中國煤炭產能時空格局演變及碳中和支撐政策研究

張玉韓 ， 曾建鷹 ， 崔榮國

( 自然資源部 a.信息中心；
b.國土空間大數據工程技術創新中心，北京 100036)

煤炭產業是國民經濟基礎產業，關系經濟發展和社會穩定大局。但隨著近年來我國經濟增速放緩，煤炭需求增幅下降，特別是2012年之后，我國煤炭行業面臨產能過剩矛盾突出、價格大幅下跌、煤炭企業大面積虧損等問題，行業經濟運行形勢急轉直下[1]。黨中央、國務院高度重視煤炭產能過剩問題，2016年2月，《國務院關于煤炭行業化解過剩產能實現脫困發展的意見》(國發〔2016〕7號)[2]提出“嚴格控制新增產能，切實淘汰落后產能，有序退出過剩產能”，標志著煤炭行業去產能進入實質性實施階段[3]。作為一種高碳化石能源，煤炭是二氧化碳排放的主體。據統計，2019年我國二氧化碳排放量約100億t，僅煤炭消費產生的二氧化碳就占到3/4[4]。黨中央目前已將碳達峰、碳中和納入生態文明建設整體布局，將對我國煤炭工業發展產生深遠影響[5]。研究煤炭去產能問題，可以為政府制定碳達峰、碳中和相關政策提供決策支撐。

自供給側結構性改革實施以來，國內學者在分析煤炭產能過剩形成原因、面臨的困難以及探索治理對策方面開展了大量研究[3,6-10]，也有部分學者針對去產能省際分配[11]、去產能對生態環境[12]和產業結構調整[13-14]的影響開展了相關研究。2020年中央經濟工作會議以來，煤炭工業領域成為支撐碳達峰、碳中和學術研究的焦點[15-22]，學者們分析了碳達峰、碳中和對煤炭行業的影響，并提出煤炭低碳化發展的對策措施。已有文獻鮮有從我國煤炭去產能時空格局演變特征出發來提出支撐碳達峰、碳中和目標實現的政策建議研究。由于我國煤炭資源分布相對集中，不同煤炭富集地區在資源稟賦條件和生態環境政策約束等方面存在差異，分析我國煤炭去產能格局演變，有助于提出更加有針對性的政策措施?；诖?，本研究對我國2015—2020年煤炭生產格局演變及“十三五”期間去產能空間分布格局進行分析，并在此基礎上提出支撐碳中和目標實現的政策建議。

1.1 研究對象

將縣級行政單元作為空間分析與評價的基本單元，研究對象為中國內地地區擁有煤炭采礦權的所有縣級行政單元，其中2015年擁有煤炭采礦權的縣級行政單元數量為845個，2020年為605個。

1.2 研究方法

1.2.1煤炭去產能測算。本研究將某一時段內采礦權注銷或超過終止時間且不再延續的煤炭采礦權產能定義為該時段去除的煤炭產能。由于研究尺度為縣級行政區，考慮到數據的可獲得性，采用設計開采規模指標表征產能。設計開采規模反映某一地區礦產資源現實可能的生產能力，既反映礦產資源現實可用數量，也反映資源的質量狀況[23]。

1.2.2重心遷移模型。地理重心是描述地理事物或屬性分布的矢量合力點，可以分為幾何重心和加權重心，本研究采用加權重心輔助分析全國煤炭生產格局的變化。加權重心通常以區域地理事物或屬性分布量為權重，并將其賦給空間對象幾何坐標，然后利用重心公式進行計算[24]。本研究以全國所有煤炭采礦權為空間對象，以其煤炭產能為權重值，參照F.H.Wang等[25]的計算公式來測算全國煤炭生產重心。研究煤炭生產重心在一定時期t(t=﹛t1,t2, …,tm﹜)內的演化規律，需計算各時相煤炭生產重心，通過比較重心轉換的過程，就可以得到煤炭生產重心在t時段內的遷移過程。為敘述方便，引入重心轉移曲線概念，即重心從t1到t2直至tm連接而成的一條曲線，并借助GIS可視化功能來直觀地表達全國煤炭生產重心演化過程。

