机会。

我国目前煤炭能源产能过剩,依据煤炭双峰值特性理论,我国煤炭最大价值期已经过去,供给侧结构性改革政策适时推出,压产去库存也是正逢煤炭价值降低到L走势的时机,证明了国家供给侧结构性改革政策的正确性。

3 技术报酬边际递减律

3.1 技术报酬边际递减律

边际报酬递减律是指在一定时期的生产过程中,在其中一些条件(投入要素,如技术条件)不变的前提下,增加某种生产要素的投入,当该要素投入量增加到一定程度后,再增加该要素时,所产生的效益增加量是递减的,边际报酬递减律是以技术水平和其他生产要素的投入数量保持不变为条件的一种经济规律。技术报酬边际递减律则是指除技术之外的其他投入要素都不变(包括环境)情况下,随着技术的革新和进步,所产生的效益增加到一定程度时,单位技术资本的投入,其产生的效益出现递减现象。这与边际技术替代率递减律相符合:在两种投入生产要素相互替代的过程中,普遍地存在一种现象,即在产量不变的前提下,当其中一种生产要素的投入不断增加时,每一单位的这种生产要素投入所能替代的另一种生产要素的数量呈现逐渐递减的现象。

早在1976年美国国会联合经济委员会的听证会上,就有许多技术专家提出了美国技术报酬边际递减律开始广泛起作用,昔日美国的那种技术长足进步局面一去不返了。因为技术并不是一种独立的力量,归根结底只是能量转换器而已,特定模式的技术总是被设计来转化特定能源环境能量的。作为第一次工业革命基本技术的蒸汽机本质上是为转化地表中的煤炭的能量而发明的,其也是一种能量转化器。然而,在这些技术获得突破的同时,技术模式的扩散和系统中能量流通的增大使环境的熵趋于无穷大,使得进一步从环境里提取能量变得更加复杂且成本不断加大,于是递减律开始在能量流通的各个环节发挥作用,能量流造成的混乱日益增大,大大地限制了新技术可能性。

同时,技术的外部性进一步加大。美国布鲁金斯学会的一项研究表明,煤炭、钢铁工业在污染质量设施上的花费达总开支的20%以上,为此,20世纪80年代初美国的经济增长率下降17%～20%。由熵增原理(热力学第二定律)可知,任何技术都不是尽善尽美的,技术报酬边际递减是必然结果。因此,我国的煤化工尤其是煤制油工业是一直受到质疑的选择。

3.2 新能源替代技术报酬递减

依据技术报酬边际递减律,新能源替代技术同样面临着技术报酬边际递减问题。新能源指水电、风电、太阳能等,也被称为可再生能源,根据我国规划,到2030年新能源占总消费能源的比例不低于20%。

我国各种能源平均发电成本火电0.3元/k Wh,水电0.4元/k Wh,风电0.5元/k Wh,太阳能3.3元/k Wh,核电0.9元/k Wh。新能源除水电与火电成本相当外,风电高出火电成本40%,太阳能发电是火电发电成本的11倍,核电成本是火电的3倍。新能源发电成本不是通过简单技术革新路径就可以达到火电发电成本的,也透视新能源与火电成本相近还有很长的路要走。水、风、太阳能等可再生新能源中,水资源和风能资源都受到自然条件的制约,其发展都受到极大的限制;太阳能虽然获取较为便利,但发电装置大面积占用土地资源、太阳能收集器的制造成本高以及生产太阳能收集器所消耗的其它资源不可忽视。根据美国统计数据,为250万个家庭提供60%的太阳能,需要消耗美国铜产量的1/3。如果美国一半电力来自太阳能,即使目前使用效率最高的转换器,每年建造这种装置需要的白金也将超过世界白金的年产量。同时,为建立大规模的太阳能基础结构,还需要大量的其它矿物资源,包括镉、硅、锗、硒、镓、砷、硫等,以及巨量的玻璃、塑料、橡胶,大量的乙烯乙二醇、液态金属和氟利昂。制造任何太阳能设备(包括收集器)都得使用其他能源。由于太阳能对地面辐射程度极其微弱,所以,为了收集足够太阳能,就必须消耗各种材料、资源搭建起巨大的台架,用以安装大型光伏设备。由于我们无法控制太阳辐射这个宇宙恒量,我们就很可能克服不了上述困难。这很好地说明了光伏发电技术发展也逃脱不了边际报酬递减律。

