碳中和目標下能源轉型的現狀

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引言:能源是每個國家國民經濟和社會發展的命脈，是人類社會發展和穩定的基石。迄今為止，人類社會已經歷過兩次重要的能源轉型，當前，以碳中和目標為導向、旨在實現人類社會可持續發展的第三次能源轉型，正在全球范圍內加速推進[1]。然而，2021年以來持續發酵的歐洲乃至全球大范圍的能源危機，給能源轉型發展拉響了警報。此次能源危機愈發凸顯能源轉型的必要性和緊迫性，更加說明向以可再生能源為主的能源轉型，是解決傳統化石能源供給安全問題的根本途徑，同時，也警示人們要高度重視轉型過程中的能源安全問題。在中國，能源安全已經和糧食安全、產業鏈供應鏈安全并重，成為保障中國經濟可持續發展、社會和諧穩定和國家長治久安的“三大安全底線”[2]。當前，中國能源發展面臨復雜形勢和嚴峻挑戰，既要加快推進能源低碳轉型實現碳中和目標，又要牢牢守住能源安全的底線，如何統籌好能源轉型和能源安全，是新形勢下中國能源高質量可持續發展面臨的重大問題。

1三次能源轉型的動因與特征分析

在人類歷史進程中，能源支撐著人類社會文明進步，人類也在不斷推動能源發展，人類文明發展進程也是一部能源發展史。回顧歷史，人類社會經歷過三次重要的能源轉型。第一次能源轉型完成的標志是煤炭取代木柴成為主體能源。18世紀以前，人類對能源的使用，還只限于風力、水力、畜力、木柴等天然能源，特別是木柴在很長時期內占據一次能源的主體地位。到18世紀末，第一次工業革命掀起各領域的技術革新，并催生一批新興產業，工業革命觸發能源革命，能源革命又促進工業革命的成功。以蒸汽機的發明為核心特征的第一次工業革命，產生大規模的煤炭使用需求，促使煤炭替代木柴成為主體能源，并在人類歷史上持續長達百余年。第二次能源轉型完成的標志是石油取代煤炭成為主體能源。到了19世紀后期，以內燃機的發明為主要特征的第二次工業革命爆發，以往蒸汽機直接燃燒煤炭，而內燃機需要使用原油煉制而成的成品油，因此，內燃機的發明使用極大推動了石油化工產業的發展，能源產業從以煤炭挖掘開采、石油勘探開發為主的第一次產業，延伸到以石油煉制、發電為主的第二產業，能源也自此有了一次能源和二次能源之分。第二次能源轉型實現了一次能源由以煤炭為主轉向以石油為主，人們的生產生活開始更多地使用二次能源。第三次能源轉型的標志是主體能源由傳統化石能源轉向可再生能源。自19世紀初開始使用煤炭算起，人類大規模使用化石能源已有兩百多年歷史。化石能源的利用，大幅提高了生產效率，人類社會逐步由農耕文明進入工業文明，但化石能源開發利用所造成的環境污染和氣候變化也日益嚴峻。除了化石能源開采過程對環境造成的影響外，大規模使用化石能源也導致大氣中二氧化碳濃度急劇上升。進入工業化時代以后，大氣中的二氧化碳濃度已達到近百萬年來最高水平[1]。聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）多次發布報告，基本確認人類大量排放溫室氣體是造成全球氣候變暖的主要因素，而這種氣候變化將對人類生活和生態環境造成嚴重、廣泛且不可逆轉的影響[3]。人類社會逐步認識到減少化石能源使用對生態環境保護、溫室氣體減排的重要性和緊迫性。另外，自19世紀兩次石油禁運危機開始，世界各國逐漸認識到能源安全的極端重要性，經濟社會發展和國防建設對石油的高度依賴以及石油資源的區域不均衡性，使得石油不再是純粹的生產要素，而是各國競相爭奪的戰略物資和國家間博弈的武器，化石能源的緊缺促使各國開始發展屬地特征更明顯、自主可控性更強的可再生能源，以降低對化石能源的依賴，提升本國能源安全水平。因此，在應對氣候變化、實現可持續發展和解決能源安全問題等多重動因之下，世界能源開始步入從傳統化石能源轉向可再生能源的第三次能源轉型。前兩次能源轉型均契合傳統的經濟發展規律，與工業革命相伴而生，能源作為普通生產要素，主要用于解決經濟社會發展所需的燃料和動力問題，在促進經濟社會發展的過程中，能源結構逐漸產生自發性變革，主體能源的更替也經歷了漫長的發展和深化。正在進行中的第三次能源轉型與前兩次的起因則不盡相同，主要是因為人們擔憂能源和環境問題對經濟社會可持續發展的制約，旨在尋求人與自然和諧相處、人類社會永續發展。第三次能源轉型的核心動因包括應對氣候變化和保障能源安全，其驅動因素也并非單一的技術進步，還包括人類社會可持續發展的戰略選擇和政策措施[4]，需要多維因素驅動、多端共同發力來推動此次能源轉型。

