中国省级煤炭产能多目标优化研究：面向能源转型的经济-环境-效率协同路径

本研究针对中国能源转型中煤炭产能布局与经济、环境、效率目标失衡问题，构建"动态规划-隶属函数-非支配粒子群算法"跨期优化模型，提出2030年全国产能降至39.8亿吨的省级有序退出路径，形成"保障区-补充区-边际区"空间格局，实现过剩产能削减6.78%及经济环境成本双降，为省级产能调控提供科学依据。

　　

在全球能源转型与"双碳"目标背景下，中国作为全球最大煤炭生产消费国面临严峻挑战。当前省级煤炭产能布局与经济、环境、效率条件严重脱节：一方面，东部省份资源枯竭导致开发成本激增；另一方面，西部产能扩张与大气环境容量倒挂，形成"全国过剩与区域短缺并存"的困局。尽管政府提出"控东稳中拓西"战略，但2020年云贵、河南等基地实际产量较计划偏离达26%，暴露出传统规划忽视空间维度、缺乏省级量化调控、短期导向等三大缺陷。

中国矿业大学（北京）研究团队在《Journal of Cleaner Production》发表研究，首次构建融合经济成本、环境约束与生产效率的多目标跨期优化模型，采用"动态规划-隶属函数-非支配粒子群算法"集成方法，解析1993-2030年省级产能演化路径。研究基于中国30个省份的煤炭固定资产投资、劳动力、运输成本等面板数据，引入Cobb-Douglas生产函数测算实际产能，并设置能源安全、跨省调运、资源储量等约束条件。

多目标优化方法
通过动态规划将38年跨度分解为阶段决策问题，采用隶属函数量化经济（开采运输成本）、环境（碳排放强度）、效率（全要素生产率）目标的满意度，运用改进的NSGA-II算法求解Pareto最优解集，最终通过熵权TOPSIS法确定最优方案。

全国产能优化结果
模拟显示中国煤炭产能将于2023年达峰48.7亿吨，2030年有序降至39.8亿吨（图2A）。相较政府2025规划，该方案减少过剩产能6.78%，实现经济成本节约3.27%、环境成本降低3.45%。

空间重构特征
省级退出呈现"东南-中部-北方"时序梯度，2030年形成三级格局：

1. 保障区（内蒙古、山西、陕西）集中全国72.35%产能，发挥资源禀赋与规模效应；
2. 补充区（新疆、贵州等）占19.87%，承担区域平衡职能；
3. 边际区（山东、河北等）仅保留7.78%产能，逐步退出高成本产区。

省级动态路径
模型揭示山西等产煤大省年退出规模需超5000万吨，而新疆可通过先进产能置换实现9%的增量优化。跨省运输成本分析表明，优化方案较现状可降低"西煤东运"物流费用12.3%。

结论与启示
该研究突破传统单目标、静态规划的局限，首次实现省级产能的跨期协同优化。理论层面，提出"三区"划分框架，阐明产能分布与区域功能的内在机理；实践层面，为《能源碳达峰行动方案》提供量化依据，建议：1) 建立省级产能清单动态管理制度；2) 将环境效率指标纳入产能核定标准；3) 通过财税杠杆引导边际区有序退出。研究结果已被纳入《"十四五"现代能源体系规划》中期评估，为构建新型能源体系提供关键路径支撑。