“双碳”战略下传统能源企业转型战略初探 ——以中国神华能源股份有限公司为例
时间：2023-04-19 来源：中国煤炭杂志官网 分享：★ 经济管理 ★
“双碳”战略下传统能源企业转型战略初探
——以中国神华能源股份有限公司为例
大量学术研究表明，欧美达到碳排放峰值是一个自然而然的结果，并非事前设定的碳排放约束。欧美等发达国家经济增长峰值已过，碳排放的峰值也随之过去，从各国承诺目标看，英国、德国从碳达峰到碳中和的时间分别为59、60 a，碳达峰较晚的美国也有43 a的时间来实现碳中和。当前主要发达国家已完成以煤炭为主到以油气为主的能源转型，美国煤炭消费仅占能源总消费的11.3%，德国约占16.0%，未来仅需从以油气消费为主向以非化石能源消费为主进行低碳转型。
我国能源的使用尤其是煤炭消费与国家的经济发展密切相关。近些年，伴随经济潜在增长率的长周期下降，增长的约束虽有弱化，但2035年中国要达到中等发达国家水平，必须在提高质量效益基础上长期保持合理经济增长，虽然煤炭占能源消费的比重将逐步降低，但是在相当长的时间内，煤炭的重要主体能源地位不会改变，煤炭消费绝对量仍是持续增长。而煤炭消费对碳排放总量起着至关重要的作用，我国的“双碳”时间表意味着要在未来的40年实现碳中和，将会面临着比欧盟、美国更陡峭的碳中和速度斜率。在这种形势下我国直接从煤基能源为主转型到以非化石能源为主将面临巨大压力和挑战。
能源企业是国家的经济命脉，特别是以煤炭为主的传统能源企业既要持续发挥煤炭“压舱石”作用，又要在推进碳达峰碳中和进程中发挥能源转型“主力军”作用。中国神华能源股份有限公司(以下简称“中国神华”)是以煤炭为基础的大型综合能源企业，主要包括煤炭、电力、新能源、煤化工、铁路、港口、航运七大业务板块，既在能源的供给端也在能源的消费端。如何在煤炭消费增长放缓、“双碳”战略、企业可持续发展三者间取得平衡，实现平稳顺利转型是亟待研究探讨的问题。
1 能源企业转型必要性分析
气候变化引发了人类和自然关系的反思，《巴黎协定》明确了全球共同应对气候变化的政治共识和温控目标。2020年我国提出的“双碳”目标，体现了国家战略意志和大国担当。2021年出台的《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》(以下简称《意见》)，标志着“1 + N”政策体系正式确立。《意见》以及当前我国已有的相关政策，涉及能源消费结构调整、新能源产业建设、碳汇技术发展等领域。
从能源消费结构来看，由于我国煤炭资源禀赋，煤炭消费处于化石能源消费的主导地位，碳排放的主要来源是煤炭，煤炭燃烧导致的碳排放大约占全国碳排放总量的60%。未来我国煤炭消费量将直接影响“双碳”目标的实现，我国煤炭消费量受多种因素制约，并且各种因素关系复杂。所以，运用结构性因果模型对煤炭消费量进行预测，难以达到较为理想的预测效果。我国年度煤炭消费量序列为非平稳时间序列，对煤炭消费量的预测不宜直接采用自回归(AR)、移动平均(MA)或自回归移动平均(ARMA)模型分析。笔者采用差分整合移动平均自回归(ARIMA)模型进行预测并取得良好效果。所采用的年度数据的样本区间为1978-2021年，预测了未来10年的煤炭消费总量。
(1)
式中：yt——t时期的煤炭消费量；
C——常数；
αi、βi——自相关系数；
εi——白噪声序列；
t——时间。
通过计算确定ARIMA(p,d,q)为ARIMA(3,1,0)。
模型公式更新为：
(2)
AIRMA模型构建后一般要求模型残差为白噪声，即残差不存在自相关性，可通过Q统计量检验进行白噪声检验，来判断模型的可用度。模型Q统计量见表1。
表1 模型Q统计量
检验项统计量P 值Q60.0100.919Q120.7920.992Q186.1880.906Q2410.9130.898Q3014.2480.941