2碳中和目標下中國能源轉型面臨的安全風險

如前所述，此次能源轉型的核心動因包括氣候變化和能源安全。對中國來說，長遠來看，這兩個核心動因是高度契合的，轉型的最終成果是形成以可再生能源為主的能源系統，可再生能源的零排放特點符合減排需求，其屬地性和易獲取性也能滿足保障能源安全的需求。短期來看，應對氣候變化要求減少化石能源的開發使用，而實現能源安全又需要增加國內油氣生產供應、降低對外依存度，因此，需要做好傳統化石能源有序退出和兜底保障能源安全的統籌平衡。在以碳中和為導向的能源轉型新形勢下，中國能源安全所面臨的形勢更加復雜、所關注的維度更加多元，需要重新認識轉型過程中的能源安全風險。

2.1能源消費總量、碳排放量偏大，碳減排要求下能源保供難度大

隨著經濟社會快速發展和人民生活水平顯著提高，中國一次能源消費量連續多年保持快速增長。中國在2009年超越美國成為全球第一大能源消費國，2021年中國一次能源消費總量達38×108t（油當量），占全球總量的26.5%，二氧化碳排放量達105×108t，占全球總量的31%，消費總量和碳排放總量均遠高于世界其他主要經濟體（表1）近年來氣候變化引起的極端天氣頻發，如2022年夏天高溫盛行，包括中國南方在內的北半球多個國家和地區都遭遇了長時間的極端高溫天氣。極端天氣已成為當今人類面臨的嚴重威脅[5]，對能源系統的沖擊也十分強烈，疊加地緣政治沖突、后疫情時代經濟復蘇等影響，全球范圍頻頻出現能源供應緊張現象。與此同時，中國工業化城鎮化持續推進，人民對美好生活的需要日益增長，中國能源消費需求還處于增長期并在一定時期內保持較大增速。在能源消費需求持續增長的背景下，碳中和目標的提出又要求中國必須加快能源低碳轉型，降低能源消費和碳排放總量。實現碳中和目標時間短、任務重，碳減排要求與能源保供之間的沖突，必將帶來不小的能源安全風險，必須引起高度重視。

2.2能源消費結構偏煤，加快能源轉型趨勢下保障能源安全難度大

長期以來，中國一次能源消費結構以化石能源為主，尤其高度依賴煤炭。目前，全球范圍內只有中國和印度兩個國家的煤炭消費占比長期超過50%。2021年，傳統化石能源（石油、天然氣及煤炭等）占中國一次能源消費比重高達83%，煤炭占比高達55%（圖1）。雖然近年來煤炭占比有所下降，但下降趨勢十分緩慢[6]。煤炭占比偏重的能源消費狀況，已經造成巨大的生態環境危害，嚴重制約中國經濟社會可持續發展。碳中和目標的提出，要求中國加快優化能源結構，需要以更大力度、更快速度推動可再生能源替代煤炭等傳統化石能源。考慮到中國長期高度依賴煤炭的實情，在能源結構調整的過程中，傳統化石能源的退出，特別是激進的減碳方式，可能會直接影響能源供應安全形勢。2021年，受到政策影響和投資限制，中國一些地區大幅壓減煤炭產能，造成煤炭短缺、煤價高企，部分地區甚至出現拉閘限電[7]。這種急功近利的“一刀切”運動式減碳，會對經濟社會造成嚴重破壞，要高度警惕減碳過程中的能源安全隱患。2.3國內油氣產量偏少，能源獨立背景下保供難度大全球能源轉型正加速推進，可再生能源發展勢頭正勁，但至今還沒有任何一種能源能夠真正替代石油和天然氣的戰略地位。2021年，石油、天然氣在世界一次能源消費中占比分別達31%、24%[6]。在碳中和目標約束下，石油和天然氣的消費需求會有所下降，但即使到2060年，油氣也仍然是不可替代的戰略資源。石油作為化工原料的功能日益凸顯，天然氣在轉型期將發揮“橋梁”作用、未來有望成為與可再生能源融合發展的最佳“伙伴”[8]，這些都決定了未來中國不小的油氣基本需求面。能源獨立，就是利用國內的能源資源，滿足國內必需的能源消費。然而，中國國內石油、天然氣資源相對匱乏，長期以來都高度依賴進口油氣（表2）。據《中國礦產資源報告2022》數據，截至2021年底，中國石油、天然氣的剩余技術可采儲量分別為36.89×108t和6.34×1012m3，僅占全球總量的2%和1%，人均占有量僅為世界平均水平的17%及7%。2021年，中國石油、天然氣產量分別為2×108t和2092×108m3，據此測算，中國石油、天然氣產量儲采比分別為18年及30年。國內油氣儲產量難以支撐中國日益增長的消費需求，在加快能源轉型和能源獨立的雙重背景下，國內油氣產量偏少依然是能源安全的關鍵核心風險。

