煤炭产业绿色低碳发展政策情景模拟研究

王喜莲 ，金青

（1. 西安科技大学 管理学院，陕西 西安 710054；2. 西安科技大学 能源经济与管理研究中心，陕西 西安 710054）

2020年9月，中国国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上强调要坚持绿色低碳，促进人与自然和谐共生，并提出了我国碳达峰、碳中和的目标。2020年12月，中央经济工作会议指出要抓紧制定2030年前碳排放达峰行动方案，支持有条件的地方率先达峰；同时，国家发展改革委强调下一步我国将围绕实现碳达峰、碳中和目标采取有力措施，持续提升能源利用效率，加快能源消费方式转变，大力发展光伏发电、风电等可再生能源发电，推动煤炭消费尽早达峰。在此背景下，实现“三高”产业的经济结构转型和降低“三高”产业比重迫在眉睫。煤炭产业具有典型的“三高”特点，政府、企业与业内专家学者针对煤炭产业的绿色、低碳发展做了大量的前期工作和研究，但未从根本与实际上解决煤炭产业的“三高”瓶颈问题，究其原因主要是政府激励性措施或限制性手段的影响作用落实不到位，无法推动产业完成绿色低碳转型。

正如姜大霖和聂立功[1]认为煤炭行业绿色发展转型是一项内涵丰富的长期系统性工程，涉及多因素的协同发展；Johansson & Winroth[2]认为绿色生产技术的进步带来能源效率的提升和成本的下降；王爱国等[3]提出社会监督是企业提升绿色发展绩效的重要路径，而Kolln & Prakash[4]认为政府的环境技术补贴和利益相关者驱动力可以促进企业自愿实施低碳生产行为；史俊伟等[5]构建了包括经济、环境、资源、技术、人才和管理六因素煤炭企业绿色竞争力评价体系；张金锁等[6]构建了煤炭资源安全、绿色、高效开采指标体系并进行了评价；焦嶕和赵国浩[7]从人口、资源、经济、环境、社会五个方面对煤炭产业绿色低碳发展影响因素及评价体系进行了梳理；宋子岭等[8]基于煤炭开采固体、水体、气体及生态环境指标对露天煤矿绿色开采进行了评价；王喜莲和贾县民[9]基于DPSIR-TOPSIS模型构建了绿色低碳评价指标体系。在煤炭产业绿色低碳发展政策模拟及优化方面，司春彦等[10]基于政策网络理论，以利益相关者间政策网络结构图为依据，设计我国煤炭地区的绿色发展政策；Li等[11]以政策网络理论为基础，对山西省绿色发展政策进行了设计及效果评估；曾军等[12]运用系统动力学模型构建煤炭产业碳减排路径仿真模型，提出能源结构调整和技术进步等路径组合能有效实现碳减排的目标；周雄勇等[13]以政府、经济、人口等要素出发构建节能减排的系统动力学模型，动态仿真不同政策工具的实施效果；黄光球和徐聪[14]基于DPSIR确定系统动力学模型的边界，从低碳经济视角分析了政策对资源产业碳排放的影响作用。

综上所述，相关研究主要以资源型城市、企业为研究对象，也因研究视角不同煤炭产业绿色低碳发展系统在内容和因素数量上存在较大差异，政策模拟以定性分析居多，缺乏相关政策效果的仿真模拟，鲜少结合我国能源结构和减排目标确定出具体的政策内容、方式和力度，导致提出的政策建议针对性不强，不能有效助推我国资源产业及经济绿色低碳发展。因此，综合考虑煤炭产业对经济、社会、资源、环境与政策等的影响，建立煤炭产业绿色低碳系统仿真模型，通过调整模型内部的参数，寻求煤炭产业绿色低碳发展的政策依据，进而推动煤炭产业绿色低碳的政策创新。

