中国煤炭产能时空格局演变及碳中和支撑政策研究

张玉韩 ， 曾建鹰 ， 崔荣国

( 自然资源部 a.信息中心；b.国土空间大数据工程技术创新中心，北京 100036)

0 引言

煤炭产业是国民经济基础产业，关系经济发展和社会稳定大局。但随着近年来我国经济增速放缓，煤炭需求增幅下降，特别是2012年之后，我国煤炭行业面临产能过剩矛盾突出、价格大幅下跌、煤炭企业大面积亏损等问题，行业经济运行形势急转直下[1]。党中央、国务院高度重视煤炭产能过剩问题，2016年2月，《国务院关于煤炭行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》(国发〔2016〕7号)[2]提出“严格控制新增产能，切实淘汰落后产能，有序退出过剩产能”，标志着煤炭行业去产能进入实质性实施阶段[3]。作为一种高碳化石能源，煤炭是二氧化碳排放的主体。据统计，2019年我国二氧化碳排放量约100亿t，仅煤炭消费产生的二氧化碳就占到3/4[4]。党中央目前已将碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，将对我国煤炭工业发展产生深远影响[5]。研究煤炭去产能问题，可以为政府制定碳达峰、碳中和相关政策提供决策支撑。

自供给侧结构性改革实施以来，国内学者在分析煤炭产能过剩形成原因、面临的困难以及探索治理对策方面开展了大量研究[3,6-10]，也有部分学者针对去产能省际分配[11]、去产能对生态环境[12]和产业结构调整[13-14]的影响开展了相关研究。2020年中央经济工作会议以来，煤炭工业领域成为支撑碳达峰、碳中和学术研究的焦点[15-22]，学者们分析了碳达峰、碳中和对煤炭行业的影响，并提出煤炭低碳化发展的对策措施。已有文献鲜有从我国煤炭去产能时空格局演变特征出发来提出支撑碳达峰、碳中和目标实现的政策建议研究。由于我国煤炭资源分布相对集中，不同煤炭富集地区在资源禀赋条件和生态环境政策约束等方面存在差异，分析我国煤炭去产能格局演变，有助于提出更加有针对性的政策措施。基于此，本研究对我国2015—2020年煤炭生产格局演变及“十三五”期间去产能空间分布格局进行分析，并在此基础上提出支撑碳中和目标实现的政策建议。

1 研究对象、研究方法与数据来源

1.1 研究对象

将县级行政单元作为空间分析与评价的基本单元，研究对象为中国内地地区拥有煤炭采矿权的所有县级行政单元，其中2015年拥有煤炭采矿权的县级行政单元数量为845个，2020年为605个。

1.2 研究方法

1.2.1煤炭去产能测算。本研究将某一时段内采矿权注销或超过终止时间且不再延续的煤炭采矿权产能定义为该时段去除的煤炭产能。由于研究尺度为县级行政区，考虑到数据的可获得性，采用设计开采规模指标表征产能。设计开采规模反映某一地区矿产资源现实可能的生产能力，既反映矿产资源现实可用数量，也反映资源的质量状况[23]。

1.2.2重心迁移模型。地理重心是描述地理事物或属性分布的矢量合力点，可以分为几何重心和加权重心，本研究采用加权重心辅助分析全国煤炭生产格局的变化。加权重心通常以区域地理事物或属性分布量为权重，并将其赋给空间对象几何坐标，然后利用重心公式进行计算[24]。本研究以全国所有煤炭采矿权为空间对象，以其煤炭产能为权重值，参照F.H.Wang等[25]的计算公式来测算全国煤炭生产重心。研究煤炭生产重心在一定时期t(t=﹛t1,t2, …,tm﹜)内的演化规律，需计算各时相煤炭生产重心，通过比较重心转换的过程，就可以得到煤炭生产重心在t时段内的迁移过程。为叙述方便，引入重心转移曲线概念，即重心从t1到t2直至tm连接而成的一条曲线，并借助GIS可视化功能来直观地表达全国煤炭生产重心演化过程。

