★ 经济管理 ★
2020年9月22日,习近平总书记在第75届联合国大会上庄严宣布,中国确保2030年碳达峰,力争2060年碳中和。这一承诺不仅为有效落实《巴黎协定》注入了强大动力,更体现了大国担当,但是也意味着中国只有30年时间去完成欧美发达国家50~70年时间的碳减排任务[1]。碳排放与化石能源消费息息相关,按照测算,碳排放每年下降率需要高达8%,特别是我国当前正处于高质量发展阶段,经济长期向好的趋势不会改变,仍然需要消费大量的化石能源来维持经济的增长。2020年我国化石能源消费比重超过80%,单位GDP能耗不但高于世界平均水平,更是发达国家的2~3倍,实现2060年碳中和的目标任务极为艰巨。
据统计,我国由化石能源消费产生的碳排放总量约为100亿t左右[2],占全球29%左右。其中,煤炭消费产生的碳排放量占70%以上,其次为石油和天然气,占比分别为14%和7%,如图1所示。因此,控制煤炭消费总量,减少甲烷和二氧化碳排放,破解制约高质量发展的关键瓶颈问题,打造一批多元化、可推广的低碳发展模式,从煤炭全生命周期研究碳减排路径是实现我国碳中和战略的重中之重。
图1 碳排放来源
近年来我国经济发展进入高质量发展阶段,通过实施供给侧结构性改革,不断转换发展动能,转变发展方式,煤炭消费和二氧化碳排放快速增长的趋势得到有效抑制。主要表现在以下几个方面。
(1)二氧化碳排放年均增长率不断降低。二氧化碳排放年均增长率从2005-2012年的5.4%下降到2013-2019年的1.2%,如图2所示,增长率趋于平缓。近10年来,我国在经济增长的同时,二氧化碳排放量减少了41亿t[2],为2060年前实现碳中和奠定坚实的基础。
图2 我国二氧化碳排放情况
(2)碳排放强度不断下降。2019年,我国碳排放强度比2015年下降18.2%,比2005年下降48.1%,提前完成了中国向国际社会承诺的2020年目标。
(3)能效明显提高。2012-2020年,单位国内生产总值(GDP)能耗累计降低24.4%,如图3所示,相当于能源消费减少12.7亿tce,我国以2.8%的年均能源消费增长支撑了国民经济年均7%的增长,而占能源消费60%左右的煤炭消费量基本保持不变。
图3 我国单位GDP能耗强度
(4)能源结构不断改善。2020年煤炭消费占能源消费总量比重为56.8%,较2012年占比68.4%显著降低,能源供给质量大幅提升,如图4所示。
图4 我国不同能源消费量所占的比例
(5)煤炭生产结构不断优化。在去产能政策的支撑下,全国煤矿数量由2016年初的1.2万处以上减少到2020年的4 700处左右,累计退出落后产能10亿t/a以上,煤炭过剩产能得到有效化解,大型现代化煤矿已经成为全国煤炭生产的主体,晋陕蒙煤炭产量占到全国煤炭产量的70%以上,供应保障能力显著增强,市场供需由严重的供大于求转变为供需基本平衡,行业效益显著回升,转型升级发展取得了实质进展[2-3]。
2020年中央经济工作会议首次将“碳达峰、碳中和”列为新一年度重点任务,并确定要加快优化产业结构和能源结构,推动煤炭消费尽早达峰,国家能源集团、中煤能源集团、国家电网集团、中国华能集团、晋能控股集团等一些与煤炭生产利用相关的大型企业纷纷开展“碳达峰、碳中和”战略研究,在中国迈向碳中和的征程中贡献方案和智慧。
根据《巴黎协定》约定的温升控制设定碳排放总限额,全球可能损失80%的煤炭产能,未来煤炭行业必将面临史无前例的巨大挑战。
