对资源型城市能源转型的思考——以太原市为例

张保留，王健，吕连宏，夏捷，杨占红，罗宏*

1.中国环境科学研究院 2.北京市节能环保促进会

资源型城市转型一直是个极具交叉性与复合性的难题，山西省作为能源大省于工业化推进过程中，形成了鲜明的资源型城市特征。而太原作为其省会城市，则应担负起其本身该有的中心引导与辐射作用。作为典型的资源型城市，太原市长期依靠能源资源的高投入、高消耗拉动经济发展，而其煤炭占据绝对主导地位的能源消费特征曾导致太原市严重的环境污染，其中尤以大气污染形势最为严峻。2017年4月，李克强总理主持国务院常务会议，部署对大气重污染成因和治理展开攻关，主要对作为大气污染传输通道的京津冀及周边地区“2+26”城市的大气环境问题进行着重研究，太原市也位列其中。能源作为污染的重要源头，成为攻克大气环境问题的重要抓手。2018年2月13日，国务院正式批复太原市、桂林市、深圳市创建国家可持续发展议程创新示范区，同意太原市以资源型城市转型升级为主题建设创新示范区，充分体现了党中央、国务院对资源型城市转型发展的高度重视，同时也是山西省建设资源型经济转型发展示范区、打造能源革命排头兵的重要契机。同年4月24日，太原市正式启动示范区建设。而在当前及未来的建设期，无论是从供给侧改革的角度，抑或是生态文明建设的层面，能源改革与转型都将是支撑城市可持续发展的重中之重。

1 国内外实践经验

资源型城市转型涉及能源与产业结构调整等多方面，而能源的转型与改革相关实践经验，是关乎城市发展基础与动力的关键所在。能源转型的目标是通过提高能源“独立性”、减少排放来实现经济繁荣。这意味着建立具备政策支持的国家级可再生技术产业，理想的做法是将清洁能源成本降低到无需支持的程度[1]。全球能源转型已呈现出能源结构清洁低碳化、能效及电气化提高、新一代能源技术进步持续推进的特征[2]，而发达国家在能源转型上的成功案例更验证了能源的重要地位。纵观全球主要能源转型国家，其选择由依赖化石能源向可再生能源转型的目的主要包括实现能源安全，减轻环境影响，发展制造业和服务业，促进经济繁荣以及创造就业机会等[3]。而在能源转型的政策上主要从以下几个维度考虑：1)行业层面，如针对发电、建筑或交通等；2)政策目标，如针对减少碳排放、促进可再生能源发展或提高能源效率等；3)政策要素，如限制数量、限制价格或补贴碳税的政策等。而通过分析能源转型特点不难发现，除了简单的能源替代手段外，更多能源转型手段关注的是能源生产与消费方式的变革，大体表现为能源效率的提升或可再生能源的推广等。

在国外，以欧盟为首的能源联盟要求欧盟提供安全、有竞争力和可持续的能源，并提出到2030年，欧盟能源结构中32%的能源将依赖可再生能源。因此所有成员国都必须加大对可再生能源的使用，减少对化石燃料的依赖[4]。瑞典是能源转型的引领国家，能源转型指数全球最高。2009年，瑞典政府出台《气候与能源联合法案》，制定了高于欧盟的能源转型和碳减排目标，其中2020年的目标是在1990年基础上可再生能源占比不低于50%，最迟于2045年实现温室气体零排放，其长期目标是成为全球第一个无化石能源使用的国家。目前瑞典非化石能源占比超过34，能源结构以核电、生物质为主体，在垃圾回收和能源化利用方面有独特优势[5]。德国作为能源转型先行国之一，一直秉承效率优先的原则，限制能源需求并增加可再生能源使用[6]。其能源转型始于反核诉求，所颁布的《可再生能源法》使得可再生能源领域的投资成为无风险、高利润的投资领域[7]，除此之外，德国政府还推出可再生能源供热市场激励方案，采用财政补贴、税收等手段来推动可再生能源技术的市场化，于是德国可再生能源比例从2000年的5%一跃升至2018年的33%左右。英国是世界上最早提出向低碳经济转型的国家，并将相关目标纳入法律框架，所发布的能源白皮书《低碳转型计划》《英国可再生能源战略》等，均体现了其低碳转型的战略型布局。另外在供暖能源转型方面，还出台了可再生能源供热激励计划，促进供暖能源从天然气等化石能源转为生物质、地热等可再生能源[8]。法国加来地区在能源转型上，政府主导通过政策倾斜提供了巨额资金援助和低息贷款以收购法国煤炭公司私人股份，关停煤炭采掘，引导转向供电和工程设计行业，逐渐实现煤炭转向电力消费[9]。加拿大安大略省在环境空气质量改善的目标要求下，采取退煤手段，先后颁布《绿色能源法案》和《终止燃煤以实现更加清洁空气法案》，规定全面淘汰燃煤发电，禁止省内现有及新建发电设施使用燃煤，同时大力发展绿色能源，从推动能源转型到彻底退出煤炭发电产业，历经数十年，成为北美首个零煤电地区[10]。此外还有些发展中国家也为能源转型推出了一系列措施，如印度成立了总理气候变化委员会，颁布《国家应对气候变化行动计划》；南非颁布了《可再生能源政策白皮书》以及《国家应对气候变化白皮书》等。当然，更多的国家因为当前的能源问题，在着力研究如何实现能源转型，如韩国研究者利用LEAP模型，对其实现能源可持续发展做出了向可再生能源转型的情景分析[11]，并提出相关的配套措施。意大利南蒂罗尔市基于社会制度研究，提出在向新能源体系过渡转型的过程中，类似的城市应联合起来共享经验、促进合作，从而可以在区域和跨区域尺度上实现更平衡、包容、平等和快速的能源转型[12]。值得注意的是，国外能源转型不仅涉及到能源自身结构调整及气候改善、环境保护等需求，更多的还涉及到政治外交、民主意愿及战略等多方面因素[13-14]，因此,于我国而言借鉴其经验，还需结合国情，因地制宜。