1.2.3平均最近邻指数。采用平均最近邻指数刻画我国煤炭生产空间集聚性演变。首先，测算平均最近邻距离，平均最近邻距离是刻画地理事物在地理空间中相互邻近程度的一项指标，广泛地运用于地理空间结构研究中[26-27]，计算方法为：测出每个煤炭采矿权与其最邻近采矿权之间的距离，取这些距离的平均值[28]。其次，平均最近邻指数通过观测的平均最近邻距离除以期望的平均最近邻距离计算得出，如果该指数小于1，则表现的模式为集聚；如果大于1，则表现的模式趋向于分散。具体公式为：

式中：ANN为平均最近邻指数；di为第i个煤炭采矿权与其最邻近采矿权之间的欧氏距离；n为煤炭采矿权总数；A为所有煤炭采矿权最小外接矩形的面积。

1.2.4局部空间自相关指数。局部空间自相关指数是用于分析某区域局部地区空间关联和空间差异程度的一项重要指标，本研究采用ArcGIS 10.5中的Anselin Local Moran’sI[29]工具来分析煤炭去产能地区之间的局域关联情况。该工具可以识别具有统计显著性的煤炭去产能高值聚类(高-高)、低值聚类(低-低)，以及被低值要素围绕的高值要素区(高-低)、被高值要素围绕的低值要素区(低-高)。

1.3 数据来源

本研究所采用的数据主要为煤炭采矿权数据，以2015—2020年为时序开展动态演化分析。全国煤炭采矿权坐标及设计开采规模数据来源于“自然资源部全国矿业权人勘查开采信息公示系统”(http://kyqgs.mnr.gov.cn/)，坐标取四至坐标的中心点来表示。各县级行政区煤炭采矿权数量及设计开采规模数据统计过程为：根据煤炭采矿权坐标，在ArcGIS 10.5软件中生成矢量文件，采用空间连接工具将位于各县级行政区内的煤炭采矿权数量和设计开采规模信息加总得到。

2 结果与分析

2.1 2015—2020年煤炭开采空间格局演变

2.1.1煤炭采矿权数量和产能变化。2020年，我国煤炭有效采矿权(采矿许可证在有效期内的煤炭采矿权)数量为4 573个，产能合计44.4亿t，主要分布在黄土高原、鄂尔多斯盆地、蒙东、豫北、鲁西、皖北、云贵高原、新疆北部等地区(图1a)。从省级行政区来看，山西、内蒙古、陕西三省份煤炭产能遥遥领先，合计占全国的64.0%，其次为贵州、新疆、安徽、河南、山东、黑龙江、宁夏等省份，产能合计占全国的25.8%；煤炭采矿权数量同样为山西最高，贵州、内蒙古、四川次之。从县级行政区来看，内蒙古准格尔旗和伊金霍洛旗以及陕西神木市煤炭产能最高，均超过2亿t，山西朔州市平鲁区产能超过1亿t，山西大同市云冈区和陕西榆林市榆阳区产能超过9 000万t，排名前10位的县级行政区煤炭产能共占全国的28.8%。

图1 2020年中国煤炭产能分布及2015—2020年产能变化分布

2015—2020年我国拥有煤炭采矿权的县级行政区数量减少240个，煤炭有效采矿权数量减少51.3%，81%的县级行政区(685个)煤炭采矿权数量减少，其中云南富源县和宣威市、黑龙江七台河市减少数量最多，均超过50个，另有24个县级行政区减少数量达到或超过30个。从产能来看，615个县级行政区煤炭产能下降，主要分布在云贵高原、四川盆地以及黄河流域中下游、祁连山脉等地区；124个县级行政区产能升高，主要分布在大型煤炭基地内，其中内蒙古伊金霍洛旗和陕西榆林市榆阳区产能增加数量最多，均超过5 000万t。总体来看，煤炭生产活动在空间上进一步向资源富集区集中(图1b)。

