能源革命視域下山西能源產業發展趨勢研究

郭晟熙

摘 要：能源是人類賴以生存和發展的重要基石，回溯人類歷次能源革命，能源的發展始終圍繞降本和增效兩大主題，每次能源革命都會對區域經濟發展格局產生深遠影響，而當下以低碳和可再生能源為特征的新一輪能源革命正在展開。山西作為我國典型的資源型地區，是能源大省也是碳排放大省，在國家“雙碳”目標約束下，山西面臨著保障供應和能源產業轉型的雙重壓力。文章基于能源革命視角，從山西能源產業發展現狀和當前存在問題出發，探尋山西能源產業技術迭代和降本增效驅動力，增強山西能源產業發展韌性和穩健性，助力山西能源產業發展。

關鍵詞：能源革命碳中和 能源產業

中圖分類號：F207

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2023）05-121-03

山西是我國傳統能源大省、碳排放大省，同樣也是我國典型的資源型地區。資源型地區的經濟轉型發展是全球性難題，面對當今人類第三次能源革命，山西的經濟轉型和產業轉型，更是迫在眉睫。國內外發展實踐都表明，能源產業是資源型地區發展現代化經濟體系的重要支撐和堅實基礎。然而，要實現能源產業的轉型升級，提高資源型地區現代經濟發展的質量與效益，這是一項長期而艱巨的任務。圍繞這一關鍵任務，山西作為全國唯一的資源型經濟轉型綜合改革試驗區，承擔著黨中央從新時代能源戰略全局出發賦予的使命，要進一步用好用足能源革命綜合改革試點政策，探尋山西能源產業降本增效的驅動力，加快推動構建支撐山西高質量發展的現代能源產業體系，為世界能源革命提供中國模式示范引領樣板。

一、人類的能源革命之路

迄今為止，人類在能源領域一共經歷了三次重大變革，其中第一次變革是從植物能源到化石能源的轉變，第二次變革是從化石能源到可再生能源的轉變，而第三次變革則是從可再生能源到低碳清潔能源的轉變。每一次變革都使能源產業格局發生了巨大的變化，為全球發展和人類生產生活帶來巨大的變化。

第一次能源革命是人類開始學會并掌握人工取火的方式。最初人類只能從自然界中尋找和保存火種，并加以利用。而后隨著人類的進化，學會了人工取火技術，使用更為便利，這是人類最初生產生活實踐的標志。從此，人類徹底告別了原始的生活方式，開始一步步向文明社會邁進。柴薪類材料因易于從自然界中獲取、方便運輸和使用、燃燒速度快，而被作為主要能源支持生產生活實踐活動，隨著其廣泛應用，人類開啟了植物能源時代。

第二次能源革命是化石能源替代植物能源成為新的主導能源。工業革命推動了第二次能源革命，以化石能源取代植物能源，人類由此邁入化石能源時代。這個時代分為煤炭能源和油氣能源兩個階段。在煤炭能源階段，以瓦特改進蒸汽機為標志的18世紀中葉的第一次工業革命，蒸汽機的普及使得煤炭的開采規模與效率得到了極大的提高，反過來煤炭資源的大規模開發又助推了蒸汽機的進一步發展，從而加快了人類工業化進程。而此次能源革命與工業革命的結合，讓英國成為了“曰不落”帝國。在油氣能源階段，人類發明了內燃機并發現了電，這使得第二次能源革命被推向高潮。由于石油具有高熱值和高效能的特點，因此內燃機比蒸汽機更為輕便，效率也更高。這對汽車、飛機、輪船等交通運輸工具的迅速發展起到了推動作用，也促進了石油化工相關產業的進一步發展。在第二次工業革命中，隨著人類對電器產品的依賴日益加深，電力逐漸成為不可或缺的能源，將人類社會推向了石油和天然氣的時代。美國是第二次工業革命和能源革命的開創者，其經濟得到迅猛發展，最終取代了英國，一躍成為了世界上最大的經濟體。

