中國能源發展面臨4大挑戰,如何實現能源獨立?
發布者:lzx | 來源:國際能源研究中心 | 0評論 | 956查看 | 2020-02-21 10:52:41    

中國作為能源生產、消費、進口大國,應加快制定適合國情的近、中、遠期能源戰略規劃,并明確技術路線與實施舉措。本文提出中國“能源獨立”是一個戰略性命題,主要目的是希望“能源獨立”的戰略命題和科學謀劃,實現本質上國內能源生產滿足至少90%消費。


但隨著國家經濟、技術、軍事等力量的顯著提升,或許不需要實現形式上的能源生產量與消費量基本相當,就能夠保障國家能源安全的“自主可控”與“長治久安”。


人類自600萬年左右誕生,開始到世界各地建設家園,開啟能源利用時代。第1次拿起火種之后,能源、水、糧食構成人類賴以生存的3大物質要素。能源是自然界中能為人類生存及社會進步提供能量的資源,可分為傳統化石能源和非化石能源。


新能源是指在新技術基礎上加以開發利用,接替傳統能源的可再生清潔能源,主要類型有太陽能、水能、風能、氫能、地熱能、海洋能、生物質能、核能等[4]。與煤炭、石油、天然氣等傳統含碳化石能源相比,在理論技術、利用成本、環境影響、管理方式等方面有顯著不同。


科技進步、社會發展兩大動力驅動了能源發展,“能源獨立”是一個國家強盛的保障和安全的基石。美國自1973年提出“能源獨立”以來,以頁巖油氣等非常規資源為重點,通過超前戰略引領、財稅法律配套,堅定不移支持頁巖油氣全面產業化,經過近50年不懈努力,預計2022年全面實現“能源獨立”。美國已于2018年實現天然氣凈出口1085X108m3,預計2022年將實現原油凈出口。預計到2030年,美國化石能源凈出口3.1X108t油當量,包括天然氣1700X108m3、原油1.1X108t、煤炭1.0X108t[6]。


本文從世界能源發展規律出發,分析世界能源發展態勢和中國能源現狀,提出能源生產和消費不平衡決定當前世界5種能源發展模式,研判未來以零碳智能化新能源為主是世界能源轉型大方向。中國能源發展面臨“總量大、不清潔、不安全”的挑戰,資源稟賦和基本國情決定不能簡單復制美國發展模式,但成功經驗可借鑒。


從中長遠謀劃,應以“新能源革命”為主導,開啟中國“能源獨立”的長征路,是中國未來能源發展的必由之路與戰略選擇。制定“三步走”發展技術路線圖,依靠“潔煤穩油增氣、大力提高新能源”解決“能源安全”問題,依靠“國內生產+海外權益”兌現“能源自主”愿景,依靠“新能源+智能源”實現“能源獨立”戰略,分步有序調整能源結構從“一大三小”向“三足鼎立”、“一大一小”轉變。只有完成新能源占主體的“一大一小”能源結構革命性轉型,方可能實現中國“能源獨立”戰略。


1世界能源發展態勢


1.1世界正處于化石能源向新能源發展的“第3次重大轉換期”


從時間維度上看,人類已完成17世紀—19世紀中葉從木柴到煤炭的第1次轉換、19世紀中葉—20世紀中葉從煤炭到油氣的第2次轉換。自20世紀中葉起,已進入從油氣向新能源的第3次轉換[4]。能源利用展現出由高碳到低碳、無碳的發展規律,由固態到液態、氣態的發展方向。


從世界能源生產和消費結構來看,世界能源呈現“四分天下”新格局。2018年,世界能源產量138X108t油當量,其中煤炭占28%、石油占32%、天然氣占24%、新能源占16%,與消費格局相當,已形成煤、油、氣、新能源“四分天下”格局,能源去碳化趨勢持續加強。


從能源發展未來趨勢來看,全球新能源消費占比不斷增加,世界能源轉型革命必將完成可再生的新能源對傳統不可再生化石能源的“終極革命”。2018年,全球新能源消費21X108t油當量,占能源總消費的15.3%,同比增速5.7%。近10年來,全球新能源以水電、核電為主,太陽能、風能等消費增勢強勁,地熱、生物質能等緩慢增長,核電消費呈下降趨勢。


1.2能源生產和消費的不均衡決定當前世界5種能源發展模式


高消費-高產量能源自給型的美國,能源需求平穩,化石資源充足,非常規油氣產量增長迅速。2018年,美國能源生產22.2X108t油當量,消費23.5X108t油當量,對外依存度5.5%。從1973年尼克松政府提出“能源獨立”戰略,到2022年美國或將依靠“頁巖革命”實現“能源獨立”,歷經50年,美國引領全球頁巖油氣跨越式發展,重塑全球能源版圖,影響全球政治經濟格局。