根据国家电网权威机构统计数,2011年光伏发电设备利用小时数为1229 h,而2015年光伏发电设备利用小时数降为1200 h,减少29 h。因此,完全寄希望于新能源,不讲实际的大幅度放弃传统能源是错误的观念,只有合理确定可再生能源与传统能源之间的平衡点,才能实现综合社会效益最大化以及环境友好化的目标。

4 我国新能源对火力发电替代

4.1 我国新能源发展现状与趋势

中国新能源产业规模不断扩大,发展速度较快,利用比较广泛的新能源包括太阳能、风能和生物质能等。

中国是全球光伏发电安装量增长最快的国家, 2011年的光伏发电安装量比2010年增长了约5倍,2011年电池产量达到20 GW,约占全球的65%。截至2011年底,中国共有电池企业约115家,总产能为36.5 GW左右。其中产能1 GW以上的企业共14家,占总产能的53%;在100 MW和1G W之间的企业共63家,占总产能的43%;剩余的38家产能皆在100 MW以内,仅占全国总产能的4%。规模、技术、成本的差异化竞争格局逐渐明晰。国内前十家组件生产商的出货量占到电池总产量的60%。中国太阳能光伏发电发展潜力巨大,配合积极稳定的政策扶持,到2030年光伏装机容量将达1亿k W,年发电量可达1300亿k Wh,相当于少建30多个大型燃煤电厂。国家未来三年将投资200亿元补贴光伏业,中国太阳能光伏发电又迎来了新一轮的快速增长,并吸引了更多的战略投资者融入到这个行业中来。

中国的并网风电得到迅速发展。2006年,中国风电累计装机容量已经达到260万k W,成为继欧洲、美国和印度之后发展风力发电的主要市场之一。2007年我国风电产业规模延续暴发式增长态势,截至2007年底全国累计装机约600万k W。2008年8月,中国风电装机总量已经达到700万k W,占中国发电总装机容量的1%,位居世界第五,这也意味着中国已进入可再生能源大国行列。2008年以来,国内风电建设的热潮达到了白热化的程度。2009年,中国(不含台湾地区)新增风电机组10129台,容量13803.2 MW,同比增长124%;累计安装风电机组21581台,容量25805.3 MW。2009年,台湾地区新增风电机组37台,容量77.9 MW;累计安装风电机组227台,容量436.05 MW。

大型国有、民营以及外资企业纷纷投资参与中国生物质发电产业的建设运营。截至2007年底,国家和各省发改委已核准项目87个,总装机规模220万k W。中国已建成投产的生物质直燃发电项目超过15个,在建项目30多个。到2008年底,中国生物质能发电总装机为315万k W。可以看出,中国生物质发电产业的发展渐入佳境。开发利用可再生能源,对于保障能源安全、保护生态环境、实现可持续发展具有重要意义。国家已经决定,将安排资金支持可再生能源的技术研发、设备制造及检测认证等产业服务体系建设。

虽然中国当前新能源发展已经进步迅速,且具有光明前景,但要想真正发挥新能源的优势,还需要国家、行业等层面不断做出努力。

(1)国家政策为新能源发展创造有利环境。为优化国内能源利用结构,促进我国经济可持续发展,我国公布实施了《可再生能源法》,制定了可再生能源发电优先上网、全额收购、价格优惠及社会公摊的政策。建立了可再生能源发展专项资金,支持资源调查、技术研发、试点示范工程建设和农村可再生能源开发利用;发布《国家中长期科学技术发展规划纲要(2006－2020年)》,编制完成了《可再生能源中长期发展规划》,提出到2010年使可再生能源消费量达到能源消费总量的10%,到2020年达到15%的发展目标。