第三次能源革命是以可再生能源替代不可再生能源，以低碳清潔能源替代高碳能源。當今世界應對氣候變化和能源低碳轉型已成為共識．中國的能源產業發展已經進入高質量發展的新階段，積極構建多元化、低碳化的能源供給體系。“四個革命、一個合作”能源安全新戰略，為新時代中國能源產業高質量發展指明了前進方向，開辟了一條有中國特色的能源發展之路。山西是以化石能源產業為主的省份，也是一個碳排放量大的省份，承擔著國家能源革命綜合改革試點的重任，實現山西能源產業的系統性變革發展，對實現山西乃至全國節能減排、可再生清潔能源利用、能源結構優化等具有重要意義。為此，山西省委在十二屆三次全會提出，要以“雙碳”目標為指引，深化能源革命，要以新能源和可再生能源的推廣應用為重點，以能源轉型為倒逼產業，以產業升級帶動能源產業升級。

二、能源產業發展現狀及存在問題

山西能源產業是我國現代能源供應體系中的重要樞紐，具有較大的產業潛力，是我國未來能源產業發展的戰略重點。但長期以來，由于資源稟賦和能源成本的制約，能源結構一直是以煤為主的高排放化石能源，存在著產業結構偏重、能源結構偏煤的產業形態問題。

（一）發展現狀

1．煤炭與煤層氣產業。煤炭是我國一次能源中最經濟、最可靠的能源，山西煤炭資源存儲量大、分布范圍廣。黨的十八大以來，山西累計生產原煤98億噸，占同期全國產量的1/4，外調64億噸，占省際調出量的七成以上，切實有效保障了國家能源安全。同時，山西大力推進煤炭先進產能建設，2022年山西通過產能置換建設現代化煤礦286座、增加先進產能4.85億噸，年。

與煤炭資源相比，山西煤層氣資源在全國占有更大的優勢，山西是我國煤層氣資源富集程度最高、開發潛力最大的省份之一。山西省煤層氣探明儲量和產量占全國煤層氣儲量的90%以上，煤層氣已形成了一條完整的產業鏈。2022年山西累計抽采煤層氣達96.1億立方米，約占全國同期煤層氣產量的83.2%。在煤層氣的運輸方面，形成了“三縱十一橫”的管網結構，這條管網覆蓋了整個山西11個市100個縣，總長度達到了8610公里，儲氣調峰能力達到了4.1億立方米／年。此外，管網連接實現了區域聯動，不僅能夠對全省的煤層氣進行調配，還能夠將本省的煤層氣輸送到周邊省份。

2．新能源產業和可再生能源產業。山西的可再生能源如太陽能、風能、地熱和生物質能都比較豐富。山西屬國家四類資源區，其獨特的地理位置造就了其風光資源的豐富，其中風能平均發電小時數介于2000-2600小時，風電技術經濟可開發量約4850萬千瓦。太陽能平均發電小時數為1200-1600小時，光伏發電技術經濟開發容量約60000萬千瓦。截至2022年底，山西全省地熱井共有457眼，已開發利用276眼，每年實際開采地熱水量1823萬立方米。山西積極推進新能源和可再生能源的開發，致力于發展清潔能源，山西風電、光伏發電等新能源和可再生能源實現跨越式發展。截至2022年底，山西省發電總裝機12079.52萬千瓦，其中風電裝機2317.81萬千瓦、太陽能裝機1695.71萬千瓦，新能源裝機容量占比達33.23%，風電、光伏已成為山西第二、第三大電源。同時隨著山西新能源裝機的增加，山西新能源發電量也持續增長。2022年山西新能源累計發電量達685.53億千瓦時，新能源利用率達98.6%。

（二）存在問題

1．保供與轉型平衡難度高。2022年，受到全球能源危機的影響，我國的經濟結構重化趨勢明顯，經濟發展對化石能源的依賴度不減反增，煤炭在我國能源消費中的比重出現了近10年的首次回升，能源消費彈性系數反彈至接近1。我國能源消費總量目前仍在中高速增長，山西作為全國煤炭產量大省，煤炭產量勢必要維持高位。新形勢下，山西如何平衡保障能源供應與能源產業轉型發展，成為一個亟待解決的重要課題。

2．新能源和可再生能源發展不足。新能源和可再生能源由于符合保供和轉型雙重訴求，山西相關產業部署不斷提速，風電、光伏項目建設成效突出。盡管新能源和可再生能源產業發展提速對山西改變“一煤獨大”的產業格局有正向貢獻，但是地熱能、氫能、核能等其他新能源和可再生能源的發展依舊不足，對新能源的開發利用程度還不夠高。這一現狀與經濟社會發展需求之間存在較大差距，無法支撐區域經濟發展。因此，山西在促進新能源和可再生能源產業轉型發展上，仍有較大的發展潛力。