低消費-高產量能源出口型的俄羅斯,油氣資源極其豐富,油氣產量高,是油氣資源的主要出口國,基本不發展除油氣以外的其他能源類型。2018年,俄羅斯能源產量14.5X108t油當量,消費7.2X108t油當量,出口51%。


低資源-部分進口能源平衡型的英國,化石能源面臨枯竭,可再生能源發展潛力大,能源消費和產量基本平衡。英國率先提出低碳經濟,實施“碳預算”,實行碳捕捉與封存商業化。2018年,英國能源生產1.27X108t油當量,消費1.87X108t油當量,對外依存度33%。


高消費-極低產量能源進口型的日本,化石能源嚴重匱乏,能源消費長期依賴進口,新能源快速發展。2018年,日本能源生產1.4X108t油當量,消費4.5X108t油當量,對外依存度70%。日本福島核事故后“棄核轉氫”,在國內全面發展氫能產業,或將于2050年前依靠建設“氫能社會”實現“能源自主”。


高增長-穩定產量能源部分進口型的中國,經濟快速發展推動能源需求持續增長,煤炭資源豐富但油氣資源相對匱乏,油氣對外依存度不斷加大。油氣是中國能源生產的“短板”,又是能源消費中影響安全最敏感的戰略資源。2018年,中國能源生產26.4X108t油當量,消費32.7X108t油當量,對外依存度19%,其中石油和天然氣對外依存度分別達到71%和43%。


1.3人類生態環境惡化和生活方式轉變雙重推動新能源加快發展


1.3.1世界局部地區化石能源消費超過環境承載能力


二氧化碳等溫室氣體排放持續增加,全球變暖趨勢加強。2018年,大氣中二氧化碳含量處在過去80萬年以來最高值,濃度達到407.3X10-6。大氣中另外兩種強效溫室氣體甲烷和一氧化氮的濃度也達到了有記錄以來最高值,分別為1857.3X10-9和330.9X10-9。


地球正面臨氣候變化帶來的環境?;?。珊瑚白化事件反映海水變暖,珊瑚大量死亡;永凍帶高溫導致凍土層解凍向大氣釋放二氧化碳和甲烷,加劇全球氣候變暖[13-14];北極地區海冰受到變暖影響,溫度持續升高,超過全球平均水平;格陵蘭冰蓋加速融化,若全部融化將使海平面上升7.2m。


1.3.2世界局部地區化石能源消費超過環境承載能力


世界已進入第6次科技革命,已經發生的2次科學革命與3次技術革命,引領和推動世界進入第4次工業革命,能源也進入油氣向新能源第3次轉化階段(見圖1)。每次產業技術的革新必將引領新的能源利用方式。18世紀60年代的第1次工業革命得益于力學、熱力學理論進步,以蒸汽機作為動力為標志,完成了以機器替代手工勞動的生產方式,開啟了煤炭利用的時代,能源利用進入“蒸汽機時代”。


19世紀70年代的第2次工業革命,電磁學應用于電力領域,電器開始用于代替機器,電力成為新的能源,能源利用進入“電氣化時代”。隨著以煤氣和汽油為燃料的內燃機發明,推動了石油開采業和石油化工業的發展。20世紀50年代的第3次工業革命,伴隨二進制計算機語言的發明,數學和通信緊密結合,構建了全球產業鏈互聯,能源開發、利用和分享更加緊密,能源利用進入“信息化時代”。


隨著生物與計算科學的融合,量子計算機賦予機器更強算力、更多智慧,第4次工業革命正在來臨,是以石墨烯、基因技術、量子信息智能技術、可控核聚變、生物技術及清潔能源為技術突破口的工業革命,社會面臨更加激烈的資源整合和產業互聯,能源利用進入“智能化新能源時代”。


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圖1:工業、科技革命與全球能源體系轉型


縱觀世界能源發展史,伴隨每次工業化進步,能源類型呈現從高碳向低碳、無碳的發展趨勢,利用途徑從直接一次到多次轉換,為新能源產業帶來革命,為中國“能源獨立”戰略帶來機遇,傳統化石能源必將完成到新能源的終極轉換,能源生產和利用將進入“清潔化、智能化”時代。


1.4長期中低油價倒逼油氣理論創新與技術進步


自1859年世界第1口工業油井在美國賓夕法尼亞州成功開采以來,石油工業理論、技術發展經歷了3個時期(見圖2):①找油萌芽時期,以背斜理論為標志,以使用頓鉆和旋轉鉆井概念提出為技術特點;②常規油氣時期,以圈閉型“油氣藏”理論為指導,形成旋轉鉆井發展、噴射鉆井、自動化鉆井技術序列;③常規-非常規油氣時期,以連續型“甜點區”為核心的非常規油氣地質學理論創新,以水平井水力壓裂、平臺式工廠化作業為技術突破,尤其是美國和中國,實現了非常規油氣勘探開發規模高效發展。