在国内，我国能源转型也已经取得一定进步，但鉴于整个国家资源禀赋特征及技术限制，以煤为主的能源结构特征已持续多年，能源转型的个案研究较少，但能源结构优化调整一直是国家重要的能源发展战略。1981年至今，我国政府在能源转型方面采取了一系列政策，以减少煤炭能源系统的污染物排放和温室气体排放，并支持可再生能源技术[15]。如2007年第一份能源白皮书《中国的能源状况与政策》发布，标志着我国正式开启能源转型道路；2014年、2016年相继颁布了《能源发展战略行动计划(2014—2020年)》和《能源生产和消费革命战略(2016—2030)》，提出要加快构建清洁高效、安全可持续的现代能源体系。而在环境保护与可持续发展的大背景下，未来可再生能源在减缓气候变化和能源转型中将发挥重要作用[16]。我国现已建成能源转型和可再生能源发展示范城市，如素有“三晋宝地”之称的山西省吕梁市孝义市是典型的资源型城市，其中关于能源转型的典型做法是依托发展铝产业、现代生态农业取代煤焦产业，同时发展高级煤化工产业，成功改变了煤焦产业为孝义单一支柱的资源发展模式。黑龙江鸡西、鹤岗、双鸭山、七台河作为黑龙江省四大煤城[17]，是典型的煤炭资源型城市，通过推进煤电化清洁高效转化和资源综合利用，延伸煤炭产业链，发展新能源、石墨烯、现代生态农业，探索新兴产业等手段，成功减轻对煤炭资源的依赖。除此之外，学者们也在探索资源型城市转型路径，如将资源型城市转型从能源和产业层面分为复兴式、转型式、告别式等转型方式[18]，将煤炭资源型城市的转型路径归纳为服务业推动、文化驱动、外向驱动等方面。从根本层面上，能源转型需依托产业替代与升级，而推动能源转型的路径，则离不开能源供给与消费革命、能源技术革命和体制革命以及能源领域的区域合作。

2 太原市能源特征分析及问题诊断

根据太原市近年来的统计年鉴及相关数据资料，结合太原市的重工业特点，对太原市主要能源生产消费现状及工业用能的特点进行特征分析与问题诊断。

2.1 能源生产结构单一，可再生能源开发利用不足

一次能源生产中几乎全部为原煤，天然气开采比例较低。二次能源生产中，火力发电占总发电量的比例常年高达99.8%，可再生能源发电的发展迟滞，仅在2015年之后开始有风力发电，且比例极低，这对于太原市未来的能源替代及能源结构的清洁化调整较为不利。

2.2 能源消费结构以煤为主，污染减排压力大

以工业为主的太原市能源消费以煤品为主要燃料(图1)，不仅利用率受到限制，且燃煤排放的气体是造成大气污染的主要来源之一。如果不能有效控制，污染物减排压力会越来越大。能源消费结构中一次能源消费占比过重的情况近年来在控煤的趋势下有所下降，但煤炭占比仍高达70%以上，其中规模以上工业的煤炭消费比例约占总体的70%～80%，电煤消费占比仅约15%。天然气、电力、可再生能源消费占比有待提高。“双替代”取得了一定的成效，电力及天然气消费量增长迅速，但消费量占比仍有待提高。

图1 太原市规模以上工业能源消费结构Fig.1 Energy consumption structure of industries above designated size in Taiyuan City