3．技術創新能力亟待提高。山西能源產業在核心技術研發方面與國內外先進地區存在差距，山西煤炭化工產業亟待更新提升技術路線和產品結構，儲能技術和智能電網技術也相對滯后，儲能的使用成本比較高，很難在短時間內達到規模化和推廣的目的。在短期內，能源核心技術的進步可能會面臨諸多困難，這會阻礙能源利用方式的轉變，使能源結構無法及時調整，從而導致產業結構的升級受到阻礙。此外，由于技術的發展可能會遇到一些挑戰和不確定性，也可能影響能源利用的效率。因此，為了實現能源利用的高效性，應該采取有效措施來促進技術的進步，以促進能源利用方式的轉變和產業結構的升級。

三、能源產業降本增效的驅動力

山西能源結構調整要有序推進，傳統能源產業與新能源產業需要相互協作、多能互補，共同探索能源領域的技術迭代和降本增效驅動力，為山西能源轉型發展，提供廣闊發展空間的新思路。

（一）智慧礦山建設

依靠科技進步，實現煤炭安全、高效、智能、綠色開采和清潔高效利用是山西煤炭產業高質量發展的必然趨勢。在生產端，智慧礦山技術提升了煤礦的開采效率，降低了煤礦在開采過程中的損耗。

智能煤礦是大數據和工業互聯網技術在煤炭生產端的應用。智能煤礦指的是以最新的云計算、人工智能等技術為基礎，實現礦山生產流程智能化管理的一整套解決方案。礦井生產過程中需重點關注各種生產機電設備及其運行狀態，水、瓦斯、頂板等重大危險因素，以及生產操作人員安全，要利用智能煤礦進行全流程全方位的互聯互通，實現遠距離管控和全流程智能分析，保證礦山實現安全高效運行。

智能煤礦對煤炭產業的高質量發展起著重要作用。智能煤礦對于實現煤礦減人增安提效，推動能源產業低碳轉型，具有十分重要的意義。智能煤礦將人工智能、工業物聯網、云計算、大數據、機器人、智能裝備等與現代煤炭開發利用進行了深度融合，最終形成了全面感知、實時互聯、分析決策、自主學習、動態預測、協同控制的智能系統，實現了煤礦開拓、采掘（剝）、運輸、通風、洗選、安全保障、經營管理等流程的智能化運行，切實提高煤礦安全生產水平、保障煤炭穩定供應。

礦井的信息化和數字化是煤礦智能化的基礎，其建設依賴于眾多的傳感器，對礦井下的環境、設備以及人員進行實時監測。利用5G技術大寬帶、廣連接和低延時的強大技術優勢，結合大數據與云計算的儲存解析優勢，可以有效促進礦井井下傳感網絡系統的搭建。將非實時數據上傳到云端，通過大數據分析和智能處理技術，將其有效挖掘，并將實時性強的數據下沉至設備端，以減少傳輸及解算時延，提高數據分析效率，為煤礦智能化運行提供有力支撐，這是傳統無線通信和傳輸技術難以實現的。

（二）煤制氫技術

在煤炭應用端，煤制氫氣技術的發展使二氧化碳排放量減少，為實現煤炭的清潔高效利用提供了有效的技術支持。煤氣化是煤制氫的主要技術路線，是指煤在高溫常壓或加壓下，與氣化劑反應轉化成氣體產物。氣體產物中氫氣的含量隨著氣化方式的不同而變化，可以利用變壓吸附（PSA）技術可將其提純到燃料電池用氫要求。

傳統煤制氫技術主要通過固定床、流化床和氣流床三種方式進行，合成氣體中一氧化碳和二氧化碳等體積分數高達45 %-70%。以超臨界水煤氣化為代表的新型煤制氫技術，利用超臨界水（溫度≥374℃，壓力≥22.1MPa）作為均相反應媒介，具有高氫氣組分、高氣化率、低污染等特點。