全球油價中低位運行,倒逼石油公司開展理論和技術革新,降本增效,形成以非常規油氣地質學、深層古老碳酸鹽巖油氣地質、常規-非常規“有序聚集”、“源巖油氣”地質等為特色的理論體系(見圖2)。2000年后,以風能、太陽能、地熱能、生物質能等為代表的新能源消費量在低油價背景下大幅攀升。2018年,新能源(非化石能源)占一次能源消費比例達15.3%。


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圖2石油工業理論技術進展及全球油價發展趨勢(1900—1944年使用美國平均價格,1945—1983年使用阿拉伯Ras Tanura報價,2014年至今使用Brent價格,圖中價格考慮美國2018年通貨膨脹)


化石能源資源潛力還很大,全球化石能源還可以利用100年以上。2018年全球煤炭、石油和天然氣儲采比分別為132、50和51,尤其是非常規油氣革命后,石油工業可采資源進一步增加。但化石能源未來面臨含碳不清潔、較高開采成本不經濟等嚴峻挑戰,或許等不到化石資源枯竭,“新能源革命”就將提前到來。


2中國“能源獨立”戰略命題提出的歷史背景


2.1美國依靠“非常規油氣革命”即將實現“能源獨立”


1973年美國政府首次提出“能源獨立”戰略,準確定位頁巖氣等非常規油氣資源,在近50年的科技引領、財政扶持和法律保障“三位一體”長期持續推動下,2022年或將實現能源獨立,預計2030年能源出口將達到3.1X108t油當量[19]。美國通過長期努力持續攻關實現“能源獨立”目標,其戰略思路和經驗值得借鑒。


超前部署是美國布局“能源獨立”的戰略出發點,通過超前科技攻關、能源部重組法案、實施《原油意外獲利法》等3大措施,持續不斷支持“能源獨立”戰略。1976年美國能源部設立非常規天然氣研究項目(UGRP),下設東部頁巖氣項目(EGSP),兩個項目至2005年結束,運行周期長達28年。1976年通過能源部重組法案,設立天然氣研究院,確定持續投入油氣科技項目資金超過50X108美元。


落實非常規氣開發稅收抵免優惠政策,減免幅度1.083美元/106ft3(約0.26元/m3),而1989年美國天然氣價格僅為1.75美元/106ft3。中國應借鑒美國經驗,科學研判世界能源發展大勢,系統分析資源基本面貌,因地制宜、因情施策制定符合基本國情的“能源獨立”戰略。


2.2中國能源發展與生產態勢


1949年新中國成立時,全國能源生產總量僅有0.2X108t標準煤。其中,原煤產量0.3X108t、原油產量12.0X104t、天然氣產量0.1X108m3,發電量43.0X108kW/h。2018年全國能源生產總量達26X108t油當量,其中原煤產量36.8X108t、原油產量1.9X108t、天然氣產量1602.7X108m3,發電量達71117.7X108kW/h。


70年來,中國能源科技實現全面自主創新,形成中國特色的陸相成油、海相成氣地質理論和微納米孔產油氣的非常規油氣等理論技術,支撐油氣規模生產。太陽能、風能、水電與核電等技術支撐新能源跨越發展,煤炭清潔化應用技術實現突破,中國已成為能源科技強國和利用大國,已經遠超美國成為世界最大能源生產國、最大能源消費國、最大能源進口國。


從能源消費結構來看,目前世界一次能源消費中油氣占56%,處在油氣為主的時代,而中國煤炭消費占59.1%,仍處在煤炭為主的時代。若以煤炭消費比例為參考標準,1965年煤炭在世界一次能源消費中占比37%,預計中國在2050年前后才可達到,能源結構演進滯后世界水平約85年。


2.3中國“能源獨立”戰略命題實施的歷史機遇


傳統化石能源未來短期內仍將發揮穩定供給、服務社會的重要作用,但不能單獨依靠化石資源完成“能源獨立”目標。大力發展新能源,與化石能源形成合力,是中國實現“能源獨立”的唯一途徑和必須選擇。


2.3.1依靠“潔煤穩油增氣、大力發展新能源”有望實現能源獨立


中國和美國非常規油氣地下和地上條件截然不同,環保要求又限制煤炭長期“一支獨大”,資源稟賦制約油氣大規模上產,非常規能源快速發展但增長有限。這些條件決定中國不能像美國單一依靠非常規油氣解決能源供需矛盾。在化石能源儲量和新能源潛力上,中國具備資源基礎條件和發展潛力,在新科技與工業革命大背景下,依靠“潔煤穩油增氣、大力發展新能源”是實現“能源獨立”的歷史機遇。


應推動能源生產和消費革命,依托國家重大戰略規劃帶動能源轉型。在“潔煤”上實施“地下煤制氣生產革命”,推動煤炭清潔化利用;在“穩油增氣”上加強國內生產并借勢“一帶一路”戰略布局擴大海外合作權益油氣增加,堅持“水合物生產試驗”,拓展天然氣供應領域;在“大力發展新能源”上實施“氫能生產革命”,加快與油氣基礎建設融合;在“新能源技術革命”上以儲能電池、納米超材料、石墨烯、磁約束聚變等顛覆性技術為重點,推動能源利用向無碳化、互聯化、大數據、智慧化轉型。