1.2.3平均最近鄰指數。采用平均最近鄰指數刻畫我國煤炭生產空間集聚性演變。首先，測算平均最近鄰距離，平均最近鄰距離是刻畫地理事物在地理空間中相互鄰近程度的一項指標，廣泛地運用于地理空間結構研究中[26-27]，計算方法為：測出每個煤炭采礦權與其最鄰近采礦權之間的距離，取這些距離的平均值[28]。其次，平均最近鄰指數通過觀測的平均最近鄰距離除以期望的平均最近鄰距離計算得出，如果該指數小于1，則表現的模式為集聚；
如果大于1，則表現的模式趨向于分散。具體公式為：

式中：ANN為平均最近鄰指數；
di為第i個煤炭采礦權與其最鄰近采礦權之間的歐氏距離；
n為煤炭采礦權總數；
A為所有煤炭采礦權最小外接矩形的面積。

1.2.4局部空間自相關指數。局部空間自相關指數是用于分析某區域局部地區空間關聯和空間差異程度的一項重要指標，本研究采用ArcGIS 10.5中的Anselin Local Moran’sI[29]工具來分析煤炭去產能地區之間的局域關聯情況。該工具可以識別具有統計顯著性的煤炭去產能高值聚類(高-高)、低值聚類(低-低)，以及被低值要素圍繞的高值要素區(高-低)、被高值要素圍繞的低值要素區(低-高)。

1.3 數據來源

本研究所采用的數據主要為煤炭采礦權數據，以2015—2020年為時序開展動態演化分析。全國煤炭采礦權坐標及設計開采規模數據來源于“自然資源部全國礦業權人勘查開采信息公示系統”(http://kyqgs.mnr.gov.cn/)，坐標取四至坐標的中心點來表示。各縣級行政區煤炭采礦權數量及設計開采規模數據統計過程為：根據煤炭采礦權坐標，在ArcGIS 10.5軟件中生成矢量文件，采用空間連接工具將位于各縣級行政區內的煤炭采礦權數量和設計開采規模信息加總得到。

2.1 2015—2020年煤炭開采空間格局演變

2.1.1煤炭采礦權數量和產能變化。2020年，我國煤炭有效采礦權(采礦許可證在有效期內的煤炭采礦權)數量為4 573個，產能合計44.4億t，主要分布在黃土高原、鄂爾多斯盆地、蒙東、豫北、魯西、皖北、云貴高原、新疆北部等地區(圖1a)。從省級行政區來看，山西、內蒙古、陜西三省份煤炭產能遙遙領先，合計占全國的64.0%，其次為貴州、新疆、安徽、河南、山東、黑龍江、寧夏等省份，產能合計占全國的25.8%；
煤炭采礦權數量同樣為山西最高，貴州、內蒙古、四川次之。從縣級行政區來看，內蒙古準格爾旗和伊金霍洛旗以及陜西神木市煤炭產能最高，均超過2億t，山西朔州市平魯區產能超過1億t，山西大同市云岡區和陜西榆林市榆陽區產能超過9 000萬t，排名前10位的縣級行政區煤炭產能共占全國的28.8%。

圖1 2020年中國煤炭產能分布及2015—2020年產能變化分布

2015—2020年我國擁有煤炭采礦權的縣級行政區數量減少240個，煤炭有效采礦權數量減少51.3%，81%的縣級行政區(685個)煤炭采礦權數量減少，其中云南富源縣和宣威市、黑龍江七臺河市減少數量最多，均超過50個，另有24個縣級行政區減少數量達到或超過30個。從產能來看，615個縣級行政區煤炭產能下降，主要分布在云貴高原、四川盆地以及黃河流域中下游、祁連山脈等地區；
124個縣級行政區產能升高，主要分布在大型煤炭基地內，其中內蒙古伊金霍洛旗和陜西榆林市榆陽區產能增加數量最多，均超過5 000萬t?？傮w來看，煤炭生產活動在空間上進一步向資源富集區集中(圖1b)。