（三）風機大型化

在風機的生產成本中，原材料所占的比例在90%以上，而葉片、變速箱、發電機、變頻器、底座、主軸等都是最主要的原材料。以國際可再生能源局的數據為依據，風力發電整機成本主要由葉片、齒輪箱和發電機構成。其中，葉片占比為24%，齒輪箱占比為19%，發電機占比為7%，三者合計占比達40%。風機大型化是風電行業發展的必然趨勢，其大型化能夠有效地降低風電場的運行成本，而大型化能夠增加發電量，攤薄初期投資費用，并在此基礎上進一步降低了對風速的需求，增加了發電時數，從而有效地提高了風力資源的利用率，提高了風電項目的總體經濟性。

風機大型化的經濟效益來自成本 和效益的平衡。風機供應鏈的迅速成 熟、技術的更新換代、風力機單位功率 的平均價格不斷下降。同時大型化降 低對風速的要求，增加發電可利用小時 數。在大功率趨勢下，風機單價下降帶 來度電成本下降。葉片直徑增加，輪轂 高度提升和機組大型化是未來風機技 術發展的主要方向。在其他條件不變 的情況下，更大的葉片能捕獲更多風能，輪轂高度提升也能是機組獲得更高的風速。發電量隨風速增加，帶來容量系數的增加，同時推動更大規模項目的建設，降低風電的安裝成本，進一步推動山西風電產業發展。

（四）光伏材料本土產業化

太陽能電池板是光伏行業的核心原料。不同類型的電池成本結構基本相似，都是由硅片、輔材（銀漿、靶材）、人工等部分組成的。以低溫銀漿為例，其有很高的技術壁壘，被杜邦、賀利氏、三星等外國制造商長期壟斷。但近幾年來，國內銀漿生產企業取得了突破性進展，生產廠家由原來的幾家發展到幾十家，產品技術水平發展迅速，與國外產品的差距越來越小。當前，雖然輔助材料在國內還沒有實現完全的本土化，但國產銀漿占比不斷提升。在減少輔材用量方面，通過改進工藝（如多主柵、銀包銅、細柵印刷工藝）來減少銀漿用量，進一步壓縮成本。光伏產業發展成本在不斷下降，生產效率也在不斷提高。根據中國光伏行業協會數據，2019年至2021年期間，P型電池正面銀漿耗量、P型電池背面銀漿耗量、Topcon正面銀鋁漿耗量、HJT雙面低溫銀漿耗量分別下降了約13.3%、22.8%、20.9%和36.7%，若山西省能在引進光伏原料生產企業和研發新技術方面取得突破，將會進一步提高山西光伏產業發展水平，切實推動山西能源產業降本增效。

四、結語

第三次能源革命的到來，正在引發影響深遠的能源產業變革，為山西能源產業轉型升級、創新發展帶來了難得的歷史機遇。山西作為我國能源大省，能源產業的發展正處于加速轉型的關鍵時期，能源需求仍將保持較快增長，能源產業發展任務十分艱巨，一些深層次的矛盾和問題亟待解決。山西能源產業轉型不可能一蹴而就，要有效協調雙碳目標與能源安全的關系，立足山西比較優勢和區域特色，科學規劃發展路徑，提升能源產業降本增效驅動力，增強能源產業發展韌性和穩健性，以能源產業高質量發展為經濟社會持續健康發展提供堅實保障。

【基金項目：山西省社會科學院（山西省人民政府發展研究中心）2022年度青年課題立項名單（院外）以“雙碳”目標指引推動山西能源革命（項目編號：2022年度省科協科技創新智庫建設課題“碳達峰”“碳中和”視角下山西能源經濟發展前景研究（項目編號：KXKT202210）]

參考文獻：

[1]王永中.碳達峰、碳中和目標與中國的新能源革命[J]人民論壇·學術前沿，2021，222（14）：88-96

[2]魏文棟.能源革命：實現碳達峰和碳中和的必由之路[J]探索與爭鳴，2021，383（09）：23-25

[3]武勇杰，趙公民.能源革命突破口的系統構成、內在機理與優先序評價研究[J].經濟問題，2022，509（01）：31-38+113

[4]王迎紅.加快構建現代產業體系思路和對策——打造能源革命排頭兵是構建能源產業體系的新動能[J].經濟師，2021，384（02）：289-291

[5]王云珠“雙碳”戰略下山西省傳統能源與新能源協同創新發展研究[J].煤炭經濟研究，2021，41（12）：54-61

[6]王國法.加快煤礦智能化建設推進煤炭行業高質量發展[J].中國煤炭，2021，