2.3.2生態環境問題突出決定能源清潔化發展成為必然選擇


以煤、石油等為代表的高碳化石能源燃燒排放物是造成大氣污染的主要來源,也是中國大部分城市霧霾形成的重要原因[20-21]。隨著環境?;と找嬤匾徒ㄉ琛懊覽鮒泄鋇奶岢?,從2013至2018年,污染物中PM10、PM2.5、二氧化硫和氮氧化物等指標下降了35%~45%,大氣臭氧含量從140μg/m3上升到150μg/m3。能源清潔化發展成為生態環境?;さ謀厝灰?。2019年北京及周邊地區通過大力實施“煤改氣”,大氣質量指標PM2.5濃度較快降低,從2013年的年均89.5μg/m3降至2019年的42.0μg/m3。


2.3.3中國原油需求達峰時間成為能源結構變革的機遇期


世界多數發達國家石油消費呈現雙駝峰特征,1973年和1979年石油?;卮捶⒋錒揖?,影響石油消費,形成第1個消費峰值(見圖3)。根據各國一次能源消費構成不同和資源稟賦差異,多數發達國家第2次消費達峰略有差異,例如日本和美國分別在1996年和2005年達到第2次消費峰值。中國原油消費仍在增長,在基準情景、強化政策情景和溫控情景下,預測在2025年或2040年消費達峰。中國能源需求,尤其是原油消費達峰時間將是能源結構變革的重要機遇期。


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圖3各國石油消費達峰模式及中國未來石油消費預測(1965—2018年各國石油消費數據來源于文獻[18],2018—2050年中國石油消費EIA預測來源于文獻[23],其他預測來源于文獻)


2.3.4新能源顛覆性科技創新為“能源獨立”提供技術支撐


隨著新能源技術向規?;?、低廉化、大眾化發展,以氫能、儲能電池、納米超材料、石墨烯、磁約束聚變等顛覆性技術為亮點的未來能源超乎想象。在氫能領域謀劃高效電解水制氫等技術,核能領域謀劃磁約束聚變等技術,儲能領域謀劃新材料石墨烯、納米電池等技術,使新技術能源利用向智慧化、互聯化、大數據化轉型,日趨明朗的新技術序列為能源獨立創造了必要的技術條件??萍急ê圖際醯亟貧履茉床笛桿俜⒄?,新能源時代或將提前到來。


3中國能源發展面臨4大挑戰


中國能源發展目前面臨消費總量大、結構不清潔、供給不安全、復制美國模式不現實等4大挑戰,決定了實現“能源獨立”戰略的長久性和系統性,不可一蹴而成。


3.1人口基數和經濟發展規模決定中國能源消費體量“總量大”


中國是世界人口第1大國、汽車保有量第1大國、第2大經濟體,人口基數和經濟體量決定我國能源消費居世界第1。2019年末中國大陸人口基數突破14X108人,位居世界第1[24],比上年末增加467X104人,人口自然增長率為3.34‰。


全國機動車保有量達3.48X108輛,其中汽車保有量2.6X108輛,同比增長8.8%,全國66個城市汽車保有量超過100X104輛,30個城市超200X104輛[25]。中國國民生產總值(GDP)約14.36X1012美元,增速6.1%,位居世界第2大經濟體。


3.2“富煤但油氣不足”的資源面貌決定中國能源結構“不清潔”


中國煤炭資源豐富但油氣相對不足的先天稟賦條件決定了特殊的資源構成、生產和消費比例。截至2018年底,中國煤炭探明可采儲量1388X108t,占全球儲量13.2%;石油探明可采儲量35X108t,僅占全球儲量1.5%;天然氣探明可采儲量6.1X1012m3,僅占全球儲量3.1%。


2018年,國內一次能源消費結構中煤炭占58.2%、石油占19.6%、天然氣占7.4%、新能源占14.7%,同生產結構一樣形成煤炭占比大、其他能源占比小的“一大三小”消費結構。相比世界能源消費“四分天下”格局,富煤少油氣的“不清潔”能源結構嚴重制約美麗中國建設,以煤炭為主的能源時代決定了中國“不清潔”的能源結構需要低碳化發展。


3.3持續攀升的油氣對外依存度決定中國能源供應“不安全”


2018年,全國一次能源消費32X108t油當量,缺口6X108t油當量,綜合對外依存度19%,主要缺油缺氣。2010年以來,國內原油產量徘徊在2X108t附近,遠無法滿足消費需求,對外依存度從2010年的55%大幅攀升至2018年的71%,已超過國家能源安全70%超危警戒線;天然氣消費量從2010年的1089X108m3增長到2018年的2830X108m3,增幅160%,對外依存度從11%攀升至43%。中國能源消費格局整體呈現“油穩氣增”態勢。