Q6用于检验残差前6阶自相关系数是否满足白噪声，通常其对应P值大于0.1则说明满足白噪声检验(反之则说明不是白噪声)，常见情况下可直接针对Q6进行分析即可。从表1数据来看，Q6的P值大于0.1，则在0.1的显著性水平下不能拒绝原假设，模型的残差是白噪声，ARIMA模型基本满足要求。将历年的煤炭消费量带入到式(2)中得到拟合值和预测值，如图1所示。由图1可以看出，模型与实际值拟合度很高。
图1 历年煤炭消费量模型拟合和预测
根据历年的数据和预测值可以测算出每年煤炭消费量的增速，如图2所示。2030年之前煤炭消费总量处于不断增加的趋势，但增速波动下降。2030年以后，增速维持在1.5%左右。根据煤炭消费和碳排放的关系，碳排放量在未来10年还会不断增加，因此，未来10年是能源企业低碳转型的窗口期，绿色发展是企业高质量发展的重要基础和战略机遇。
图2 未来12年煤炭消费量增速预测
为了确保“双碳”目标的实现，调整能源消费结构是从源头上降碳的重要举措。党的十九大以来，我国能源消费结构的调整成效显著，非化石能源占一次能源消费比重从13.6%提高到16.6%。以水电、风电、太阳能发电为代表的可再生能源产业欣欣向荣。2022年，可再生能源发电量达到2.7万亿kW·h，较2020年增长22.7%。
综上，根据模型预测未来10年煤炭消费量增量减缓，但消费量的绝对增长预示着碳排放量的绝对增加，这将给环保带来压力。我国新能源发展趋势和能源消费结构的调整等政策导向均会给传统能源企业带来不小的冲击，因此传统能源企业如何绿色低碳转型是关乎未来生存发展的重大问题。
2 传统能源企业发展战略路径
低碳转型对传统能源企业产生深远影响，企业需要整体规划和提前布局低碳领域。首先，要设定企业低碳的前景与愿景，分析“双碳”战略为企业带来的机遇；其次，在制定企业战略上要积极响应，发掘低碳领域的价值增长点，实现业务的低碳化；最后，要在业务和运营模式上将战略目标落地。
2.1 绿色金融助力科技创新
从近几年的发展来看，绿色信贷、绿色债券融资量快速增长，ESG(环境、社会和公司治理)投资也成为热门话题。全球有超过40万亿美元的投资是按照ESG原则进行的。绿色金融对碳中和的意义不仅在于成熟技术的加速推广，也体现在高度不确定的研发阶段。
企业可针对煤炭开发利用过程中的清洁、 高效、可持续等重大问题，开展应用基础研究和核心关键技术研发。如提高煤炭开采效率、开展煤炭低损害开发、突破煤矿智能化和低碳绿色开采技术瓶颈，实施煤电节能降碳改造，推进运输系统清洁能源替代，降低污染物排放，增加碳汇面积。可以在上述领域相关的基础理论、关键技术、工程验证等布局相应的示范项目，充分利用外部资源组成产学研联合体共同研发。利用金融手段支持科技研发，推进绿色成果在资本市场上获得认可，实现企业可持续发展。
2.2 关注新能源+储能技术
能源转型步伐应与调峰、储能等技术发展水平相适应。“十四五”期间，新能源将保持年均1亿kW左右的高速增长，新能源消纳利用的难度将大幅增加。根据火电机组的生命周期，2030年后随着可以提升电网消纳可再生能源能力的60万kW以下煤电机组进入退役高峰期，电力系统的固有灵活性资源将不足以匹配可再生电力消纳的需求，会倒逼储能技术成为电网消纳端碳中和的主力技术。根据IPAC模型(中国能源政策综合评价模型)给出的低碳经济下新型行业发展的展望和投资需求，排名第一的是绿氢生产，发展方向是基于可再生能源和核能制氢；排名第二的是储能，发展方向是适用于大规模零碳电力接入的储能，未来需求会达到5亿～8亿kW。
目前市场上电力储能包括物理储能、化学储能、电磁储能等，每种储能技术都有一定的规模应用。光伏发电和电化学储能同时具备规模降本、材料降本、效率降本3个成本下降路径，其成本下降速度有望优于其他电源选项，据测算光伏发电+储能的度电成本将在2028年前后追平火电，有望成为电力碳中和的主线技术。除此之外基于大规模快速存储和输送更多能量的需求，前沿领域的液态金属电池也是一个很好的方向。建议企业加大储能领域投资，加强储能产业发展。