2.1.2煤炭開采規模結構變化。受供給側結構性改革和產業高質量發展等相關政策驅動，2015—2020年我國煤炭開采規模結構不斷優化，逐步形成了以大中型采礦權為主體的生產格局。2020年，我國煤炭有效采礦權中，大中型規模比例達55.7%，2015—2020年提升30百分點；
大中型采礦權產能占比更高，達90.2%，提高11.7百分點。大中型采礦權數量比例較高的區域主要分布在黃河流域中下游、蒙東以及皖北等地區(圖2a)，縣域范圍內煤炭采礦權全部為大中型的有181個，其中僅山西就占1/3，內蒙古、山東、河南和安徽四省份共占近40%。2015—2020年，236個縣級行政區煤炭大中型采礦權數量比例提升，其中提升幅度較大的主要集中在貴州、新疆、陜西以及蒙東、豫北等地區(圖2b)。

圖2 中國煤炭大中型采礦權比例2020年空間格局及2015—2020年變化

2.1.3煤炭生產重心遷移。2015—2020年我國煤炭生產重心遷移軌跡如圖3所示?？梢钥闯?，2015—2020年，我國煤炭生產重心向西北方向移動。2015年，全國煤炭生產重心位于山西呂梁市交口縣；
2016年，煤炭生產重心向正北方向移動，遷移直線距離約8 km，仍位于交口縣內；
2017—2019年，隨著新疆、內蒙古鄂爾多斯、陜北等地區煤炭生產規模的進一步擴大，我國煤炭生產重心逐步向西北方向遷移，且西向拉動作用明顯，其中2017—2018年遷移距離最長，約53 km，由中陽縣遷移至柳林縣北緣，2019年又繼續向西遷移至陜西省吳堡縣；
2020年，由于蒙東、陜北、內蒙古鄂爾多斯、晉北、晉西等地區新增煤炭采礦權產能的較快增長，我國煤炭生產重心北向拉動趨勢增強，遷移至山西呂梁市臨縣與陜西榆林市佳縣交界處，遷移直線距離約14 km。煤炭生產重心的遷移軌跡總體上印證了我國煤炭生產逐步向西轉移的大趨勢。

圖3 2015—2020年中國煤炭生產重心遷移

2.1.4煤炭生產空間集聚性演變。由圖4可以看出，我國煤炭生產具有明顯的空間集聚性，2020年采礦權平均最近鄰指數僅為0.134，遠小于1，且2015—2020年總體呈下降之勢，下降幅度為20%。說明我國煤炭采礦權空間集聚性進一步增強，生產格局得到優化，資源開發空間集約水平進一步提升。

圖4 2015—2020年中國煤炭采礦權平均最近鄰指數變化Fig.4 Changes of average nearest neighbor index of coal mining rights in China during 2015—2020

2.2 “十三五”期間煤炭去產能格局演變

2.2.1年度煤炭去產能情況分析?！笆濉逼陂g我國煤炭去產能情況如表1所示，從退出采礦權數量來看，2016—2018年退出力度較大，尤其是2018年，單年度退出采礦權數量占“十三五”期間退出總數量的1/3，可能是由于2018年是《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》實施的開局之年，而山西、陜西均是國務院確定的打贏藍天保衛戰重點區域。從退出采礦權的規模來看，95.2%為小型及以下規模，其中2016年退出的小型及以下規模采礦權數量占比最高，之后，隨著全國大中型采礦權比例的提升，越來越多的大中型采礦權成為去產能對象。5年間累計去產能6.2億t，其中低效產能(小型及以下采礦權產能)為4.3億t，占69.1%。