預計到2030年國內原油產量(1.6~1.8)X108t,消費量達(6.5~7.0)X108t,天然氣產量(1800~2200)X108m3,消費量達(5500~6500)X108m3,油氣對外依存度都可能超過70%。國內供需矛盾加劇,供給側自主力削弱,油氣“短板”更加明顯,安全供給不穩定因素進一步增加。


中國油氣進口數量過大,進口來源集中,主要進口通道單一,能源安全供應極不穩定,能源進口劣勢突顯,油氣供應安全存在很大風險。


3.4資源條件決定復制美國模式近中期實現能源獨立“不現實”


美國非常規油氣資源以海相盆地為主,資源量大,分布面積廣,埋藏淺,地表平坦,頁巖油氣產量可以規模增長。但中國陸相盆地非常規油氣資源規模相對較小,致密油和頁巖油分布面積有限,有機質成熟度偏低,要形成(3~5)X108t非常規油年產量,目前不具備資源與技術條件。


中國非常規氣主要是陸相致密氣、煤層氣以及海相頁巖氣。而海相頁巖氣主要分布于四川盆地及周緣,深淺不一、地表復雜,要形成年產幾千億立方米非常規氣不具備資源基礎。2018年美國頁巖氣產量6072X108m3、致密油頁巖油產量3.1X108t,中國要達到美國非常規油氣產量規模,目前看難度極大。


中國復雜的地質條件不能支撐非常規油氣產量大規??燜傯嶸?,不能滿足近中期消費需求。當前新能源發展規模不足以彌補持續攀升的消費缺口,巨大的能源消費需求基數決定中國不能簡單復制美國模式。中國能源需求體量大、油氣資源相對缺少、新能源技術尚未規模突破,決定中國“能源獨立”戰略在中短期內面臨挑戰。


4中國“能源獨立”戰略命題的內涵與意義


4.1中國“能源獨立”戰略的基本內涵


中國“能源獨立”戰略是指通過能源戰略制定、科技攻關、政策引導和科學布局,有序實現國內生產與海外權益產量總體達到與消費基本平衡,生產與消費能力基本相當,確保國家在重大事件時期國內生產基本滿足消費?!壩行蚴迪幀筆侵復酉紙錐喂諫?、國外權益補充的生產模式,力爭轉變為全部國內生產滿足消費需求的供求關系。


中國“能源獨立”的重要標志:①國內生產量占消費量90%以上、清潔能源生產量占消費量70%以上;②能源供應實現“長久安全”和“自主可控”。中國“能源獨立”滿足兩種情景:①常態下,國內能源生產與海外權益產量基本滿足國內能源消費量,實現能源供應“長久安全”,其中,國內生產至少90%,戰略儲備滿足3~6個月應對極端重大事件時急需;②應急時,國內能源生產量與戰略儲備量基本滿足國內能源消費量,保障短期極端情況下能源供應“自主可控”。


中國“能源獨立”戰略是契合我國社會主義現代化強國的奮斗目標,全面服務社會主義現代化強國建設。通過能源消費革命控制“天花板”,加強保障能源供應,大力促進新能源等綠色清潔能源發展,加快邁向煤炭40%、油氣30%、新能源30%“三足鼎立”消費新格局,力爭利用國內生產、國外權益模式保障能源生產與消費平衡,有望實現“能源自主”。


不斷調整優化能源結構,大力提升新能源生產和消費占比,預計當新能源消費占主體地位(占70%)、化石能源占30%構成“一大一小”能源消費格局時,有望實現“能源獨立”。


4.2中國“能源獨立”戰略的資源內涵


實現中國“能源獨立”戰略,提升中國能源技術創新能力,潔煤、穩油、增氣、大力發展新能源是基礎需要,積極綜合協調煤炭、油氣和新能源“3大領域”。


4.2.1煤炭領域加快清潔化利用、提升煤化工規模、推動集中利用


煤地下氣化是煤炭清潔利用的一種途徑,可從根本上改變煤炭開采利用模式,減少煤炭在開采和應用中造成的環境負面影響。要力爭實現中國陸上埋深1000~3000m煤炭資源氣化動用,預估可產甲烷、氫氣等氣體(272~332)X1012m3。


地面煤制油等煤化工是煤炭清潔利用的另一途徑。利用煤化工與石化產業關聯提升煤化工規模,實現煤化工副產物向煉廠供氫、向油田供CO2驅替采油。打造“煤化廠-石化廠-油氣田”產業鏈,實現煤炭高效、清潔利用和CO2封存。2018年全國煤制油已建成產能1138X104t,煤制烯烴產能1112X104t,煤制乙二醇產能363X104t。


煤炭集中利用模式有助于提高煤炭燃燒效率、降低污染排放。中國是世界最大的燃煤火力發電國,年發電量4732X1012kW/h,占世界火力發電的47%。低功率工業鍋爐較低負荷運行會造成煙溫不能滿足脫硝裝置技術要求,導致氮氧化物排放超標。推動燃煤鍋爐全負荷集中利用可實現燃煤高效清潔。