(1)煤炭相关利好政策全面退出,前期资本投入存在搁浅风险。碳中和愿景对中国今后几十年社会经济发展提出了全新要求,煤炭行业必须向低碳转型与新能源替代,相关利好政策可能将全面退出,未来以煤为主的化石能源在一次能源消费中的占比势必会大幅度降低。同时,由于煤炭行业前期建设资本投入巨大、生产周期长,碳中和愿景带来的政策性变化风险可能导致企业巨大的损失,因减煤降碳而摒弃先进产能,会让煤炭企业蒙受巨大损失。
(2)高耗煤行业倒逼煤炭企业不断收缩产能。未来10年我国将实现碳达峰,一是将进一步严控钢铁、化工、建材等高耗煤行业耗煤量,煤电装机预计也将尽快达峰;二是高耗能企业由于高额碳税的影响,将进一步减少煤炭的使用。根据测算,随着新能源产业快速发展,煤炭消费基本不会增长,到2025年,煤炭消费占能源消费的比重将降到50%左右。
(3)煤矿瓦斯抽采利用率较低。煤炭行业进行碳减排不仅是控制煤炭消费过程中的二氧化碳,还有煤炭开发过程中释放的甲烷,而煤矿瓦斯的主要成分是甲烷,温室效应是二氧化碳的21倍。由于当前抽采技术和乏风浓度较小等因素制约,2019年瓦斯抽采利用率仅为43%,远不及规划预期[4]。
(4)煤炭科技研发面临重大考验。一是当前煤炭绿色开采、清洁高效利用、超临界发电等技术虽然能进一步提高能效,但是对碳减排贡献有限;二是与CCUS相关的富氧燃烧或燃烧捕集有助于燃煤电厂脱碳,但是我国CCUS全流程各类技术路线整体仍处于研发和试验阶段,而且项目涉及范围都较小,成本较高,全流程初始投资及维护成本之和超过1 000元/t CO2,远高于碳交易成本[5-7]。
目前,全球已有54个国家实现碳排放达峰,其碳排放量占全球碳排放总量的40%,其中大部分为发达国家。我国是世界上最大的碳排放国家,借鉴国内外碳达峰碳中和的先进经验,对我国完成碳达峰碳中和目标具有重要的意义。
近年来,世界上越来越多的国家宣示碳中和目标。截至2020年底,全球共有44个国家和经济体正式宣布了碳中和目标,其余国家也纷纷为限制或禁止煤炭发电设定时间表,包括已经实现目标、已写入政策文件、提出或完成立法程序的国家和地区,如表1所示,这些国家中的多数已经走过了工业化快速发展阶段,能源消费总量、消费强度进入了峰值期和总量回落期。其中,英国2019年6月27日新修订的《气候变化法案》生效,成为第1个通过立法形式明确2050年实现温室气体净零排放的发达国家。美国拜登政府在上任第1天就签署行政令让美国重返《巴黎协定》,并计划设定2050年之前实现碳中和的目标。习近平总书记提出中国2060年前实现碳中和,不仅是顺应并引领世界能源和经济变革潮流的战略决策,更是体现了大国担当。
表1 承诺碳中和的部分国家和地区
承诺类型国家和地区(承诺年份)已实现不丹、苏里南已立法瑞典(2045)、英国(2050)、法国(2050)、丹麦(2050)、新西兰(2050)、 匈牙利(2050)立法中韩国(2050)、欧盟(2050)、西班牙(2050)、智利(2050)、斐济(2050)、 加拿大(2050)政策宣示乌拉圭(2030)、芬兰(2035)、奥地利(2040)、冰岛(2040)、德国(2050)、瑞士(2050)、挪威(2050)、爱尔兰(2050)、 葡萄牙(2050)、哥斯达黎加(2050)、马绍尔群岛(2050)、斯洛文尼亚 (2050)、马绍尔群岛(2050)、南非(2050)、日本(2050)、中国(2060)、 新加坡(21世纪下半叶)、中国香港(2050)
数据来源:ECIU,“一带一路”网
2.1.1 欧盟做法
欧盟碳排放量约为35亿t/a,约占世界碳排放总量的10%。2020年底,27个成员国同意2030年温室气体净排放量将比1990年水平下降至少55%,2050年实现净零排放,并提出4点具体措施。
(1)健全法治保障,研究制定《欧洲气候法》,明确实现碳中和的时间表和具体措施。
