黄河流域能源企业高质量发展面临的挑战与转型途径

李秋白，刘 涛，王 圣，赵秀勇,2，柏 源，潘 超，李 辉,2

(1. 国家能源集团科学技术研究院有限公司清洁高效燃煤发电与污染控制国家重点实验室，江苏省南京市，210023；2. 国电环境保护研究院有限公司国家环境保护大气物理模拟与污染物控制重点实验室，江苏省南京市，210031)

近年来，习近平总书记对黄河流域有关省、自治区生态环境和经济发展情况进行了多次考察，就加强黄河流域生态文明建设、推动绿色发展作出系列重要论述。2019年9月，黄河流域生态保护和高质量发展上升为国家重大战略[1]，坚持生态优先、绿色发展，促进全流域高质量发展。

黄河流域是确保国家生态安全、能源安全、粮食安全的战略重地，也是能源产业发展最为集中的区域，蕴藏全国一半以上化石能源储量，风能、太阳能等清洁能源丰富，是重要的能源、化工、原材料和基础工业基地[2-6]。由于特殊的自然资源特征、区位条件等因素，长期以来在资源拉动、粗放开发的发展模式下，形成了黄河流域尤其是黄河中上游区域以矿业、能源、重化工等为支柱的产业结构，原本脆弱、敏感的生态系统遭受威胁，生态环境问题日益突出[7-10]。黄河流域能源产业的高质量发展是实现全流域高质量发展的关键，同时也为流域内大型能源企业探索在新形势下的转型发展带来前所未有的重要机遇和挑战。

1 区域能源产业与生态环保现状

1.1 能源结构特点

能源是国民经济和社会发展的重要基础，能源安全是关系国家经济社会发展全局性、战略性的问题，对国家繁荣发展、人民生活改善、社会长治久安至关重要。“富煤、贫油、少气”是我国能源结构的基本特征。黄河流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南、山东9个省(区)，除四川以外(下文均不含四川)的8个省(区)集中了全国约80%原煤产能和产量[11]，以及1/3以上的火电装机容量和发电量，煤炭消费量约占全国总消费量的1/2，其中约42.5%的电煤消费比例较全国平均水平高约5个百分点[12]，煤基能源、电力产业在黄河流域相关省(区)产业结构和经济发展中起着支柱性作用。

表1 黄河流域相关省(区)煤炭产销情况与电力结构

1.2 生态环保形势

当前我国生态文明建设仍处于压力叠加、负重前行的关键期，最突出的是“三个没有根本改变”，即以重化工为主的产业结构、以煤为主的能源结构和以公路货运为主的运输结构没有根本改变，污染排放和生态保护的严峻形势没有根本改变，生态环境事件多发频发的高风险态势没有根本改变[15]。黄河流域尤其如此，生态环境综合治理体系中山水林田湖草沙冰全要素齐聚，高强度的能源产业发展严重威胁全流域生态安全。

(1)水资源问题突出。黄河流域人均水资源量不到全国平均的65%，用水结构和方式不合理，能源、化工等高耗水行业与农业用水需求冲突明显，经济发展与生态争水矛盾突出，流域生态修复用水难以保障，节约用水仍有较大空间[16-17]。

(2)环境污染严重。黄河流域能源基地集中，产业结构和布局不尽合理[9]，高能耗、高污染企业较多，对黄河干流及其主要支流水环境造成较大威胁，汾渭平原、陕西关中、山西中北部、中原城市群等成为我国大气污染突出的重点区域。

(3)部分地区生态退化严重。黄河流域大规模的能源开发、点多面广的煤炭矿山对生态环境造成了较大胁迫[7]，天然草地退化严重，水土流失问题尚未根本解决，黄河“几字湾”地区部分煤炭矿区与重要生态保护空间重叠面积仍在增加[8]，历史遗留与新生破坏问题不断累积，成为流域区域生态保护与高质量发展的最大制约。

黄河以有限的水资源和脆弱的生态系统，支撑全流域多年来高资源消耗、高污染排放的发展模式，已不堪重负、难以为继。如不能根本转变经济发展方式和强化生态保护治理，黄河流域将面临整体性、系统性生态退化的风险。

2 黄河流域高质量发展面临的挑战

推动黄河流域生态保护和高质量发展是以习近平同志为核心的党中央作出的重大决策。当前阶段，黄河流域生态脆弱的本底仍未改变，产业偏重、低质低效问题突出，传统产业转型升级步伐滞后，内生动力不足，尤其在新发展阶段、新发展格局背景下，黄河流域作为高质量发展的重要实验区，生态保护和绿色发展的要求对区域内能源产业转型升级提出重大挑战，可概括为急需解决的三大问题，即煤炭资源往哪里去？清洁能源从哪里来？能源开发利用过程中生态环保工作怎么做？