4.2.2油氣領域常-非并舉,推動海域和海外,提升氫能產業與油氣工業融合發展


提升陸上超深層油氣和非常規油氣規???。中國塔里木、四川和準噶爾等3大含油氣盆地均有超深層油氣重大發現。其中,塔里木盆地海相和陸相油氣藏開發深度已突破8000m,順北油田產油層平均深度達到7632m。塔北-塔中奧陶系地質資源量近60X108t油當量,2018年累計探明26.5X108t油當量,形成1005X104t大油氣區,中國正在世界上進行一場“深層油氣革命”。


中國“非常規油氣革命”已進入戰略突破期,儲、產量持續增長是我國保障能源安全的現實方向。2018年非常規油氣產量6365X104t油當量,占油氣總產量的22%。


突破海洋深水油氣勘探和水合物資源開發利用,拓展海外油氣權益。中國海域油氣資源豐富,石油探明儲量64.7X108t、天然氣6.7X1012m3。中國已建成亞太、中亞俄羅斯、中東、非洲、美洲等5大海外油氣合作區,2018年中國海外油氣權益產量達2X108t油當量,較2017年增長3.7%?!耙淮宦貳毖叵哂κ怯推獻韉鬧氐愕厙?。


發展化石能源制氫,打通氫能產業鏈體系。目前化石燃料熱化學重整制氫是全球主要氫能來源,占96%以上[28],平均成本1.9美元/kg。中國已成為世界第一制氫大國,2018年工業氫氣產量約為2100X104t,占全球制氫總量的30%。加快推進氫能工業化發展,深入融合油氣工業與氫能工業,利用現有天然氣管網和加油氣站等基礎設施,在產氫、加氫等產業鏈節點發揮現有油氣公司先天優勢,實現“加油站、加氣站、加氫站、加電站”四站合一發展,推進氫工業體系高質量發展。


4.2.3加快新能源低成本、規?;?,突破新材料新技術


加快太陽能、風能、水能、核能、地熱能、生物質能等新能源低成本、規?;?。2018年,中國新能源消費總量為4.8X108t油當量,占全國一次能源消費14.7%,同比增長11.8%,占全球新能源消費總量的22.7%。水能消費2.7X108t油當量,同比增長3.2%;核能消費0.7X108t油當量,同比增長18.7%;風能消費0.8X108t油當量,同比增長24.0%;太陽能消費0.4X108t油當量,同比增長50.6%;生物質能和其他消費0.2X108t油當量。新能源投資增加,生產成本下降接近化石能源。


加快突破除化石資源外的綠色制氫工藝技術,實現氫工業大規模發展。除化石燃料熱化學重整、化工副產物制氫外,生物質制氫和太陽能制氫是制氫途徑關鍵技術。生物質重整制氫分為直接利用熱物理化學原理制氫和利用生物途徑間接轉換制氫兩類。太陽能制氫可能是未來大規模綠色制氫的主要方式,具有可再生、零碳排放的優點。


突破新材料新技術,需要在多領域技術取得革命性進展。例如,氫能領域綠色高效光能制氫與低成本燃料電池;核能領域快堆技術、磁約束聚變與微型電站;光伏領域新型鈣鈦礦、疊層結構發電;生物質能領域藍藻乙醇等;儲能領域液態金屬電池、納米電池和超級電容器;新材料領域高性能二維材料石墨烯、黑鱗等。從科技發展角度來看,大數據、云計算、人工智能、物聯網等深度融合,催生智能化能源管理革命。


4.3中國“能源獨立”的戰略意義


加快中國能源結構轉型革命、實現“能源獨立”的最終目標,必須構建新時代現代化能源體系?!澳茉炊懶ⅰ焙誦惱鉸砸庖澹閡皇潛U瞎夷茉垂┯Π踩?,二是帶動新能源革命相關產業大發展,三是實現“智能源”管理變革,四是落實能源零碳化環保目標。預測2030年中國能源消費量將達到高峰值44X108t油當量,從中國地下資源稟賦客觀實際出發,探尋一條低能耗可持續發展之路。


中國“能源獨立”戰略要求建立“智能源”高效管理體系?!爸悄茉礎輩皇悄騁惶囟茉蠢嘈?,而是指利用人工智能、大數據、信息技術等實現互聯和智能調配的所有能源類型總和?!爸悄茉礎苯繽?、油網、氣網、管網、煤網等多網融合,實現多種能源互補、上中下游互聯、生產消費互通,提高能源利用率、壓縮能源損耗、避免能源浪費,形成多能協同、智能互補、高效利用的智慧能源管理體系。