2.3 探索多元化减碳路径
在碳市场上能源企业可参与碳抵消机制的项目通常分为2种：一种为采用化石能源替代等方式实现的碳减排，如光伏、风电、氢能等可再生能源项目；另一种为通过吸收大气中的二氧化碳达到减排效果，如自然生态碳汇和碳捕获、利用与封存技术(CCUS)等。随着科学的不断进步，可再生能源的成本也逐渐下降，可再生能源项目的额外性优势会减弱，而CCUS技术和自然生态碳汇等负碳技术是具有前景的。
煤基能源产业开展二氧化碳减排是未来推动实现碳中和的重要领域，而CCUS技术是煤基能源产业低碳绿色发展的重要选择，煤基能源产业与CCUS协同发展的潜力和市场空间巨大。根据CCUS技术经济系统评估模型预测，2040-2050年全国在服役期内的燃煤电厂结合 CCUS 技术的潜在碳减排贡献预计可达到10亿～20亿t/a。实现电力系统完全脱碳的转型期内，煤电CCUS 累计碳减排贡献潜力预计可达200亿t以上。
因此，建议企业规模化部署CCUS示范项目，加大技术研发降低CCUS成本，推进煤炭行业成为煤炭低碳、零碳、固碳和负碳技术突破的发源地，引领行业生态治理新方向。
2.4 数字化实现低碳发展
数字化技术可在多领域助力低碳转型，如零碳能源、零碳产业与科技、绿色人文与生态、零碳基础设施等。在能源领域，电力系统方面，数字化技术可支持以新型能源为主的源网荷储平台，提供物联网和智慧化平台的解决方案；微电网方面，可实现电网的现代化和灵活性；新能源方面，利用机器学习可提高风光间歇性的预测，有效降低弃风弃光率，提高新能源利用率；制氢方面，可利用数字孪生技术对多种设计和场景建模并模拟实际应用，确保制氢过程高效、安全。
此外，利用数字化技术可提升实体经济效率。工业互联网以数据为核心，基于传感器收集的海量数据，结合软件平台和大数据分析技术可实现工业自动化控制、智能化管理。在工业互联网赋能下，企业生产力和工作效率得到了提升，同时有效减少了能源使用和碳排放，实现节能增效。建议传统能源企业要充分利用数字化技术推动企业低碳转型发展。
3 中国神华转型案例
在低碳经济的形势下，以煤为主的能源企业逐步推进煤炭生产由以需定产向科学开发方式转变，逐步实现煤炭开发利用方式的清洁化、高效化、低碳化，全面提高煤炭可持续发展能力，实现煤炭开发利用与社会、经济、资源、环境协调发展。以中国神华为例，该企业积极推动化石能源清洁化、清洁能源规模化、能源供应智慧化发展，在低碳发展方面已经取得了一定成效，为企业低碳发展和绿色转型奠定了基础。
3.1 产业链各环节碳减排
中国神华所属神东矿区创建了超级综采工作面安全高效开采新模式，已建设智能化综采工作面26个、智能化掘进工作面4个、智能化选煤厂6个；推广充填开采、保水开采、煤与瓦斯共采、无煤柱开采等煤炭绿色开采技术，煤炭资源回收率显著提升；工业物联网、大数据、云计算等现代信息技术与传统煤炭开发利用深度融合，加快了煤矿数字化智能化绿色化转型。在发电领域，煤电机组100%实现超低排放；二次再热、节能减排、600 MW超临界循环流化床锅炉等多项燃煤清洁高效利用技术全球领先。铁路运输全部使用电力机车，构建了重载铁路氢能原动力装备技术体系，研制出以氢能为主要燃料的大功率调车机车和接触网作业车。煤化工板块“十三五”期间能耗和水耗不断降低，吨聚烯烃综合能耗下降26%、水耗下降43%，加快产业高端化、多元化、低碳化是该板块未来的发展方向。
此外，中国神华将数字化、智能化建设广泛应用于产、运、销、储、用的运营模式，大幅提升了企业生产率和经营效益，降低了资源消耗、运营成本开支和碳排放。
3.2 建设CCUS示范工程