表1 “十三五”期間我國煤炭去產能情況統計

2.2.2煤炭去產能空間格局?！笆濉逼陂g，我國煤炭去產能較高的地區主要集中分布在山西、陜北、寧夏、內蒙古鄂爾多斯、云貴高原、四川盆地以及豫西、皖北、魯西等地區(圖5)。從采礦權數量來看，重慶市、云南曲靖市和貴州畢節市退出較多，分別達617個、358個和229個；
縣級層面上，曲靖市麒麟區、宣威市、富源縣，大理州祥云縣，重慶市奉節縣、永川區，龍巖市新羅區，六盤水市盤州市，宜春市豐城市退出較多，均超過50個。從產能來看，市級層面重慶市退出最多，超過4 000萬t，其次為畢節市，退出量超過3 000萬t，六盤水市和曲靖市均超過2 000萬t；
縣級層面上張家口市蔚縣、六盤水市盤州市、曲靖市宣威市退出量較多，均超過1 000萬t，石嘴山市大武口區等15個縣級行政區退出產能超過500萬t。

圖5 “十三五”期間中國煤炭去產能分布

對“十三五”期間全國縣級行政區煤炭累計去產能局部空間自相關指數進行測算(圖6)，發現從去產能數量來看，云貴高原、寧東、蒙西、晉北、陜北、豫西和魯皖交界等地區形成了明顯的高-高集聚區，圍繞這些地區周邊形成一些低-高集聚區，祁連山脈由于受近幾年生態環境保護政策影響，形成了高-低集聚區。從去產能數量占“十三五”期間有效產能比重來看，在長江經濟帶形成了明顯的高-高集聚區，而產能較高的山西、陜北、寧東、內蒙古鄂爾多斯、豫西、新疆北部則成為低-低集聚區。主要原因可能是長江經濟帶煤炭產能本底較低，且近幾年受長江流域生態環境保護相關政策影響，煤炭去產能力度較大，而北方煤炭大省產能本底較大，沖淡了其去產能的數量比例。

圖6 “十三五”期間中國煤炭去產能及其占總產能比重空間關聯特征分布Fig.6 Spatial correlation characteristics of China’s coal de-capacity and its proportion in total capacity during the 13th Five Year Plan Period

3.1 結論

(1)2015—2020年，我國72.8%的縣級行政區煤炭產能下降，空間分布進一步向資源富集區集中。煤炭有效采礦權數量減少51.3%，81.0%的縣級行政區采礦權數量降低，煤炭開采規模結構不斷優化，大中型規模比例提升30百分點，貴州、新疆、陜西以及蒙東、豫北等地區提升幅度較大，逐步形成以大中型采礦權為主體的生產格局。

(2)2015—2020年，全國煤炭生產重心逐步向西北方向移動，由山西呂梁市交口縣遷移至臨縣與陜西榆林市佳縣交界處，累計遷移直接距離約111 km。采礦權空間集聚程度進一步增強，平均最近鄰指數由2015年的0.17降低至2020年的0.14。

(3)“十三五”期間全國累計去產能6.2億t，其中近70%為低效產能，退出煤炭采礦權數量近5 000個，95.2%為小型及以下規模。去產能較高的地區主要集中分布在山西、陜北、寧夏、鄂爾多斯、云貴高原、四川盆地以及豫西、皖北、魯西等地區。

(4)“十三五”期間，從去產能數量來看，云貴高原、寧東、蒙西、晉北、陜北、豫西和魯皖交界等地區形成明顯的高-高集聚區，從去產能數量占總產能比重來看，長江經濟帶形成了明顯的高-高集聚區。生態環境保護政策是各地區煤炭去產能的重要推動因素。

3.2 建議

在新發展階段背景下，我國煤炭領域應統籌考慮能源安全與碳減排目標，以持續深化供給側結構性改革為主線，以提升煤炭工業領域高質量發展為契機，有序推動碳減排，為我國2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和目標提供有力支撐。

(1)推動煤炭由能源主體地位向兜底保障地位轉變。2021年全國能源工作會議強調，要著力增強安全保障能力，夯實煤炭煤電兜底保障，深入推進煤炭清潔高效開發利用。從本研究結果看，2015—2020年我國煤炭采礦權數量雖然減少超過一半，去低效產能成效顯著，但總產能仍較為穩定。從消費端來看，2015年以來煤炭占我國能源消費總量比重持續降低，但2020年仍維持在56.8%的水平。能源安全穩定供應是一個國家強盛的保障和安全的基石[30-31]，碳達峰、碳中和需要長期努力才能實現，在實現碳達峰、碳中和的過程中，煤炭仍將是我國能源安全的壓艙石和電力系統安全運行的穩定器[32]。推動煤炭由能源主體地位向兜底保障地位轉變是統籌能源安全與碳減排目標的必由之路，這就需要各級政府在做好穩基礎的前提下有序推進煤炭去產能工作。