中國“能源獨立”戰略不能依靠單一能源,要以“潔煤穩油增氣、大力發展新能源”為總方針,分“3步走”實現多種能源互補。在摸清資源家底的基礎上,不大規模盲目減煤、不過分夸大油氣。要高度重視新能源,唯有依靠但不單靠新能源才能實現獨立,力爭到2100年實現化石能源與新能源生產二者地位轉換,使新能源成為我國能源結構的主體。新能源成為主體能源,不是因為化石資源的枯竭,而是能源去碳化、低成本、環境?;さ謀厝磺魘?。


4.4實現“能源獨立”的保障措施


應借鑒美國經驗,從國家層面在兩大領域超前部署:①政策領域,制定國家中長期“能源獨立”行動計劃,部署政策、法律、財稅全方位支持;②科技領域,制定國家“能源獨立”科技支撐計劃,聚焦若干顛覆性技術,解決前瞻性重大科技問題。


從供給、消費、技術、體制方面開展“4大革命、1個合作”:①加快常規-非常規油和氣、地下頁巖油改質與煤炭氣化工業生產,加快煤炭清潔化利用,加快太陽能、風能等新能源低成本生產;②調整能源消費結構,提高能源利用率,降低損耗,設置能源消費“天花板”和“警戒線”;③突破一系列顛覆性技術,綜合協調發展煤炭、油氣、新能源“3大戰略領域”;④做好產業結構頂層設計,引導前瞻性基礎研究,支持新能源人才儲備,建造超前尖端新能源實驗室;⑤加強油氣、新能源等國際合作,要以全球視野布局能源戰略,加大技術創新促進國外權益能源生產。


5中國“能源獨立”戰略3步走技術路線圖


“3步走”戰略技術路線圖是從中國能源基本國情出發,在科學預判未來能源發展總體形勢的基礎上,緊密結合社會主義現代化強國建設目標,力爭實現中國“能源獨立”。


5.1第1步(2020—2035年),化石能源為主并提速新能源


該階段實施“潔煤穩油增氣、大力提高新能源”路徑,設置適合中國國情的能源消費“天花板”。目標是全力保障國內能源供給安全的同時兼顧環境?;?。該階段工作重點是“定方向、破瓶頸、制戰略、保安全”。主體依靠化石資源保障能源供應,把握新能源技術革命方向,突破新能源快速發展瓶頸。明確未來能源主體依靠新能源才能實現“能源獨立”的戰略,保障該階段中國“供給安全”。


該階段應關注的現實領域包括傳統化石能源清潔利用、產量持續增長,氫工業關鍵技術突破,儲能和新材料技術低廉化大眾化,“智能源”高效管理體系基本建立。布局煤清潔化利用與現有石油工業深度融合形成產業鏈。加快石油提高采收率與天然氣“控水開發”技術突破,加強頁巖油氣、水合物等非常規油氣工業性試驗與工業化開采。


基本實現制氫、運氫、儲氫、加氫與用氫產業鏈突破,同時在太陽能、風能、水能、核能等開發及儲能和新材料方面實現規?;統殺糾?。打通多種能源應用融合,實現生產、消費智能調配,大幅提高能源利用率、降低能耗,基本建成“智能源”管理體系。


按照目前中國能源發展形勢,預計一次能源消費或將在2035年前后達到峰值40X108t油當量,能源供給形勢日趨嚴峻(見圖4)。這一階段煤炭消費總量保持在約20X108t油當量,在一次能源中的占比由目前60%降低至2035年50%,仍將是我國能源消費的主體。原油消費量保持總體穩定,控制在(6.0~6.5)X108t,在一次能源中的占比由目前18%降低至2035年15%。


天然氣作為化石能源向新能源的過渡能源,消費總量將由2018年的2.5X108t油當量上升至5.0X108t油當量,在一次能源中的占比由8%上升至2035年13%。新能源進入快速發展階段,消費量將由4.8X108t油當量上升至9.0X108t油當量,在一次能源中的占比由15%上升至2035年22%,成為滿足能源消費增長的主力。


5.2第2步(2035—2050年),化石能源與新能源并重發展


該階段實施“降煤炭、穩油氣、增新能源”路徑,能源利用效率提高、消費總量下降,降低煤炭、穩定油氣和提升新能源供給能力。目標是加快新能源對煤炭的替代,形成煤炭、油氣、新能源各占三分之一的“三足鼎立”能源格局,爭取實現“能源自主”。該階段工作重點是“調結構、建氫能、爭自主”,加快調整使一次能源消費結構趨于合理,建成綠色“氫能中國”社會,依靠“國內生產+海外權益”模式實現“生產自主”。


該階段應關注的現實領域包括化石能源革命性突破,氫能源全面工業化,顛覆性技術爆發,“智能源”體系全面建成。煤炭大規模清潔化利用,地下頁巖油原位開采與地下煤炭氣化實現革命與規?;?。全面完成加油、加氣、加氫與充電“四站”一體化布局,參照石油工業模式建成我國“氫工業”體系,形成綠色“氫能中國”社會。在新材料儲能、可控核聚變等方面取得顛覆性突破或規?;?。利用“新能源+智能源”模式,分別側重能源類型多樣化和能源互聯智能化,補足化石能源與消費總量之間的缺口,實現生產與消費平衡。