(2)自主技术研发将为新能源发展奠定技术基础。我国新能源利用技术取得了突破性进展,在引进国外先进技术的基础上,自主研发能力持续提高,为新能源利用持续利用奠定技术基础。

(3)产业龙头带动与民营企业异军突起将为新能源发展注入动力。新能源发展已经成为国内各产业巨头和民间资本重点投资对象,发展新能源产业成为企业发展重要的战略之一。

4.2 新能源对火力发电的替代

从政府去产能政策看,减少煤炭能源的供给是必然的结果,那么随着我国经济体量的不断增大,未来几年内GDP 6%的增长目标,能源供给增长将是长期的,这些能源替代寄希望燃气、核能及新能源。按照国家规划,五年时间里减少煤炭生产7.5亿t,可折算出洁净能源、新能源的替代数据。7.5亿t原煤大约折合5.36亿t标煤,完全由新能源替代,需要水电23200万k W、太阳能发电23144万k W、风电23185万k W、核电23247万k W。

火电装机容量与实际发电量的增减,联动煤炭产能的增减。中国电力联合会数据显示,2011、2012、2013年动力煤消耗量分别为16.05亿t、18.55亿t、20.12亿t,2014年全年重点发电企业耗煤12.4亿t,同比下降7.5%。2015年动力煤消耗量维持在20～22亿t之间。“十二五”期间比“十一五”期间动力煤消耗增长率降低0.75个百分点,预计“十三五”期间,动力煤消耗增长率比“十二五”将降低1.25个百分点以上。从表2可以看出,2013年全年包括核电在内的新能源发电实现替代煤炭燃料达9.139亿t。

据中国电力联合会预测,2020年前后,燃煤发电占到全部发电比重的50%以下。新能源发电的冲击及节能减排技术的进步,双重因素作用迫使煤炭化石能源逐步被减缩。但是,就中国当前形势来讲,未来较长时间内,煤炭仍将是我国电力行业的重要基础能源。与世界先进水平相比,总体来看,我国燃煤发电效率和资源综合利用水平依然偏低,并且环境污染问题严重。因此,依靠科技进步,大力发展清洁煤发电技术,促进煤炭向电力的高效清洁转换,既符合我国经济发展的需求,也符合国家提高能源转换效率、加强节能减排的可持续发展战略,这将是下一步实现燃煤发电高效清洁利用的重要发展方向。考虑到光伏、风电等新能源发电方式的全面推广还有很长一段路要走,要想实现当前形势下的自然资源综合利用效益最大化,必须充分发挥各类能源的优势,既要发挥煤炭的基础能源优势,还需要充分利用新能源的清洁特点,不断探寻化石能源与新能源之间的均衡点,最终完成新能源对化石能源替代的平滑过渡,同时实现自然资源可持续性、高效利用。

表2 2013年我国主要电力建设及燃煤情况

5 结论

煤炭属于非再生性天然能源品,煤炭的双峰值特性告诉我们,我国煤炭的最大价值(价格)期已过去,所以中央推出的供给侧结构性改革,对煤炭实施去产能和减量化重组恰逢煤炭处于价值下降期,属于经济最优选择。技术报酬边际递减律告诉我们,实施新能源对传统能源的替代过程中,要认真研究新能源技术进步报酬边际问题,做到传统能源最优减量化与新能源替代的最优化规模。光伏发电项目的高速扩张所带来的外部性问题不容忽视,作为“净能量”产出较低的能源利用方式,不只看到光伏发电的洁净性,更应当看到太阳能装备被制造出来所浪费的自然资源和对能量的极大消耗。实施新能源替代的最优选择点在于寻求传统能源与洁净能源、新能源的综合成本最小、环境友好。

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

秦皇岛市科技局项目(201602A281)

乌云娜,刘凌云.煤炭去产能与新能源替代关系研究[J].中国煤炭,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.