(2)降低交通行业碳排放,加快研发高效电动汽车技术,推进90%的铁路货运列车和95%的客运列车实现电气化。
(3)加快工业领域低碳技术研发与变革,包括加快CCUS技术研发,采用智能用碳技术等。
(4)加快布局可再生能源,包括生物质能、海上风能等,达到能源消费总量的30%。
2.1.2 美国做法
美国碳排放量约为51亿t/a,约占世界碳排放总量的15%。到21世纪中叶实现“消耗能源百分之百为清洁能源”以及“净零排放”的目标。美国政府主要采取以下措施。
(1)完善制度体系。修订《能源政策法》《联邦电力法》《环境政策法》等多部法律,制定能源供应多元化、节能提效、发展可再生能源等多项措施。
(2)运用政策性手段推动。主要通过政府引导企业投资、制定能效标准、实施能效标识等,促进企业低碳转型。
(3)率先抢占低碳核心技术。主要是将传统能源产业与信息产业相融合,建设智能电网,占领科技制高点,成为拉动经济复苏的一个引擎。
2.1.3 日本做法
日本碳排放量约为11亿t/a,约占世界碳排放总量的4%。2020年底,日本政府提出2050年实现净零排放,并发布碳中和路线图。
(1)加大绿色投资,远离化石能源,设立约2万亿日元的绿色专项基金支持绿色技术研发,鼓励新能源汽车、海运、农业、碳循环创新发展。
(2)发展清洁电力,重点发展海上风电,到2040年新增30~45 GW,成本降至8~9日元/(kW·h)。
(3)推动氢能研发,运输领域氢能消费量到2030年、2050年分别提升至1 000万t和2 000万t。
(4)引入碳价机制,制定碳排放收费依据[8]。
从这些国家实现碳中和的战略部署来看,我国可以重点借鉴:一是制定有利的制度,节能减排,发展绿色金融市场;二是加快部署零碳解决方案,减少化石能源消费;三是大力发展CCUS技术、可再生能源+储能技术、氢能技术、电动汽车等;四是引入碳价机制,全面激发对绿色产品和服务的需求。
目前,北京、河北、河南、山西、四川已经在2013年前后实现了二氧化碳排放达峰,之后虽有反复,但是其二氧化碳排放量一直没有突破历史高位。
2.2.1 北京市
北京市2020年碳市场工作圆满收官,碳强度比2015年下降约23%以上,超额完成“十三五”规划目标,碳强度为全国省级地区最低。
(1)持续推动产业结构优化和能源清洁转型。通过实施煤改气、煤改电工程,大力疏解高耗能行业和非首都功能,燃煤量大幅下降,淘汰老旧机动车辆,大力发展新能源汽车,全力推动大气污染治理工作,空气质量持续改善,为全市碳达峰工作打下了坚实的基础。
(2)作为全国首批开展碳排放交易试点省市,截至2020年底,纳入北京市试点碳市场管理的重点碳排放单位共843家,全年试点碳市场配额成交470万t,交易额2.45亿元,市场总体供需平衡,成交价格保持了增长趋势[9]。
2.2.2 浙江、广东两省
我国能源效率的空间差异性非常明显,呈现从东部沿海向西部内陆递减的态势。浙江、广东两省拥有雄厚的经济实力、丰富的劳动力、较高的能源技术水平,为能源的高效利用提供了保障。两省碳排放本已出现了“稳中有降”局面,但是在2013年以后,由于广东省湛江钢铁和茂名石化的投产、浙江省舟山石化的投产,能源消费和二氧化碳排放也已经出现了增长的势头。
由于我国富煤、贫油、少气的资源禀赋,新能源产业还存在稳定性差、成本较高、储能技术受限等瓶颈,在今后较长时期内,煤炭作为我国兜底保障能源的地位和作用难以改变。因此,煤炭行业要认真总结国内外碳达峰碳中和的经验和教训,制定精准有效的措施,有序实现2030年达峰和2060年中和的目标[10]。
根据权威机构预测,煤炭消费将在2025年前后达峰,并在2030年之前缓慢下降。煤炭行业必须通过优化升级来实现低碳发展,发挥压舱石的作用。