2.1.2煤炭开采规模结构变化。受供给侧结构性改革和产业高质量发展等相关政策驱动，2015—2020年我国煤炭开采规模结构不断优化，逐步形成了以大中型采矿权为主体的生产格局。2020年，我国煤炭有效采矿权中，大中型规模比例达55.7%，2015—2020年提升30百分点；大中型采矿权产能占比更高，达90.2%，提高11.7百分点。大中型采矿权数量比例较高的区域主要分布在黄河流域中下游、蒙东以及皖北等地区(图2a)，县域范围内煤炭采矿权全部为大中型的有181个，其中仅山西就占1/3，内蒙古、山东、河南和安徽四省份共占近40%。2015—2020年，236个县级行政区煤炭大中型采矿权数量比例提升，其中提升幅度较大的主要集中在贵州、新疆、陕西以及蒙东、豫北等地区(图2b)。

图2 中国煤炭大中型采矿权比例2020年空间格局及2015—2020年变化

2.1.3煤炭生产重心迁移。2015—2020年我国煤炭生产重心迁移轨迹如图3所示。可以看出，2015—2020年，我国煤炭生产重心向西北方向移动。2015年，全国煤炭生产重心位于山西吕梁市交口县；2016年，煤炭生产重心向正北方向移动，迁移直线距离约8 km，仍位于交口县内；2017—2019年，随着新疆、内蒙古鄂尔多斯、陕北等地区煤炭生产规模的进一步扩大，我国煤炭生产重心逐步向西北方向迁移，且西向拉动作用明显，其中2017—2018年迁移距离最长，约53 km，由中阳县迁移至柳林县北缘，2019年又继续向西迁移至陕西省吴堡县；2020年，由于蒙东、陕北、内蒙古鄂尔多斯、晋北、晋西等地区新增煤炭采矿权产能的较快增长，我国煤炭生产重心北向拉动趋势增强，迁移至山西吕梁市临县与陕西榆林市佳县交界处，迁移直线距离约14 km。煤炭生产重心的迁移轨迹总体上印证了我国煤炭生产逐步向西转移的大趋势。

图3 2015—2020年中国煤炭生产重心迁移

2.1.4煤炭生产空间集聚性演变。由图4可以看出，我国煤炭生产具有明显的空间集聚性，2020年采矿权平均最近邻指数仅为0.134，远小于1，且2015—2020年总体呈下降之势，下降幅度为20%。说明我国煤炭采矿权空间集聚性进一步增强，生产格局得到优化，资源开发空间集约水平进一步提升。

图4 2015—2020年中国煤炭采矿权平均最近邻指数变化Fig.4 Changes of average nearest neighbor index of coal mining rights in China during 2015—2020

2.2 “十三五”期间煤炭去产能格局演变

2.2.1年度煤炭去产能情况分析。“十三五”期间我国煤炭去产能情况如表1所示，从退出采矿权数量来看，2016—2018年退出力度较大，尤其是2018年，单年度退出采矿权数量占“十三五”期间退出总数量的1/3，可能是由于2018年是《打赢蓝天保卫战三年行动计划》实施的开局之年，而山西、陕西均是国务院确定的打赢蓝天保卫战重点区域。从退出采矿权的规模来看，95.2%为小型及以下规模，其中2016年退出的小型及以下规模采矿权数量占比最高，之后，随着全国大中型采矿权比例的提升，越来越多的大中型采矿权成为去产能对象。5年间累计去产能6.2亿t，其中低效产能(小型及以下采矿权产能)为4.3亿t，占69.1%。