(2)加強煤炭精細勘查與清潔高效利用。推進從礦區—井田—工作面尺度對煤炭賦存規律與地質結構開展高精度、高分辨率的精細勘查[33]，同時加強富煤勘查，引導以“動力煤”勘查為主向“化工煤”勘查為主轉變。加強清潔煤地質研究并將其應用到煤炭高效清潔低碳化利用的全過程，重點探索煤炭開采過程中煤與矸石分離、有害元素賦存狀態與除脫利用、煤地下氣化等理論技術[34]，通過低碳轉化和節能降耗實現碳減排。優化煤炭利用結構，進一步淘汰生產技術落后、安全事故多發的小煤礦，發展工藝先進、生產效率和安全水平高的科學產能，加強煤礦生產的智能化改造[35]。

(3)實施去產能與煤炭產業發展區域差別化政策。晉陜蒙是我國黃河流域的重要組成部分，應充分貫徹落實黃河流域高質量發展要求，堅持以水定產，“十四五”乃至“十五五”期間，煤炭開發強度應只減不增[36]；
合理降低黃河流域下游的河南、山東等地區煤炭開發強度，在滿足安全兜底功能的基礎上，積極推動產能進一步壓減；
提升云貴高原和四川盆地煤炭產能集中度，有效增加科學產能。此外，加快晉陜蒙新等資源豐富省份煤炭從燃料向原料功能轉變。美國、德國、日本碳達峰發展歷程表明，即使有可替代煤炭的能源，碳達峰后會仍然使用煤炭，只是其用途發生了變化[32]。據統計，煤炭作為原料生產化肥、甲醇和烯烴等產品時，其30%～40%的碳會被固定在煤制烯烴、煤制化肥等產品中，不僅可以減少碳排放，還會降低碳捕集成本[5]。建議進一步拓展煤炭原料化利用領域，有序發展現代煤化工，有效替代油氣資源作為工業原料的數量，探索發展煤基新材料[37]。在水資源相對豐富的地區開展煤制油、煤制氣、煤制烯烴和乙二醇等煤化工升級示范工程建設，推進碳捕集與封存技術相結合的煤制氫規?；痉俄椖拷ㄔO。

(4)強化退出礦山生態修復，充分利用復墾土地發展可再生能源和生物碳匯。一方面，加快產能退出礦區遺留的采煤沉陷區綜合治理與煤炭礦區土地復墾，充分利用礦區廢棄和復墾土地開展風電或光電等可再生能源項目。煤礦區除豐富的煤炭資源外，通常還具有大量的土地、風、光等其他自然資源[38]，有學者統計，我國目前已有及未來預計新增的采煤沉陷區面積超過6萬km2[39]，可以為風、光發電提供良好的資源基礎條件。另一方面，結合地區自然地理環境條件，探索煤炭企業將礦山生態修復與碳匯林草種植統籌結合，在采礦權退出的土地上種植樹木、草、作物等，開展殘次林改造，增加森林碳匯規模。此外，鼓勵對露天采坑和高潛水位采煤沉陷區進行濕地改造固碳[40]，支持利用煤礦井巷落差抽水蓄能[41]，并探索將采煤空間與二氧化碳捕集和封存技術相結合，利用煤井開展碳儲存。

3.3 討論

本研究主要從采礦權設計開采規模角度對我國煤炭去產能進行了分析，但落后產能內涵還涉及安全生產、產品質量、開采技術、經營狀況、生產狀態以及與自然保護區等重要生態保護空間的關系等。未來需在細化落后產能概念的基礎上繼續深化時空格局演變研究，為煤炭領域支撐碳中和提供更加科學的決策支撐。