2.3 综合能耗强度逐年下降，能源利用水平偏低

太原市单位GDP能耗呈逐年下降趋势，能源利用效率有所提高，能耗强度降幅在2014年达到低位之后，有一定上升。相比于山西省(1.4～1.8 t万元，以标煤计，下同)和国家能耗水平(0.6～0.8 t万元)，太原市能耗强度(0.9～1.2 t万元)小于山西省，但与国家能源利用效率仍存在一定差距(图2)。从世界范围看，我国能耗强度与世界平均水平及发达国家相比仍然偏高，是发达国家平均水平的2倍左右。随着能源利用技术的不断提高，未来全国以及太原市的能源利用效率都还有一定的上升空间。

图2 太原市单位GDP能耗及与国家和山西省对比Fig.2 Energy consumption per unit of GDP of Taiyuan City and comparison with the country and Shanxi Province

2.4 高耗能行业能源消费量大，行业结构偏重

太原市耗能密集型工业结构特点突出,规模以上工业能源消费量大，占工业能耗的90%以上。煤炭、焦化、化工、水泥、冶金、电力六大高耗能行业能源消费量占工业总能耗的95%以上，而产值却只占48.8%；可见，其他行业用不到3.0%的能耗，创造了全市50%以上的工业产值。高耗能细分行业主要集中在煤炭开采和洗选业，黑色金属冶炼与压延加工业，石油加工、炼焦及核燃料加工业，化学原料及化学制品制造业，非金属矿物制品业，电力、热力的生产和供应业六大行业，其能源消费占规模以上企业能耗的95%左右(图3)。经济增长依赖能源、原材料拉动，产业结构偏重特征明显。

图3 太原市规模以上工业重点行业能耗占比Fig.3 Ratio of energy consumption of key industries above designated size in Taiyuan City

2.5 行业能效不断提高，能耗降低难度加大

2016年太原市火力发电行业效率已经达到44.9%，电厂火力发电标准煤耗降到273.97 kg(kW·h)，而实现节能的主力洗煤、炼焦行业，加工转换效率分别达90.6%和94.9%，已经达到或接近目前设备装备情况下该行业的领先水平，进一步提高生产效率将引起企业生产成本增加及利润的下降，通过提高效率的方法完成节能目标的难度将进一步加大。

2.6 替代能源品种稀缺，供给能力不足

当前能够替代煤炭的品种主要包括天然气和电力。太原市共有3家天然气输配支柱企业。本地有天然气产出，但大部分输出外地，本地天然气依靠外地输入，而本地天然气主要用于工业和民用生活，需求季节性特征明显，供暖季主要保证居民用气，应急调峰储备能力不足，储气设施较少，主要由LNG(液化天然气)储罐和分散LNG站供应，2017年供应能力仅为5 400 m3，而当年太原市天然气利用量预计达18亿m3。由于“煤改气”大规模推进，气源和应急储备不足，2017年出现严重气荒，供应矛盾突出。而在电力使用方面，太原城区周边电网结构薄弱，供电能力不足。“煤改电”工程新建配电变压器容量要求高，建设成本高、建设难度大。现有电站处于超负荷运行状态，无法接纳新装负荷，因此加快电网建设项目落地非常有必要，另外电网智能化程度低，亟待提高。

3 太原市能源转型及发展对策

基于太原市能源结构现状及所存问题分析，综合太原市未来发展定位、山西省对太原市社会经济发展及生态环境发展要求，结合国家层面发展规划指导意见及相关精神，同时借鉴国内外能源转型及发展先进案例，考虑到能源转型任务的长期性和艰巨性，本研究针对太原市提出能源结构优化调整及能源发展建议，以期为促进太原市能源转型，及其他具有类似情况的区域提供借鉴。

3.1 降低煤炭消费比重，推进煤炭清洁化利用

首先，应提高太原市能源结构，尤其是煤炭消费比重的透明化、公开化及相关数据的可获得性。其次，应响应国家及省级控煤要求，制定明确的控煤计划，实现煤炭消费占比绝对下降，一方面可通过提高煤炭利用效率实现节约用煤；另一方面可提高替代能源消费占比。鉴于太原市煤炭的主体地位在短期内很难改变，在煤炭压减空间不足的情况下，促进煤炭的清洁高效利用，优化主体能源的利用方式，对于太原市能源环境经济的可持续发展更为适宜。着力推广应用清洁低碳能源开发利用技术，在关键技术创新方面，既要体现国家、山西省及太原市对重大工程的布局，也要充分发挥行业组织和主要能源企业的研发积极性。结合太原市洁净煤技术发展状况，应着力提高煤炭洗选比例，发展高精度煤炭洗选加工，实现煤炭深度提质和分质分级，推进煤炭清洁供应，还要加快开发适应太原市的高灰熔点、高灰分、高硫煤质特点的大型、高效、低成本先进煤气化技术，以发挥其煤炭清洁利用技术优势。另外，还应适当推进煤基醇醚燃料、煤制油等清洁化利用方式，大力推广煤基多联产技术[19]，多途径促进煤炭的清洁、高效、循环发展。