1 煤炭产业绿色低碳发展系统模型的构建

1.1 系统边界的确定

综合煤炭产业绿色低碳发展因素相关研究，大体归纳为经济、社会、资源、环境、技术和政策六个方面，现将煤炭产业绿色低碳系统结构划分为经济子系统、社会子系统、资源子系统、环境子系统和政策子系统，技术因素作为调控因子反映绿色低碳的作用效果，纳入政策子系统。经济子系统主要包括GDP总量，第一、第二、第三产业产值，固体废弃物、矿山环境恢复治理投资等；社会子系统选取总人口规模为状态变量，人口数量的变化影响到生活耗煤量和生态环境的污染状况；资源子系统主要指煤炭消费、生产及消耗的其他能源，主要变量为煤炭产量、煤炭消费量、化石资源消耗量和新能源消耗量等；环境子系统指煤炭消费和生产碳排放、固体废弃物产生量、矿山开采累计占用土地等生态环境破坏；政策子系统主要指煤炭产业绿色低碳发展相关政策，包括产业政策、资源政策、技术政策、税收政策。

以上5个子系统相互影响、彼此制约，其中经济和社会子系统为输入型子系统，资源和环境子系统为输出型子系统，政策子系统作为反应型子系统，输入型子系统对输出型子系统产生影响，反应型子系统考察绿色低碳政策变化对输出型子系统的作用效果，故政策子系统成为整个系统的核心，煤炭产业绿色低碳发展系统结构框图如图1所示。

图1 煤炭产业绿色低碳发展系统结构框图

1.2 系统因素因果关系分析

根据煤炭产业绿色低碳发展各子系统变量关系，煤炭产业绿色低碳发展主要存在以下三个反馈回路。

回路1：GDP总量→+污染治理投入→+环境修复治理量→-污染物排放量→+环境相对污染度→+生态环境影响因子→+死亡人口→-总人口量→+生活耗煤量→+煤炭消费量→+产业产值→+GDP增加量→+GDP总量；

回路2：出生人口→+总人口量→+生活耗煤量→+煤炭消费量→+煤炭产量→+煤炭产业碳排放量→+温室气体相对污染度→+环境相对污染度→+生态环境影响因子→+死亡人口→-总人口量；

回路3：污染治理投入→+技术进步→+环境修复治理量→-污染物排放量→+环境相对污染度→+绿色低碳政策→+污染治理投入。

由图2可知，GDP总量增加会促进污染治理投入的提升，污染治理投入造成技术的进步和环境修复治理量的提升，环境修复治理量的增加会降低污染物排放量；死亡人口的增加通过环境相对污染度，从而降低总人口量，人口总量的增加对生活耗煤量有拉动促进作用，而生活耗煤量的增长造成煤炭消费量的增加；煤炭产业消费量的增加促进煤炭产业的碳排放，煤炭产业碳排放会提高温室气体的相对污染度；污染物排放量的降低有利于减少环境相对污染度，而环境相对污染度对绿色低碳政策的制定与实施有着积极作用。

图2 煤炭产业绿色低碳发展系统变量因果回路图

1.3 系统动力学模型的构建

1.3.1 模型假设

（1）只考虑系统边界内的变量，对其他影响因素暂时不予考虑。（2）短期内宏观经济保持稳定增长，无较大的异常风险波动。（3）煤炭产业碳排放包含消费性碳排放和生产性碳排放，生产性碳排放分为生产过程中产生的碳排放和瓦斯的温室效应，因为瓦斯的主要成分是甲烷，其碳排放系数为24.5。（4）由于数据的可获得性条件限制，煤炭产业绿色指标选取煤炭资源开采占用或损毁土地和固体废弃物排放，低碳指标主要为碳排放量。