2035年中國一次能源消費達到峰值后,總體或將呈現下降趨勢,預計在2050年一次能源消費量將降至36X108t油當量,為新能源加快對煤炭的替代提供發展機遇(見圖4)。這一階段煤炭消費總量由2035年的20X108t油當量降至2050年的13X108t油當量,在一次能源中的占比由50%降低至2050年的36%,煤炭能源的主體地位將徹底改變。


原油消費量繼續保持穩定,2050年消費量約6.5X108t,在一次能源中的占比由15%提高至2035年的18%;天然氣消費量總體穩定,2050年消費量5.5X108t油當量,在一次能源中的占比由13%上升至2050年的15%。


新能源加快發展,消費量將由9X108t油當量上升至11X108t油當量,在一次能源中的占比由22%上升至2050年的31%,加快對煤炭消費的替代,成為除煤炭之外的另一主體消費類型。


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圖4中國“能源獨立”戰略路線圖及一次能源消費結構預測


5.3第3步(2050—2100年),新能源生產消費占主體地位


該階段實施“氫能社會、新能源主導、顛覆性技術實現”路徑,國內能源需求持續降低并逐步趨于穩定。煤炭和油氣等化石能源消費實現全面降低,產量規模和低廉成本支撐新能源成為能源消費主體。目標是實現能源全部國內生產,形成新能源占70%、化石能源占30%的“一大一小”能源格局,力爭完成“能源獨立”。


該階段工作重點是“穩結構、新能源、爭獨立”,穩固“一大一小”能源消費結構,力爭全面實現新能源生產和消費占主導地位,依靠“新能源+智能源”在“能源自主”基礎之上爭取實現“能源獨立”。


該階段應關注的現實領域包括多種類型新能源全面實現低廉規?;τ?。太陽能、風能、水能、核能、地熱能、生物質能等新能源實現低成本生產,尤其是氫能、可控核聚變、新材料儲能等新能源大規模利用。到2100年前后,實現化石能源與新能源生產二者地位歷史性轉換,使新能源成為我國能源結構的主體,基本形成新能源70%、化石能源30%的格局,實現從“一大三小”到“一大一小”能源結構的革命性轉型。


在2050年一次能源消費36X108t油當量的水平上,或將逐步下降至本世紀末期的30X108t油當量左右,新能源成為我國一次能源消費的主體(見圖4)。該階段煤炭消費總量由2050年的13X108t油當量最終降至2100年的2X108t油當量左右,在一次能源中的占比由2050年的37%降低至2100年的7%。原油消費量大幅降低,2100年消費量約3X108t,在一次能源中的占比由18%降至10%。


天然氣消費逐步下降,2100年消費量4X108t油當量,在一次能源中的占比由15%降至13%。新能源加快發展,消費量將由11X108t油當量上升至21X108t油當量,在一次能源中的占比由31%上升至70%,構成我國能源消費的主體。


6結論


中國能源發展具有能源消費體量大、資源基礎“富煤但油氣不足”、油氣對外依存度持續攀升的特點,決定了我國能源消費總量大、結構不清潔、供應不安全,不能簡單復制美國“能源獨立”模式,需因地制宜、因情施策制定符合我國基本國情的“能源獨立”戰略。


中國能源發展應實施“潔煤穩油增氣、大力發展新能源”戰略,利用能源需求達峰機遇期調整能源結構,依靠科技、人才、創新推動新能源生產向規?;?、低廉化、大眾化發展,以“新能源革命”為主導,開啟中國“能源獨立”長征路,是我國未來能源發展的戰略選擇。


制定“3步走”戰略:①2020—2035年,以化石能源為主并提速新能源發展,依靠“潔煤穩油增氣、大力提高新能源”實現“供給安全”;②2035—2050年,實現化石能源與新能源并重發展,依靠“國內生產+海外權益”模式實現“生產自主”;③2050—2100年,爭取以新能源生產消費占主體地位,依靠“新能源+智能源”力爭實現“能源獨立”。


大力發展新能源有望永久性解決能源安全問題,擺脫能源進口依賴,真正實現國家能源安全和綠色發展,預計到新能源占主體地位時,有望基本實現中國“能源獨立”。從傳統化石能源向非化石新能源轉型是能源發展的必然趨勢和必然選擇,或許還等不到化石能源枯竭,新能源接替就將提前到來。


必須強調指出,本文提出的中國“能源獨立”是個戰略性命題。應通過在國家層面加強政策規劃和科技布局,用能源科技創新引領和支撐“能源獨立”戰略。隨著國家實力提升,或許不需要完全自主生產完成形式上的“能源獨立”,也可保障實質上的能源供給安全,達到“自主可控”與“長治久安”的目標。

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