表1 “十三五”期间我国煤炭去产能情况统计

2.2.2煤炭去产能空间格局。“十三五”期间，我国煤炭去产能较高的地区主要集中分布在山西、陕北、宁夏、内蒙古鄂尔多斯、云贵高原、四川盆地以及豫西、皖北、鲁西等地区(图5)。从采矿权数量来看，重庆市、云南曲靖市和贵州毕节市退出较多，分别达617个、358个和229个；县级层面上，曲靖市麒麟区、宣威市、富源县，大理州祥云县，重庆市奉节县、永川区，龙岩市新罗区，六盘水市盘州市，宜春市丰城市退出较多，均超过50个。从产能来看，市级层面重庆市退出最多，超过4 000万t，其次为毕节市，退出量超过3 000万t，六盘水市和曲靖市均超过2 000万t；县级层面上张家口市蔚县、六盘水市盘州市、曲靖市宣威市退出量较多，均超过1 000万t，石嘴山市大武口区等15个县级行政区退出产能超过500万t。

图5 “十三五”期间中国煤炭去产能分布

对“十三五”期间全国县级行政区煤炭累计去产能局部空间自相关指数进行测算(图6)，发现从去产能数量来看，云贵高原、宁东、蒙西、晋北、陕北、豫西和鲁皖交界等地区形成了明显的高-高集聚区，围绕这些地区周边形成一些低-高集聚区，祁连山脉由于受近几年生态环境保护政策影响，形成了高-低集聚区。从去产能数量占“十三五”期间有效产能比重来看，在长江经济带形成了明显的高-高集聚区，而产能较高的山西、陕北、宁东、内蒙古鄂尔多斯、豫西、新疆北部则成为低-低集聚区。主要原因可能是长江经济带煤炭产能本底较低，且近几年受长江流域生态环境保护相关政策影响，煤炭去产能力度较大，而北方煤炭大省产能本底较大，冲淡了其去产能的数量比例。

图6 “十三五”期间中国煤炭去产能及其占总产能比重空间关联特征分布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 结论、建议与讨论

3.1 结论

(1)2015—2020年，我国72.8%的县级行政区煤炭产能下降，空间分布进一步向资源富集区集中。煤炭有效采矿权数量减少51.3%，81.0%的县级行政区采矿权数量降低，煤炭开采规模结构不断优化，大中型规模比例提升30百分点，贵州、新疆、陕西以及蒙东、豫北等地区提升幅度较大，逐步形成以大中型采矿权为主体的生产格局。

(2)2015—2020年，全国煤炭生产重心逐步向西北方向移动，由山西吕梁市交口县迁移至临县与陕西榆林市佳县交界处，累计迁移直接距离约111 km。采矿权空间集聚程度进一步增强，平均最近邻指数由2015年的0.17降低至2020年的0.14。

(3)“十三五”期间全国累计去产能6.2亿t，其中近70%为低效产能，退出煤炭采矿权数量近5 000个，95.2%为小型及以下规模。去产能较高的地区主要集中分布在山西、陕北、宁夏、鄂尔多斯、云贵高原、四川盆地以及豫西、皖北、鲁西等地区。

(4)“十三五”期间，从去产能数量来看，云贵高原、宁东、蒙西、晋北、陕北、豫西和鲁皖交界等地区形成明显的高-高集聚区，从去产能数量占总产能比重来看，长江经济带形成了明显的高-高集聚区。生态环境保护政策是各地区煤炭去产能的重要推动因素。

3.2 建议

在新发展阶段背景下，我国煤炭领域应统筹考虑能源安全与碳减排目标，以持续深化供给侧结构性改革为主线，以提升煤炭工业领域高质量发展为契机，有序推动碳减排，为我国2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和目标提供有力支撑。

(1)推动煤炭由能源主体地位向兜底保障地位转变。2021年全国能源工作会议强调，要着力增强安全保障能力，夯实煤炭煤电兜底保障，深入推进煤炭清洁高效开发利用。从本研究结果看，2015—2020年我国煤炭采矿权数量虽然减少超过一半，去低效产能成效显著，但总产能仍较为稳定。从消费端来看，2015年以来煤炭占我国能源消费总量比重持续降低，但2020年仍维持在56.8%的水平。能源安全稳定供应是一个国家强盛的保障和安全的基石[30-31]，碳达峰、碳中和需要长期努力才能实现，在实现碳达峰、碳中和的过程中，煤炭仍将是我国能源安全的压舱石和电力系统安全运行的稳定器[32]。推动煤炭由能源主体地位向兜底保障地位转变是统筹能源安全与碳减排目标的必由之路，这就需要各级政府在做好稳基础的前提下有序推进煤炭去产能工作。