1.3.2 系统流图构建

借助Vensim Dss v5.6软件建立煤炭产业绿色低碳发展系统流图，如图3所示。

图3 煤炭产业绿色低碳发展系统流图

1.3.3 模型主要方程式

系统模拟和仿真以陕西省煤炭产业为例，时间范围为2008—2025年，仿真步长为一年，数据来源为历年《陕西统计年鉴》《中国能源统计年鉴》《中国环境统计年鉴》和《中国煤炭工业年鉴》，并利用文献法、多元线性回归、向量自回归模型、算数平均法等计算出缺失、具有代表性的数据，如煤炭生产能耗90%来自电能，核算碳排放量时取电力碳排放系数[13]。煤炭产业绿色低碳系统模型的代表性方程式如表1所示。

表1 煤炭产业绿色低碳系统模型的主要参数及方程

2 煤炭产业绿色低碳发展政策情景模拟及分析

2.1 模型检验

采用历史性检验方法对2008—2017年各变量值的拟合度进行检验，根据期间模拟值与真实值的相对误差调整相关公式和参数，若模拟值与实际值的相对误差小于10%，表明参数与真实值的拟合度较高，模型有效性强。笔者选取GDP总量、总人口量、煤炭消费量、煤炭生产量、矿山开采累计占用土地和固体废弃物累计排放量6个指标，各变量模拟值和真实值相对误差基本都保持在10%以内，故模型具有一定可靠性，可以对2018—2025年煤炭产业绿色低碳发展的变化趋势进行模拟预测。

2.2 单一政策情景模拟

2.2.1 产业政策情景设置及模拟分析

产业政策是引领绿色低碳发展的路径模式，其通过优化产业结构，进而淘汰高耗能的落后产能和降低污染物的排放。第二产业是煤炭消费的主力军，降低第二产业比重，提高第三产业比重，可以达到对产业政策的模拟，即设置第二、第三产业比重为产业政策的调控因子，具体方案如表2所示，初始值为第二、第三产业实际比重，方案一调控因子为0.06，方案二调控因子为0.08。

表2 产业政策情景方案设置

产业政策情景下各变量模拟结果如图4所示，通过实施产业政策，第二产业产值、煤炭消费量和污染物排放量相比现行政策有一定幅度的降低，这表明陕西省煤炭消费以第二产业为主，煤炭消耗高和污染高的“二高”问题依然突出，对生态环境造成相当程度的压力。2025年方案一和方案二第二产业产值平均降幅分别为11.39%和15.19%，煤炭消费量降幅分别为10.57%和14.09%，第二产业比重每降低1%，煤炭消费量减少约1.76%，说明第二产业比重对煤炭消费量影响较大；同时，2025年第二产业比重降低8%，碳排放总量及固体废弃物累计排放量分别减少13 188万吨和20 084万吨，煤炭消费量的降低导致碳排放量和固体废弃物累计排放量减少，且固体废弃物累计排放量较煤炭产业碳排放量更为敏感。鉴于此，陕西省应优化以煤炭消费为主的产业结构，加速淘汰第二产业落后产能，全面推进产业结构转型升级和经济结构调整。

图4 产业政策情景模拟结果

2.2.2 资源政策情景设置及模拟分析

解决煤炭产业绿色低碳发展问题，必须践行清洁发展之路。资源政策是绿色低碳发展的必要条件，鼓励煤炭产业发展和利用新资源，减少化石资源的消耗量。通过能源结构调整可达到对资源政策的模拟，故设置能源结构调整率为资源政策调控因子，具体方案如表3所示，初始值按现行政策能源结构的调整率5%，方案一和方案二是在现行政策的基础上分别增加2%和4%。

表3 资源政策情景方案设置

资源政策情景下各变量模拟结果如图5所示，通过实施资源政策，化石资源的消耗量、资源碳排放量和陕西省煤炭产业碳排放量对比现行政策有一定幅度的降低，且下降的幅度很小，而新资源消耗量得到一定程度的提升，这表明陕西省煤炭生产过程中的能源结构调整对新资源的消耗量有显著拉动作用，新能源具有绿色低碳作用，但碳排放量对资源政策的实施并不敏感。2025年能源结构调整率提高4%，碳排放量降低352万吨，究其原因是煤炭产业碳排放量绝大部分是由消费过程中产生的，而资源消耗量是在煤炭生产过程中产生的。所以，能源结构调整对煤炭产业短期的效应不明显，但从长期来看，政府和煤炭企业应加大新资源科技研发投入，鼓励使用新资源代替高能耗和高污染的化石资源，可有效缓解未来资源需求缺口的压力，促进生态体系的绿色低碳化。

