采掘业节能减排与电力消费优化研究成果

随着中国经济的不断增长，能源约束对经济发展的约束作用不断显现。“十一五”规划中提出单位国内生产总值能耗降低20%左右的目标，2013年1月份出台的能源发展“十二五”规划中，更是提出了控制能源消费总量的目标，要求到2015年实现能源消费总量40亿吨标煤，用电量6.15万亿千瓦时，单位国内生产总值能耗比2010年下降16%，单位国内生产总值的二氧化碳排放比2010年下降17%的目标。当前，我国正处于经济迅速增长的时期，经济增长同能源消费存在着正相关的关系。在保证经济增长的同时顺利实现节能减排的目标，需要笔者对各行业的能源效率及节能潜力有一个明确的认识。

现有文献中，Garbaccio et al.（1999）[52]基于中国的投入产出数据发现，中国的两位数行业在20世纪80年代末到90年代初，能源产出比重下降，绝大部分可以由技术变化揭示，而这段时间的产业结构变化不但没有减少反而增加了能源消耗。近年来，国内外学者对中国工业能效问题进行了大量研究。史丹（2002）[53]采用结构指数分析的结果表明，改革开放以来，对外开放有利于提高能源效率，进而降低我国能源消费的增长速度。樊茂清（2010）[54]针对中国制造业20个部门进行分析，结果显示，贸易对制造业的能源强度变化有一定的影响。王喜平（2012）[55]等运用方向距离函数和Malmquist-Luenberger指数模型，对2001—2008年中国36个工业行业在二氧化碳排放约束条件下的能源效率水平进行测算；李世祥等（2009）[56]采用非参数前沿方法计算得到我国工业行业能源效率普遍偏低，且能源与资本、劳动之间的替代效应微弱的结论；王姗姗等（2011）[57]运用DEA-Malmquist生产率指数法测算考虑环境效应的制造业行业能源效率指数；王海宁等（2010）[58]提出了产业集聚也可以提高能源效率的假说，并采用DEA方法测度了能源效率以及产业集聚程度指标。上述文献很好地考察了我国工业能源效率水平。

关于采掘业能耗以及节能的研究，近些年才开始。张燕、张洪、高翔（2011）[59]在投入产出模型中嵌入能耗内容，并辅以能耗系数等参数，利用此方法分析了1997—2007年中国各产业能耗相关数据，预测2010、2020年的能耗表明，节能潜力最大的是采掘业、化学工业、建筑业、电力热力、燃气生产和供应业、非金属矿物制品业等产业。邵军、管驰明（2009）[60]对我国工业部门的全要素能源使用效率进行了测算，发现能源使用效率存在着显著的行业间差异，采掘业的能效水平均值要高于轻工业和重工业组别：石油和天然气开采业、有色金属矿采选业的能效达到或接近了前沿效率水平，并在总体上提高了该组别的能效均值，但煤炭采选业的能源效率值却低出不少，1999年只有28%。范丹、王维国（2013）[61]将二氧化碳排放纳入工业能源绩效的评价体系之中，基于SBM方向距离函数及Luenberger指数测度了2000—2010年我国工业36个行业的能源效率与生产率，利用核密度估计分析了能源效率的动态演进，并对其驱动因素进行了实证分析。其结果表明：工业低碳能源效率高于传统能源效率，其中采掘业低碳能源效率最低，制造业的低碳能源效率最高，供应业次之。这意味着采掘业存在着更多能源浪费及二氧化碳的过度排放。能源效率排名最低的5个行业分别是煤炭开采和洗选业、水的生产和供应业、燃气生产和供应业、黑色金属矿采选业、非金属矿采选业，这些行业都是自然垄断性质的资源行业，具有行业垄断程度高、进入壁垒高、碳排放强度水平高等特点，主要的根源在于这些行业的纯技术效率非常低，这些行业应该是节能减排的重点行业。