3.1.1 低碳开发利用
主要通过加强节能降耗和清洁高效利用来减少煤炭消耗,提高煤炭利用效率。
(1)应大力发展节能减排技术,实现煤炭绿色开采。主要采用高能效开采技术和设备,在煤炭开采全生命周期开展余热、余压、节水、节材等综合利用节能项目,提高煤炭资源开发利用效率。
(2)不断优化煤炭产能结构,提升先进产能占比。通过细化煤炭先进产能结构标准,实施减量替代来加大晋陕蒙新千万吨级矿井代替其他产煤地区落后产能力度,建设智能化工作面,打造智慧矿山。
(3)大规模发展清洁能源发电。我国具有丰富的煤矿区煤层气资源,14个大型煤炭基地的煤层气原地资源量为12.17万亿m3,2020年煤层气抽采量213亿m3,利用量仅为135亿m3,抽采利用率仍然较低。因此,应该倡导节能和引导企业行为,提高矿井煤层气、乏风利用率,减少甲烷的排放[4,11]。
(4)通过设立能源转型投资基金,布局新能源项目,并适当发展氢能源、储能等产业。
(5)大力发展高端煤化工产业,特别是石油化工生产不出来的化工产品。
3.1.2 生态修复
未来要实现采煤对生态环境的近零扰动,进一步减少废弃物排放。
(1)践行绿水青山就是金山银山的理念,建立现代生态修复治理理论,指导矿区生态系统和生物多样性恢复。
(2)积极进行采空区治理,实施井下充填,减少地表塌陷和植被破坏。
(3)加强废弃物循环利用。包括突破废水净化核心技术,提高水资源循环利用率;加强低热值煤矸石发电技术、煤矸石充填技术,粉煤灰、煤泥等低附加值产品的再利用技术等,减少碳排放,构建美丽矿区。
(4)鼓励煤炭企业积极承担国土绿化行动责任,利用荒山、荒漠等地区开展植树造林,以增加森林碳汇规模,可抵消一部分煤炭开采利用排放出的二氧化碳,甚至形成净零排放或负排放效应。
3.1.3 集聚协同
随着碳减排压力的不断增大,煤炭产品质量要求越来越高,应该高度重视煤炭生产端和消费端的协同,构建以煤炭产业为源头,煤电、煤化工、煤钢、建材等下游产业链集聚融合、相互连接的产业体系。
(1)着力推进煤炭集中利用、源头控制散煤消费与燃烧,科学规划“煤改气”“煤改电”,在终端能源消费中,将加快由电力、天然气替代煤炭的直接消费利用。
(2)推进清洁高效热电联产技术、特殊煤种超临界循环流化床技术、利用氢气或生物能代替煤炭作为高炉炼钢的还原剂等技术,进一步提高低碳化原料比例,减少全生命周期碳足迹,带动上下游行业产业链碳协同减排,完成煤炭消费由粗放型向技术密集型行业转型。
3.1.4 融入碳市场
目前海外多个发达国家已经形成相对成熟的碳交易市场,其中欧盟的碳交易市场(EU-ETS)是海外规模最大的碳市场,也是当今主导全球碳交易市场的引领者,为中国碳市场不同阶段的发展建设提供了参考模板。
我国于2011年开始在7个省市开展碳排放交易试点,并于2014年全部启动线上交易。截至 2019 年末,7个试点省市碳市场配额累计成交量达到3.56亿t,金额超过73亿元。2021年2月,生态环保部正式实施《碳排放权交易管理办法(试行)》,标志着全国碳市场建设步入正轨。根据测算,未来我国碳市场的交易量将达到30亿~40亿t/a,根据目前碳排放权交易价格平均在20~50元/t来看,碳排放权交易市场体量将达到近千亿的规模,市场前景广阔。因此,煤炭行业必须高度重视碳市场建设。
(1)积极融入碳市场,将碳成本纳入企业战略规划,进一步提升碳资产管理能力,强化全生命周期碳循环动态监测,积极适应气候变化下碳排放配额规则,实行基于碳排放强度的项目审批管理机制,积极布局低碳转型项目。
(2)探索碳金融业务,研究建立碳证券、碳指标交易、碳基金、碳期货期权等一系列以金融工具为支撑的碳金融体系。