3.2 控制工业能耗水平，提升工业能源资源的综合利用水平

继续保持太原市循环流化床锅炉技术、煤炭气化技术的国家领先地位，进一步通过搭建能源科研创新平台，从工业、建筑及交通运输等多环节入手，发展高效用能技术，加强生产工艺和机械设备节能技术研发，推动技术规模化应用。进一步挖掘太原市包括西山煤电集团、太原第一热电厂、太原钢铁集团有限公司等在内的以煤炭、电力和冶金等为主的高耗能企业行业的节能潜力，可尝试推行节能承诺制，鼓励重点用能单位在完成能源消费总量控制目标要求基础上，对企业能效水平作出承诺，激发节能提升能效内生动力。同时应加强控制新引入行业企业的能耗水平，逐步优化调整工业结构，淘汰铁合金冶炼、炭黑生产、水泥制造等行业，加快部署信息产业、新能源汽车、节能环保等一批新兴产业项目，以降低高耗能行业能耗占比。同时鼓励煤炭企业与电力、焦化、煤化工企业联合，加大煤炭、煤泥、瓦斯和矿井水、高炉煤气等余气、余热等余能的回收利用规模，进一步提升产业集中度和资源综合利用水平。

3.3 推动能源分布式发展，提升可再生能源消费占比

随着技术的快速进步，“十四五”时期以风电、光伏发电为代表的新能源行业有望逐步实现平价，能源“十四五”发展的侧重点也将由速度规模型向质量效益型转变，因此重视关键技术研发攻关，加快培育能源发展新动能，是太原市的必然发展趋势。首先，应加强与山西省其他地市的合作，如与大同、朔州、忻州等地的风电合作，与长治等地的太阳能光伏统筹互联。其次，太原市太阳能、地热能、工业余热、生物质能等可再生能源分布广泛，应在太原市内加强可再生能源的调动使用。其中，阳曲、古交、娄烦、清徐等区县常年日照充足，可着重发展太阳能光伏发电、光伏多元化应用等；根据开采条件及资源禀赋，可考虑发展杏花岭区、迎泽区、万柏林区、小店区土壤源热泵，发展尖草坪区、小店区、晋源区地下水源热泵；市中心亲贤地垒区地热能资源丰富，可发展地热发电、地热采暖等；鼓励农村发展生物质、沼气、垃圾发电等；同时还应推动可再生能源建筑的应用与推广，因地制宜，加快提升水能、风能、太阳能、生物质能等可再生能源的消费占比。

3.4 稳步推进散煤治理，保障替代能源供应能力

继续推进太原市散煤治理工作，严格执行已建成的高污染燃料禁燃区规定，实现散煤高比例替代。综合评估“煤改气”及“煤改电”适用条件，对暂不具备清洁能源替代条件的偏远地区，适当推广“洁净煤+环保炉具”的取暖方式。在供应端着力解决天然气供应不足问题，提高储气规模和应急调峰能力，燃气企业要协调上游供气企业，尽早确定增量天然气指标，保障居民取暖用气需求。一方面提高供气能力，加强煤层气勘查抽采和储运利用，推动全市煤层气安全、高效和规模化利用。另一方面，加强气源储备及管道设施建设，加快太原应急调峰储气设施建设，做好能源储备工作。实施煤层气、天然气、煤制天然气等多气源建设，加快管网的互联互通。加快“煤改电”电网升级改造，促进智能电网的建设。尝试并探索发展智慧能源技术，推动互联网与分布式能源技术、先进电网技术、储能技术深度融合。另外，可发展谷电蓄热等方式，通过经济政策降低用电费用。通过发展可再生能源发电，提高电能的清洁化水平，进一步降低污染物排放。

3.5 以市场化为导向，促进能源包容式发展

还原能源商品属性，促进构建商品化能源服务体系，加快形成统一开放、竞争有序的市场体系，充分发挥市场配置资源的决定性作用。以用能权等能源交易市场为突破，确立公平、开放、透明、统一的市场规则，继续发挥太原市煤炭交易中心等能源电子商务平台的作用，建立更具创新性的多元化能源交易平台，构建有效竞争的能源市场体系，积极稳妥发展混合所有制，实现市场主体多元化。应结合中央关于混合所有制改革的重大部署，通过建立民营新能源与国有传统能源包容发展的协同体系、加强民营新能源企业与国有企业的混合所有制改革、鼓励传统能源企业主动介入新能源领域等方式，积极推动传统能源与新能源包容式发展，如加强太原市洗储企业行业管理，鼓励现有煤炭企业与社会民营洗储企业整合，实现社会资源合理、高效利用，促进优化太原市能源格局，为稳步建设太原市现代能源体系提供有力支撑。