(2)加强煤炭精细勘查与清洁高效利用。推进从矿区—井田—工作面尺度对煤炭赋存规律与地质结构开展高精度、高分辨率的精细勘查[33]，同时加强富煤勘查，引导以“动力煤”勘查为主向“化工煤”勘查为主转变。加强清洁煤地质研究并将其应用到煤炭高效清洁低碳化利用的全过程，重点探索煤炭开采过程中煤与矸石分离、有害元素赋存状态与除脱利用、煤地下气化等理论技术[34]，通过低碳转化和节能降耗实现碳减排。优化煤炭利用结构，进一步淘汰生产技术落后、安全事故多发的小煤矿，发展工艺先进、生产效率和安全水平高的科学产能，加强煤矿生产的智能化改造[35]。

(3)实施去产能与煤炭产业发展区域差别化政策。晋陕蒙是我国黄河流域的重要组成部分，应充分贯彻落实黄河流域高质量发展要求，坚持以水定产，“十四五”乃至“十五五”期间，煤炭开发强度应只减不增[36]；合理降低黄河流域下游的河南、山东等地区煤炭开发强度，在满足安全兜底功能的基础上，积极推动产能进一步压减；提升云贵高原和四川盆地煤炭产能集中度，有效增加科学产能。此外，加快晋陕蒙新等资源丰富省份煤炭从燃料向原料功能转变。美国、德国、日本碳达峰发展历程表明，即使有可替代煤炭的能源，碳达峰后会仍然使用煤炭，只是其用途发生了变化[32]。据统计，煤炭作为原料生产化肥、甲醇和烯烃等产品时，其30%～40%的碳会被固定在煤制烯烃、煤制化肥等产品中，不仅可以减少碳排放，还会降低碳捕集成本[5]。建议进一步拓展煤炭原料化利用领域，有序发展现代煤化工，有效替代油气资源作为工业原料的数量，探索发展煤基新材料[37]。在水资源相对丰富的地区开展煤制油、煤制气、煤制烯烃和乙二醇等煤化工升级示范工程建设，推进碳捕集与封存技术相结合的煤制氢规模化示范项目建设。

(4)强化退出矿山生态修复，充分利用复垦土地发展可再生能源和生物碳汇。一方面，加快产能退出矿区遗留的采煤沉陷区综合治理与煤炭矿区土地复垦，充分利用矿区废弃和复垦土地开展风电或光电等可再生能源项目。煤矿区除丰富的煤炭资源外，通常还具有大量的土地、风、光等其他自然资源[38]，有学者统计，我国目前已有及未来预计新增的采煤沉陷区面积超过6万km2[39]，可以为风、光发电提供良好的资源基础条件。另一方面，结合地区自然地理环境条件，探索煤炭企业将矿山生态修复与碳汇林草种植统筹结合，在采矿权退出的土地上种植树木、草、作物等，开展残次林改造，增加森林碳汇规模。此外，鼓励对露天采坑和高潜水位采煤沉陷区进行湿地改造固碳[40]，支持利用煤矿井巷落差抽水蓄能[41]，并探索将采煤空间与二氧化碳捕集和封存技术相结合，利用煤井开展碳储存。

3.3 讨论

本研究主要从采矿权设计开采规模角度对我国煤炭去产能进行了分析，但落后产能内涵还涉及安全生产、产品质量、开采技术、经营状况、生产状态以及与自然保护区等重要生态保护空间的关系等。未来需在细化落后产能概念的基础上继续深化时空格局演变研究，为煤炭领域支撑碳中和提供更加科学的决策支撑。