研究采掘业节能减排的同时，采掘业电力消费方面的节能不容忽视。在采掘业总的能源消费中，电力消费占有很大的比重。历史数据显示，采掘业电力消耗占总能源消耗的比重不断上升，2011年达到45.29%。以煤矿为例，煤矿用电量较大，电力消耗占到煤矿企业生产能耗的55%～70%，电费支出占总成本的4%～18.5%，可是电能利用率只在30%～40%之间，煤矿企业电能消耗高、浪费大、经济效益差（李莉，2009）[62]，存在很大的节电空间。部分煤矿企业耗电较高，电费占到吨煤成本的1/5～1/3，而世界发达国家的电费仅占吨煤成本的1/8～1/5（张宝瑢，2010）[63]。随着煤炭企业的发展，井下机电设备由小型设备逐渐被大功率、大容量的设备所替代，煤矿的矿用设备基本上以电力为动力（王立武，2010）[64]。简单估计，煤炭企业一年的用电量相当于一个中等城市一年的用电量（和玉梅，2013）[65]。

油田用电同样也不容忽视。开发石油和天然气的企业，在开采石油的过程中耗费巨大的电能。资料显示，国内生产每吨原油的综合电耗为150 k Wh/t左右，年用电量约200亿k Wh，用于原油生产的电力基建投资逐年增大，电费支出占原油生产成本的1/5以上，有些油田还高些。采油用电是原油用电的主要构成因素（敬红彬，2007）[66]。油田生产中，电费占采油总成本的20%以上，这其中约80%是带动抽油机运转的电机耗电所致（景卫忠，2004[67]）。随着油田生产规模的不断扩大，生产系统用电量逐步增加，目前采油单位电力消耗费用占生产总成本的1/3，节电已成为降低油田生产成本的重要措施之一（杨晓存，2013[68]）。目前油田在开采过程中，可以通过采用新型节能抽油机、对电动机采用智能调节系统、采用超高转差率电动机等方式进一步减少电力消耗（孙闯，2013）[69]。此外，金属以及非金属采矿业的电耗也非常大，如钨矿山能源消耗中电力的消耗占总能耗的85%以上（罗韬，2008[70]）。(www.xing528.com)

因此，研究采掘业的电耗和节电，是采掘业节能的重要方面。很多学者、一线技术研究人员都在实际工作中总结并研究了石油、天然气、煤炭以及各类矿产开采的节能节电措施，包括节能管理、技术管理、节能潜力等。例如：王战修（2000）[71]从加强管理、提高设备负荷率以及优化采掘机电系统设计三个方面论述了煤矿采掘机电的节能潜力与效益。李迎、刘毅（2008）[72]通过对金牛矿业公司的节电途径的总结和分析，研究了小型冶金矿山的一些行之有效的节电方法和途径。大庆油田有限责任公司采气分公司的范家僖[73]通过总结已采取的措施，分析气田节能潜力，指导节能降耗工作的开展。王康民、张慧敏（2013）[74]针对煤矿中变电、提升、运输、通风、排水等的主要环节，结合山西省实际情况，提出了现实可行的节能措施，等等。

中国目前正处于经济高速发展阶段，工业化和城市化是其重要的特征。在这个阶段，能源需求具有快速增长的特点，同时具有很强的刚性特征。电力作为较清洁的二次能源，其需求量增长更快。同时由于清洁能源目前成本依然很高，且比例较小，从消费侧考虑，鉴于中国电力消费总量巨大，随着技术的进步，节电依然是最有效的途径。

同时，当前中国已经面临较为严峻的能源资源稀缺、环境污染和二氧化碳排放等问题，探究采掘业电力利用情况，研究其电力强度的影响因素、未来的节电潜力与节电可行性，不仅可为采掘业的长远、可持续发展提供指导，还对保障我国能源供应，推动节电减排和低碳经济转型具有重要的战略意义。现有文献对中国工业整体的节能减排研究较多，缺少对采掘业节能和碳减排问题的全面系统的研究，由于采掘业相对于工业总体的耗能和碳排放比重大，有很大的节能减排潜力，是值得深入研究的一个问题。