2.1 煤炭资源往哪里去

2021年下半年，全球能源供应出现紧张局面，随后我国也出现能源供应偏紧形势，2022年以来，受国际形势的影响，全球能源市场不确定性因素进一步加剧。李克强总理在国家能源委员会会议上指出“能源安全事关发展安全、国家安全，供给短缺就是最大的能源不安全”，习近平总书记更是多次强调“能源的饭碗必须端在自己手里”。

最近邻距离分析是用来分析点数据空间分布热点区域的方法，经常使用最近邻指数（Nearest Neighbor Index,NNI）对商业网点的空间分布进行分析，查看其是不是属于集聚型分布。然后再使用最近邻层次聚类分析法来对热点聚集区进行研究，从而能获得不同层次的集聚区[7]。用平均最近邻指数判断商业网点的空间分布是否集聚，近邻指数小于1，主要呈现集聚分布；反之，指数大于1，则分布模式趋向分散。指数越小，集聚程度越大。最近邻指数计算公式见参考文献[8]。

煤炭作为我国的基础能源和重要原料，为我国经济社会发展做出了历史性贡献。“双碳”目标背景下，中共中央、国务院先后印发《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》《关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》，着重强调安全降碳，指出要立足国情实际、立足我国富煤贫油少气的能源资源禀赋[18]。据多家权威机构和专家学者预测[19-21]，“十四五”期间我国煤炭消费仍将处于高位平台期，到2030年煤炭需求量仍将在40亿t量级，占全国一次能源消费总量45%以上，今后较长时间内煤炭作为我国主体能源的地位不会改变，仍是我国能源安全稳定供应的稳定器、压舱石。

煤炭作为我国基础性能源，要着力提升其清洁高效利用水平。经过100多年的发展，火力发电的能源利用效率已显著高于化石能源的其他利用方式。目前我国已建成了世界最大的清洁煤电供应体系[22]，截至2021年底，我国实现常规污染物超低排放的煤电机组超过10亿kW，占到煤电装机容量的90%以上，煤电排放的烟尘、氮氧化物、二氧化硫等大气污染物不到全社会总量的10%，全国平均发电及电站供热总效率达46%以上，较世界平均水平高出约5个百分点。因此，煤炭集中用于电力转化是当前技术水平下最高效、最经济和最清洁的利用方式。但相较于德国、美国等发达国家高达80%、90%以上的电力用煤集中度，我国煤炭消费集中度还有较大的差距，电煤占煤炭消费总量的比例长期处于50%以下[12,19]。未来煤炭消费进一步向发电集中是充分发挥煤炭基础能源、保障能源供应安全、提升整体清洁高效利用水平的重要途径。

作为重要原料，要充分发挥煤炭的优质资源属性。化工产业是国民经济中的另一项基础性产业，能源与化工关系密切，化石燃料及其衍生产品既是能源，也是化学工业的重要原料。当今世界化工产业石油化工占据主导地位，而我国石油资源匮乏，对外依赖程度高达70%以上[21,23]，受到多方面严重制约。因而，发展煤化工将缓解化工原料的不足，瞄准突破煤制醇醚、煤制烯烃和煤制油等现代煤化工卡脖子关键核心技术，探索煤化工与新能源、生物技术等耦合利用技术，开发高端特种化工产品等，可对支撑化工产业安全稳定健康发展起到重要保障作用，也是确保国家能源安全的重要路径。2020年，全国煤化工行业共消费煤炭9.3亿t，约占全国煤炭消费总量的23%[24]，扣除制焦耗煤部分还有约3亿t，其中煤制甲醇、烯烃与煤制油、煤制气共耗煤约2.1亿t，2021年不含制焦的煤化工用煤量略增至3.1亿t[25]，增长贡献主要来自国际油价强周期带动下煤制油耗煤量的增加。由此可见以煤替油的规模远不足以弥补我国当前对石油需求的缺口，煤化工产业潜力巨大、大有前途，是我国充分利用资源优势，合理开发使用煤炭资源，有效降低石油对外依存度的重要途径。

2.2 清洁能源从哪里来

能源绿色低碳转型是一项系统工程，不可能一蹴而就。能源转型要坚定不移以生态优先、绿色发展为导向，在降碳的同时要确保能源安全、产业链供应链安全和保障群众正常生活，先立后破，不能脱离实际、急于求成。电力是能源的重要转化形式，是清洁的二次能源，电气化率是衡量能源结构清洁化水平的重要指标。黄河流域是我国的“能源流域”，丰富的煤炭和风能、太阳能等清洁能源资源，决定了区域内能源产业具备煤电生产集约化、清洁能源规模化发展的有利条件。