图5 资源政策情景模拟结果

2.2.3 技术政策情景设置及模拟分析

技术政策是绿色低碳发展的重要保障，伴随着煤炭产业绿色低碳循环体系的建立健全，煤炭产业的绿色低碳技术涵盖降低煤炭消费量、减少污染物排放、促进生态文明建设等方面。通过设定技术进步对污染防治的治理影响因子和第二产业煤炭消耗系数，可以达到对产业政策的模拟，方案如表4所示，技术进步对污染治理影响因子初始值设定为1，煤炭消耗系数主要由技术进步决定，其初始值为1.985 4；方案一技术进步对污染治理影响因子增加0.2，煤炭消耗系数降低0.2；方案二分别为增加0.3、降低0.4。

表4 技术政策情景方案设置

技术政策情景下各变量模拟结果如图6所示，实施科学有效的技术政策，有助于提高煤炭的消耗效率，降低煤炭消费量，间接促进减排效率的提升，碳排放量将得到有效地降低，技术进步对污染治理影响因子直接拉动矿山面积修复治理量和固体废弃物综合利用量，而且随着技术政策的实施力度加大，煤炭产业绿色低碳发展效果越好。方案二较方案一固体废弃物综合利用量和碳排放总量更为敏感，2025年方案一和方案二分别减少9 199万吨和17 994万吨碳排放，增加2 621万吨和3 932万吨固体废弃物综合利用量。现行政策并未能在当年内发挥最大的效果，随着时间的延长，现行政策和技术政策下的仿真结果差异逐渐扩大。所以，陕西省积极推进以技术创新实现煤炭产业绿色低碳化，以技术为支撑点，转换煤炭消费和生产结构，由化石资源更多地转向清洁资源。

图6 技术政策情景模拟结果

2.2.4 税收政策情景设置及模拟分析

税收政策是绿色低碳发展的主要着力点，税收具有促进煤炭资源的节约利用、倒逼绿色低碳发展方式的功能性作用，使生产和消费主体理性控制煤炭的消费量和生产量。因此，通过设定污染税税率浮动和煤炭税税率浮动，可以达到对税收政策的模拟，具体方案如表5所示，初始状态下污染税、煤炭税税率保持稳定，调控因子为1，方案一污染税和煤炭税的税率浮动分别增加3%，方案二分别增加6%。

表5 税收政策情景方案设置

税收政策情景下各变量模拟结果如图7所示，实施有效的税收政策，煤炭消费量和碳排放总量具有明显的下降趋势，而矿山面积修复治理量和固体废弃物综合利用量表现出缓慢的上升趋势。在调整税收政策的初期，仿真效果均不明显，说明税收政策存在一定的滞后性，而从长期来看，当税率浮动6%的情形下。2025年煤炭消费量和碳排放总量降低了3 778万吨和9 865万吨，矿山面积修复治理量和固体废弃物综合利用量分别增加了1 257公顷和786万吨。同时，随着税率的提高，企业为了获得更低的税率或者政府补贴，将会积极加大绿色低碳工作的力度。

图7 税收政策情景模拟结果

从上述四种单一政策模拟结果可以看出，四种政策对煤炭产业绿色低碳发展起到促进作用，但促进程度不一。而在实际情况下，煤炭产业绿色低碳发展是一个复杂的系统，系统内部要素之间存在普遍的非线性关联，各变量之间相互制约、相互影响和相互印证。