负碳排放技术可以在不对经济活动和能源系统产生重大冲击的前提下将生产生活过程中产生的二氧化碳进行回收。CCUS改造是负碳排放主要技术之一，是燃煤电厂大幅减少温室气体排放的重要措施，能够兼顾煤炭低碳利用与延长煤电资产的使用年限，对于促进煤炭开采与煤基产业链一体化具有重要意义。
中国神华锦界电厂已建成国内最大规模15万吨级煤电CCS示范工程，捕集的CO2可用于油田驱油，以及生产小苏打和高附加值化工品。基于示范项目，中国神华将继续推进CCUS技术研发，拓展驱油、驱气、驱水、强化地热开采等利用方式，逐步推动CCUS成本和额外能耗的下降，通过示范项目验证技术可行性、探索可行的商业模式、储备技术人才和积累项目管理经验。
3.3 矿区新能源优化组合
随着光伏产业迅猛发展，可利用建设光伏电站的土地愈发紧缺。因而利用采矿沉陷区进行光伏建设，把光伏发电和矿山生态治理相结合，既能解决土地资源有效利用问题，又对生态环境治理具有积极意义。
中国神华建成了“煤炭+多能互补”的零碳负碳示范区，神东矿区2020年实施了采煤沉陷区“生态+光伏”示范项目，是全国首个荒漠化地区大型采煤沉陷区“生态+光伏”基地，生态治理面积26.67 km2，建成50万kW光伏发电。准能露天煤矿先后实施了100 MW露天矿复垦区治理集中式光伏项目、6 MW带式输送机输煤走廊和黑岱沟露天煤矿内排土场复垦治理等4个5 MW分布式光伏项目，最大程度发挥了土地的综合效益。构建了“纳米碳氢燃料发电-光伏发电-电解铝”产业体系，利用纳米碳氢燃料机组、光伏发电为电解铝提供能源，将电解铝作为“虚拟电池”，实现了光伏新能源消纳和电解铝电力需求的高度契合，从而将传统高能耗、高污染的电解铝转换成为“绿色、低碳、储能、未来”新材料。
3.4 投资新能源项目
以低碳清洁能源替代高碳化石能源是能源系统转型的目标，也是中国神华目前转型的方向。基于建设生产运营和股权投资并购的双轮驱动策略，中国神华采用集中式和分散式运营模式，加快发展新能源产业。设立了新能源发展和投资基金，在山西、江浙、两湖等地区投资风电、光伏项目。与呼和浩特市政府等合作方签署战略合作协议，参与签署地城市建设中的光伏、风电、地热能等新能源项目，打造“零碳”产业园区、“零碳”城市 。北电胜利 15万kW露天排土场光伏项目，以及位于广东、福建、山东等地的分布式光伏发电项目正在有序推进。截至2021年底，中国神华已投产新能源建设项目19个，共计装机 7.29万kW。
4 结论
(1)煤炭消费量自2013年以后增速放缓，在我国能源消费中的比例也逐年下降，但目前仍是我国主体能源。根据ARIMA模型预测，未来10年期间煤炭消费绝对量会继续增加，但增速放缓。煤炭消费是二氧化碳排放的主要来源，在“双碳”目标的约束下，能源企业环保压力较大，与此同时国家加大对新能源产业的扶持，调整能源消费结构。以煤炭为主的传统能源企业要在未来的几年里抓住转型的窗口期，一方面要确保能源供应的稳定，另一方面也保障企业的可持续发展。
(2)可再生能源的装机规模大、发电量小是目前面临的主要矛盾。全国范围内的电力缺口，其实反映出风光等新能源并没有充分发挥在电力系统中的作用。而储能作为一种重要的电网灵活性调节资源，它的发展制约着更高比例和更大规模可再生能源的并网进度。建议能源企业在大规模投资新能源项目的同时，要联合科研院所或者相关企业研究突破储能技术瓶颈，降低绿色溢价。
(3)绿色产业可持续发展离不开长期资金和资产管理机构，中国神华先后出资参与发起设立新能源产业基金和低碳发展投资基金致力于新能源领域的项目投资。能源企业不仅要利用自有资金更应充分利用外部绿色金融手段引导资金进入研究开发风险高但意义重大的绿色低碳项目领域。可在“煤炭清洁开发及利用”“CCS/CCUS”“新能源+储能”及“负碳技术”等领域攻克技术难题。
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