煤电是电力供应体系中最稳定可靠的电源，2020年我国煤电机组以49%的装机容量比例保障了全社会61%的用电需求，支撑了75%的高峰用电负荷[26]，2021年煤电装机容量占比降至47%以下，但发电量仍达到60%以上。在我国碳达峰、碳中和工作的推进过程中，煤电角色将逐步由主体电源、保障电源向兜底电源转变，煤电产能在全国的规划布局中将逐步进行优化调整[26-29]。逐步淘汰分散的老旧小机组，引导高污染排放水平火电机组优先退出生产[30]，形成“大型煤电基地+区域性灵活调峰机组”的煤电机组新格局，将煤炭资源向大规模、高参数、低污染的先进火电机组聚集的大型煤电基地集中，以电力输送代替煤炭输送，满足远距离、大范围地区的用电需求。当前我国重点建设的9个千万千瓦级大型煤电基地中有6个位于黄河流域，煤电一体化是黄河流域推进煤电生产集约化的先天优势，应继续在我国电力安全稳定供应体系中承担重要的支撑性作用。

“双碳”目标的提出促使清洁能源发展掀起了新一轮高潮。2021年全国非化石能源装机容量首次超过了煤电装机容量，新增装机中以风电、太阳能发电为主，同比增幅达到18.6%。黄河水能资源在我国七大河流中位居第2，水电开发资源主要集中在上游和北干流地区[4]，水电可开发容量约4 849万kW，该区域水能开发较早，目前区域内已建成水电装机容量3 218万kW，仍有青海玛尔挡水电站(220万kW)等一批梯级水电站(基地)正在建设，总体开发度约70%。因受限于水力资源总量相对有限且已有较高开发程度[5]和水资源、生态保护等因素，在黄河流域再进行大规模的水电开发难度较大。因此，黄河流域清洁能源开发将重点集中于风能、太阳能，但是区域内相关省(区)2021年风电、太阳能装机容量的增幅却略低于全国平均水平约1个百分点。根据中国气象局2020年风能、太阳能资源评估，全国陆地风能、太阳能技术开发量分别达到99亿kW、1 287亿kW[31-32]，黄河流域相关省(区)风能、太阳能技术开发量分别占到全国的50%左右，但2021年已建风能和太阳能装机容量总计分别为1.5亿kW和1.3亿kW，不到技术可开发量的3.00%和0.25%，还有巨大的开发潜力，应进一步加大开发力度。因此应支持新能源电力加快布局、能建尽建，在西北区域青海、甘肃、宁夏等省(区)可大面积大规模利用荒漠、山地建设光伏、风电基地，在内蒙古、宁夏、陕西、山西等煤炭矿区以及河南平原地区等探索风/光-农/林/草/渔互补等集生态修复治理与保护一体化的综合能源基地建设。另外，由于风能、太阳能发电存在不稳定性，调峰能力不足、送出与消纳矛盾突出，大量不满足并网条件的新能源电力被弃用从而造成资源浪费，可探索将这部分电力灵活用于制氢等途径，真正做到清洁能源清洁储存、清洁利用。

2.3 能源开发利用过程中生态环保工作怎么做

高度聚集的能源产业和脆弱敏感的生态环境，决定了黄河流域生态环境保护工作具有独特性，能源开发利用过程必须坚决贯彻习近平总书记关于黄河流域生态保护和高质量发展重要讲话精神和《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》要求，坚持生态优先、践行绿色发展，充分认识、准确把握能源产业在生态、环境、资源方面面临的制约因素和环境保护等核心问题，将资源节约与生态环保贯穿于能源产业链的各环节、能源开发利用的全过程。

(1)狠抓水资源问题。水资源匮乏是黄河流域最大的制约因素之一，能源生产企业正是水资源消耗大户。根据煤炭主产省(区)用水定额标准和煤制焦、煤制油(气)以及北方地区火电用水情况，有研究测算[16-17]黄河流域相关省(区)仅煤基能源产业的耗水量就接近每年百亿立方米水平；而能源耗水量与水资源总量呈现出不匹配的情形，能源生产密集区域总耗水量更大，但该区域水资源却更少。水资源总体匮乏、分布不均、用水结构和方式不合理等是黄河流域能源产业面临的最主要问题。要有效解决问题，首先是坚决贯彻“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的新时期治水方针，严格落实以水定产原则，进一步优化产业产能规划布局；其次是贯彻落实《国家节水行动方案》，推进水资源节约集约利用，加强节水科技创新，采用先进节水工艺，实施水资源梯级利用、循环利用，不断提高水资源利用效率；再次是积极拓展开发非常规水资源，探索矿井水、再生水等综合利用，缓解常规水资源不足的困境。