(3)建立有效的碳排放激励机制,促进碳交易市场交易量水平的提升,主动融入碳排放权交易市场建设与煤炭行业碳排放实施方案制定,有利于煤炭企业节能减排和实现碳中和目标。
该阶段煤炭消费将会加速下降,煤炭行业加快研究负碳技术,向新能源、储能、氢能等领域转型来实现低碳发展,实现煤炭行业与新能源行业耦合发展。
3.2.1 负碳技术
负碳技术主要是在满足工业生产和居民生活对能源需求的同时,不仅不会增加二氧化碳排放,还能额外消耗一定的二氧化碳,是实现碳中和的重要技术路径。目前主要的负碳技术包括CCUS技术和直接空气碳捕集技术等。
(1)CCUS技术。目前全球大约运营20个商业化CCUS项目、规划建设约30个项目。我国大型煤电企业也相继开始CCUS技术研究,例如国家能源集团、中国华能集团等示范项目在热电厂实现了连续稳定运行,但是限制其大规模推广的主要原因是成本高,主要包括捕集、运输、储存以及最后的利用或封存成本,不同的项目成本区别较大。突破以二氧化碳为原料的循环利用技术瓶颈将是未来研究的重点,为煤炭脱碳、去碳利用提供新路径。
(2)直接空气碳捕集(Direct Air Capture,DAC)技术。主要采用物理吸附或化学吸附的形式,直接从空气中捕集二氧化碳并转化为产品封存起来。目前收集到的二氧化碳可以转化为合成燃料、注入水泥中或岩石中,或用作化学和塑料生产的原料等。但是DAC技术目前仍处于起步阶段,吸附剂加热的能量需求、吸附剂本身的稳定性及吸附量、脱附二氧化碳的时间都使得DAC技术成本高,目前约400~600美元/t,产品应用市场相当有限,但未来开发潜力巨大。
因此,煤炭企业及相关行业应该加快负碳技术研发,降低成本,实现商业化运作,进一步减少二氧化碳排放量,为2060年碳中和提供支撑。
3.2.2 新能源与储能技术开发
碳中和目标的提出必将加快推动煤炭企业向风电、太阳能发电等新能源的跨越式发展,对储能发展带来新的机遇。目前光伏风电正处于成长期的中后期,正在进行大规模推广,储能装置正处于从0到1的阶段,临近商业爆发期拐点,有望从示范性应用转向运营性应用,可实现负荷削峰填谷,增加电网调峰能力,也可参与系统调频调压,提高电网安全稳定性。按照2030年风电、太阳能发电总装机12亿kW以上的目标,预计未来10年,风电、太阳能发电合计年均至少新增规模6 700万kW以上,才能实现12亿kW以上的目标。若按5%的配置储能比例测算,2030年风光新能源将新增配套储能34 GW以上,未来发展空间巨大。因此,一方面应该加快发展“新能源+储能”技术,重点在技术路线选择、商业应用与推广、产业格局等方面进行攻关;另一方面应发展P2X电储能技术,将新能源富余电力转换为热能、冷能、氢能等其他能源品种,并进行长时间、大规模存储。
煤炭在该阶段将作为备用能源,消费下降趋势将会减缓,主要为深度脱碳,参与碳汇,完成碳中和目标。
3.3.1 零碳利用
主要通过探索建立零碳示范矿区和加快煤炭行业转型,来实现零碳利用。
(1)探索建立零碳示范矿区。煤炭企业应该明确并完善“零碳示范矿区”建设标准与管理制度,重点打造“井下无人、地上无煤”的煤炭工业5.0时代,研究形成配套建设的体制机制。围绕“零碳示范矿区”开展勘察设计、施工生产、装备研发和技术服务工作,加大矿山生态环境综合治理力度,实现矿区资源开发与生态效益相协调,建设绿色矿山。
(2)加快煤炭行业转型,进一步优化能源生产消费布局。煤炭行业未来的重点转型方向是打造煤炭资源清洁转化产业与新的煤炭消费市场,将煤炭资源从能源转向原料。未来煤炭是以原料作为主要属性,要持续发展清洁燃料和基础化工原料的现代深加工技术、煤基先进材料技术等。同时,将煤电从基础能源转为可再生能源的备用电源,发挥“兜底”作用,将煤炭打造成为绿色、低碳原料与应急能源的新型行业[12-13]。