2.3 政策组合情景模拟

为全面系统地考虑产业、资源、技术和税收四大政策对煤炭产业绿色低碳发展的政策效果，笔者设置了政策组合措施，具体方案如表6所示。

表6 政策组合情景方案设置

单一政策及政策组合情景输出结果如图8所示，单一政策在一定程度上促进陕西省煤炭产业的绿色低碳发展，其绿色低碳指标均优于初始值，政策组合效果最明显。从图8煤炭消费量和碳排放总量模拟结果来看，最低曲线为政策组合曲线，然后依次为技术政策曲线、产业政策曲线、税收政策曲线，最高曲线为资源政策曲线和现行政策曲线。以上结果表明在设定调控因子的前提下，政策组合可以最大限度地降低煤炭消费量和碳排放总量，这是多种政策共同作用的结果，表明科学、合理、精准的政策组合措施能形成集成效应，更大程度地发挥作用。就单一政策效果来看，技术政策仅次于政策组合效果，说明技术进步是削减煤炭消费量和低碳发展的必然趋势；其次为产业政策效果，说明产业结构调整是绿色低碳政策的重要途径，提高煤炭的产业链水平，对绿色低碳发展的贡献水平较高；税收政策主要为激励性政策，但在经济运行中具有一定的“刚性”；资源政策效果相对较慢，主要是因为系统设置的资源政策是作用于煤炭的生产过程，导致它需要长时间的积累才能发挥最优。

图8 政策组合情景模拟结果

从图8矿山面积修复治理量和固体废弃物综合利用量模拟结果来看，现行政策、产业政策和资源政策3条曲线很接近，位于曲线最低，其次是税收政策曲线、技术政策曲线和政策组合曲线。以上结果表明政策组合效果无疑是最好的，技术政策与政策组合的差异最小，技术政策作为煤炭产业绿色低碳发展的强有力保障，煤炭生产和消费的技术调控因子使得该政策具有较强的约束水平，政策组合与技术政策在2025年矿山面积修复治理量和固体废弃物综合利用量间差值仅有1 669公顷、1 022万吨；随着税率的调整，税收政策对煤炭产业的绿色低碳发展作用得以发挥；产业政策和资源政策发挥的作用较小，对煤炭产业的绿色低碳发展约束能力一般。

3 结论

本文通过分析煤炭产业发展绿色低碳影响因素，构建煤炭产业发展绿色低碳系统模型，以陕西省煤炭产业为实证设立产业政策、资源政策、技术政策和税收政策单一情景和政策组合情景，考察相关政策对煤炭产业绿色低碳发展系统的影响效果，主要研究结论如下：在现行政策下，煤炭产业消费量和碳排放量持续攀升，说明陕西省以煤为主的能源消费结构未得到有效的改善，同时煤炭开采占用土地矿山面积修复治理量和固体废弃物综合利用量在2018年以后逐渐增加，表明陕西省在加大力度构建煤炭产业高科技、低能耗、少污染的产业结构和生产方式，不断提高绿色低碳化程度；政策情景中调控因子的改变能直接对陕西省煤炭产业绿色低碳系统效果产生影响，单一政策的实施有利于煤炭产业绿色低碳发展，但其效果相对于政策组合具有较大的局限性；各单一政策对绿色低碳的作用效果对比显示，技术政策效果最为明显，税收政策和产业政策对绿色低碳发展尚能发挥较大的效果，而资源政策产生的影响相对较小，其原因在于能源结构调整的覆盖范围有限，主要作用于煤炭生产端。

基于以上研究结论，煤炭产业绿色低碳发展需要在相关政策方面得以优化：以煤炭产业发展技术开发与创新、产业结构调整、税收和能源资源生产消费结构调整四个方面作为着力点，并通过合理有效的政策组合形成集成效应；进一步推进第二产业的升级改造，适度降低第二产业的比例，大力发展第三产业；加大对高污染和高能耗的煤炭生产、消费的主体企业征税，对绿色低碳转型企业给予补贴或降低税率；建立健全陕西省煤炭产业绿色低碳技术投入的稳定增长机制，促进绿色低碳技术的开发利用。