(2)紧盯环境污染问题。统筹深化废水治理，深入打好碧水保卫战。强化能源开发利用过程中的水资源、水环境和水生态“三水”统筹管理，提升能源企业废水综合治理、深度处理以及扩容优化改造，降低源头废水产生量、提高过程废水循环量、减少末端废水排放量，加快推进废水零排放。加强大气污染综合防治，打好蓝天保卫战。持续推进火电机组全面实现常规污染物的超低排放，实施工业锅炉综合整治，聚焦煤制油(气)、煤焦化等煤化工企业挥发性有机物(VOCs)综合治理；强化煤基能源企业开采、运输、存储、输送等全环节，矿区、堆场、道路等全区域的无组织排放管理。强化固废风险防控，打好净土保卫战。推广先进煤炭采选技术，减少煤矸石排放[33-34]，严防煤炭开采土壤污染；扩大煤矸石、煤泥、灰渣、粉煤灰、脱硫石膏等能源工业固体废物综合利用规模与水平，探索高值化、集约化利用，提高综合利用率；鼓励研发并使用环境友好型的生产工艺和设备，严控化工企业土壤污染，全面加强危废产生、贮存、运输、利用、处置全过程监管；开展能源企业地下水污染调查与协同防治，探索开展废弃矿井地下水污染综合防治与治理修复等。

(3)严控生态破坏问题。实施能源产业生态保护修复重大工程，统筹山水林田湖草沙冰一体化治理。推动煤炭绿色开采，最大限度降低煤炭开采对生态的影响，加快矿区生态恢复，补齐历史遗留问题，新矿破坏及时恢复植被，防止水土流失。新能源建设坚持“生态优先、合理布局、科学论证、统筹推进、环境友好”的基本原则，严格落实生态保护红线管制要求，强化生态环境保护措施，建设生态友好型电站。着力提升生态碳汇能力，以能源生产基地为中心，开展规模国土绿化行动，积极拓展草原、湿地、泥炭地等生态碳汇途径。

3 能源企业转型发展途径

企业是社会经济活动的主体，能源企业是黄河流域能源产业高质量发展的基石，也是支撑区域社会经济发展的重要支柱。区域内能源企业，尤其是国有大型综合能源企业，具备其他区域同类企业所没有的能源资源优势，和良好的煤-电-化产业链基础，应充分把握黄河流域生态保护与高质量发展战略契机，在“十四五”及以后相当长的时期内，把全面落实党中央、国务院关于生态文明建设和生态环境保护工作的各项部署作为企业转型发展的重中之重，以“清洁化”为目标，以“优结构、强治理、保生态、稳减碳、防风险”为中心任务，全力支撑黄河流域能源产业转型升级，为推动黄河流域生态保护与高质量发展奠定更好基础提供不竭动力。

3.1 加快绿色矿山建设，持续推进煤炭绿色开采

探索生态治理“新理念”，谋划把煤炭开发利用、生态治理和企业发展统一起来建设“生态矿区、绿色矿山、清洁煤炭”的“大思路”，形成统筹水、土、植被等资源整体生态治理的“大规划”，推动科学施策、久久为功、功在长远的“大行动”，坚持不欠新账、快补旧账的绿色矿山建设模式。

积极开展科技创新，加大智能绿色开采技术研发和装备制造，提高煤矿智能化水平，因地制宜大力推广应用智能化采剥与掘进、连采连充、无煤柱开采、矸石回填等新型绿色开采工艺，以及5G、云计算、物联网、智能地下水库等技术组合，探索新一代以实现“采煤不见煤、产矸不见矸、用水不废水”为目标的矿山绿色开采技术路线和生产模式。积极探索山水林田湖草沙冰一体化保护和系统治理的“煤矿-新能源-现代林/农业”融合发展新模式，在生态治理区开展“林光/风互补”“农光/风互补”的生产模式实践，走出一条具有企业特色的“产业生态化-生态产业化”绿色转型发展之路，打造新型绿色煤炭基地，建设水土保持、生态建设、地质环境修复治理示范工程。