3.3.2 增加碳汇
1987-2020年,我国因煤矿开采损毁土地18 000.8 km2,使区域碳平衡遭到严重破坏,导致矿区碳固存能力下降甚至丧失。因此,要通过增加矿区自然碳汇能力和加强采煤沉陷区生态修复来增加碳汇。
(1)增加矿区自然碳汇能力。主要通过加大矿山生态环境综合治理力度,开展矿山、矸石山、荒山和矿区土地的碳汇开发,加大植树造林力度,扩大碳汇规模。实现矿区资源开发与生态文明建设相协调、经济社会发展与生态效益相统一,带动矿山企业向绿色低碳方向转型。
(2)探索采煤沉陷区生态修复,建设矿山公园。在采煤沉陷区农林复垦的基础上,推广应用景观生态再造技术,创新观光农业利用、工业旅游和生态旅游开发、其他休闲旅游开发利用模式,在增加碳汇的同时也能创造经济效益,碳中和背景下煤炭行业低碳发展目标、定位和路径如表2所示。
表2 碳中和背景下煤炭行业低碳发展目标、定位和路径
年份发展阶段煤炭消费趋势主要目标能源定位发展路径2021-2030达峰期(前期)达到峰值后,缓慢下降煤炭消费达峰后缓慢下降,为天然气消费增长提供空间,到2030年能源消费达峰基础能源低碳开发利用、生态修复、集聚协同、融入碳市场2031-2050技术突破期(中期)持续下降,下降幅度变大煤炭消费持续下降,实现煤炭与新能源耦合共生重要能源负碳技术、新能源与储能技术开发2051-2060碳汇期(后期)下降到相对稳定的碳汇水平深度脱碳,加速转型,增加碳汇备用能源零碳利用、增加碳汇
当前煤炭仍是国家能源安全的基石,盲目放弃煤炭并不可行,绿色开采、科学用煤才是保障实现碳中和的关键。因此,煤炭行业要加强顶层设计、加大科技与人才保障、加快转型升级和高质量发展,做好碳中和这篇大文章。
(1)投入与产出同步,推进质量变革。进一步加强规划引领,不能简单地将“去煤化”“去煤电”硬着陆,应该制定不同节点的煤炭行业减排目标、实施路径与行动方案,合理配置煤炭与其他能源的竞争合作关系,有效淘汰落后产能,发挥煤炭行业压舱石的作用。
(2)坚持宏观与微观并重,推进效率变革。发展清洁低碳,打造绿色矿山,进一步降低能耗,提高煤炭利用效率,促进煤炭产品由燃料向原料转变。
(3)供给和需求并举,推进动力变革。结合国家碳市场建设、绿色金融体系构建等工作,以良性机制实现煤炭行业碳减排交易,从而以市场化的手段倒逼煤炭企业节能减排和优化升级[14]。
(1)煤炭企业要加强科技创新,将关键性低碳和负排放技术的长期发展规划纳入我国碳中和发展战略,统筹布局推进煤炭行业深度脱碳技术研发和产业化,推动煤炭原料或者燃料的脱碳、零碳、负碳技术的应用,加强变革性技术研发和战略性技术储备,进一步促进煤炭行业高质量发展。
(2)政府部门加大对煤炭企业研发创新性低碳技术给予税收减免、政府采购和技术授权等政策扶持,从而提高企业在实现碳中和行动中的积极性。
(3)加大对优势科研机构和团队支持力度,建立稳定支持机制,完善技术创新攻关主体布局,设立国家重点实验室和技术创新中心,建设科技信息资源平台。
未来煤炭行业将面临深度洗牌的风险,应未雨绸缪。
(1)建议设立碳减排基金,重点培育煤炭产业链上下游企业进行节能减排、低碳开发、新能源+储能产业建设等,引导煤炭行业多元化转型升级。
(2)建立碳排放智能监测预警机制,实行严格的碳减排指标核查、考核制度体系,积极主动退出一批煤矿高耗能项目,进一步压控煤炭消费总量和强度双控指标。
(3)推动生态环境恢复治理,进一步提高废弃物集中处理和综合循环利用,建设绿色矿山。
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