3.2 加快绿色电站建设，打造后工业时代综合电力能源系统

合理控制、有序推进煤电新上项目，建设生态环境友好型绿色煤电企业。加快推进非常规煤电机组常规污染物的超低排放改造，开展全时段、全工况、全负荷氮氧化物稳定达标以及烟气常规污染物深度治理技术研发；开发低成本协同脱除关键技术，做好协同控制三氧化硫、重金属等非常规污染物的治理技术储备；推广应用煤电消纳电石渣、白泥等工业固废，以及掺烧污泥、生活垃圾等城市固废协同治理技术，推动燃煤电厂向生态共享型燃煤电站转型。推进煤电产业升级，加大存量机组供热、节能、灵活性改造力度，持续降低煤电机组供电煤耗，深挖能源梯级利用；积极探索“多联产柔性电厂”“园区电厂”“储能电站”“调峰电站”等新定位，打造传统煤电综合能源供应、能源微网、集成优化等相融合的智慧能源系统。

加大可再生能源开发力度，按照国家规划进度，规划布局新能源，稳步提高非化石能源装机占比，建设风光水火储综合能源基地，探索多联供和网源荷储一体化，推动“风光气氢储”融合发展，构建以新能源为主体的新型能源系统，延伸“绿电、绿氢”等新能源产业链，支撑助力煤化工产业过程减碳。高度重视水电、风电、光伏(热)发电等清洁能源快速发展过程中带来的生态保护压力和挑战，将清洁能源项目真正建成能源安全有保障、生态环境更优美的低碳绿色电源。

3.3 加快绿色化工建设，发展现代煤化工产业

服从服务国家战略，坚持煤炭分级分质利用原则，更加注重煤炭原料属性开发，积极应对传统煤化工产业“低端重复过剩、中高端依赖进口的结构性不足”问题，围绕煤直接液化制油、煤间接液化制油、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制可降解塑料等技术路线，加强产品结构的优化，加大新产品开发力度，加快煤基通用柴油以及煤基航天煤油、煤基喷气燃料等特种油品的推广应用，积极发展乙醇酸甲酯及其聚合制品等煤基生物可降解材料，和高等级碳素等特种材料，走高端化、差异化、精细化产品路线，做到基础产品有优势、延伸产品有特色、高端产品有创新，推进煤化工产业延链、补链、强链。

坚持生态优先、绿色发展与污染防治，严控“两高”项目，落实“四水四定”“能耗双控”，深入推进VOCs专项整治，积极采用节水节能工艺，强化废水综合治理、深度处理以及回收利用；加快煤化工关键核心技术攻关，实现绿电、绿氢等新能源与现代煤化工耦合发展，探索大规模二氧化碳捕集、封存和资源化利用路径，推动源头减碳、过程减碳、主动减碳，让煤化工成为可持续发展的绿色产业。

4 结论与建议

能源产业是黄河流域的支柱产业，能源企业的绿色低碳转型是贯彻落实黄河流域生态保护与高质量发展战略的重要举措。黄河流域相关省(区)能源产业和能源企业高质量发展转型的关键在于科学解答“煤炭资源往哪里去”“清洁能源从哪里来”“能源开发利用过程中生态环保工作怎么做”这3个关键核心问题。

(1)充分发挥黄河流域煤炭资源优势，做好煤炭这篇大文章。将煤炭以最集约、最高效、最清洁的方式发挥煤炭的原料属性，提高煤炭向电力生产的集中度，引导工业产业电能替代和能源结构调整，加快推动全社会电气化率提升；在国家最急需、利用最充分、前景最广阔的领域发挥煤炭的资源属性，加快推动现代煤化工产业升级，补齐、补强能源化工产业链。

(2)充分利用黄河流域地理资源条件，做强清洁能源大布局。科学规划、加快推进风电、太阳能发电规模化开发，在资源丰富、条件优越的地区，采取集中式与分布式并举的新能源电力开发模式，能建尽建、能发尽发；加强科技创新，多措并举解决新能源消纳难题，探索“绿电制氢、安全储氢、多渠道用氢”的清洁能源新型产储销产业链。

(3)充分认识黄河流域生态环境“家底”，做优生态环保大基础。将“绿水青山就是金山银山”理念植根于能源产业的企业文化土壤。以“产业生态化-生态产业化”的思路建设绿色矿山，实施矿区山水林田湖草沙冰一体化治理；以节能降耗为总抓手推进煤电减污降碳协同增效，进一步实施煤电清洁化水平升级；以生态改善为前提和优于周边的建设标准开发新能源，打造生态和谐、环境优美的景观式新能源基地；以开源节流、循环利用的思路统筹水资源利用，彻底扭转能源企业与民争水、与农争水、与生态争水的局面。