2.4油氣對外依存度偏高，海外油氣供應安全風險居高不下

當今世界正值百年未有之大變局，國際形勢風云變幻，政治經濟格局深度調整。2021年以來的歐洲能源危機，其原因除了俄烏地緣沖突以外，還包括極端天氣影響、碳價影響氣價、經濟刺激政策促使能源需求反彈等等。由此可見，當前國際油氣貿易所面臨的風險特別是非傳統風險日益復雜。石油和天然氣是綜合屬性最強的大宗商品，海外油氣資源能否“買得到、買得起、運得回”的問題更加嚴峻。長期以來，中國高度依賴海外進口油氣，2021年中國原油和天然氣對外依存度分別高達73%和45%（表2）。中國進口油氣主要來源于中東、中亞俄羅斯和非洲地區，超過80%的進口原油都要通過馬六甲海峽“咽喉”要道。未來中東各國政治局勢撲朔迷離，美國及其盟友對華態度日益敵對，俄烏沖突愈演愈烈，中國海外油氣供應的地緣政治風險和運輸通道風險有所上升。國際能源市場的金融風險也不容忽視，全球通脹持續加劇，國際油價大幅波動，都給中國國際油氣貿易帶來更大負擔。中國雖是全球最大的油氣進口國，卻沒有與之匹配的定價權和話語權，也沒有具有國際影響力的交易中心，抵御能源市場風險的能力嚴重不足。

2.5可再生能源競爭力偏弱，大規模發展面臨挑戰

在人類社會已完成的兩次能源轉型中，主體能源更替主要源于技術驅動和市場競爭，最終競爭力更強的能源取代原有能源。能源低碳化、清潔化是第三次能源轉型的大趨勢，然而目前可再生能源在能源市場中尚處于劣勢，其競爭力、經濟性與能源轉型的緊迫性之間還存在很大反差[4]。可再生能源特別是風能、太陽能主要依靠空氣流動、太陽熱輻射等天氣要素，雖然是零碳排放、零污染，但是易受天氣影響的不穩定性也是其明顯的短板。比如，2021年歐洲經歷長時間的高溫熱浪和無風天氣，大范圍靜風環境導致風力發電幾乎停擺。另外，極端天氣情況下能源系統還需要強大的儲能和調配基礎設施支撐。2021年初美國得克薩斯州發生大停電，部分原因就是可再生能源高比例接入電網（該州風電、太陽能發電機組占總裝機容量的50%以上），寒潮之下很多風電、太陽能發電機組不能正常運行，此次電網癱瘓充分暴露了可再生能源發電的脆弱性和局限性。可再生能源在中國能源消費結構中的占比正逐年上升，但是，當前能源系統的調節能力還不能完全平衡可再生能源發電的間歇性波動性，儲能基礎設施還不能支撐可再生能源規模化發展，可再生能源供應地與需求地距離甚遠等問題都很突出。由化石能源為主轉向以可再生能源為主的過程中，隨著越來越高比例的可再生能源發電并網，能源系統能否安全穩定運行成為重大考驗。

3碳中和目標下中國能源轉型與能源

安全的對策建議新形勢下統籌兼顧能源轉型發展與能源安全底線，推動發展和安全協調并進，是中國能源高質量發展的時代要求。筆者在分析三次能源轉型特別是第三次轉型的動因與特征、碳中和目標下中國能源轉型面臨的風險之后，研究提出以下舉措建議。

3.1加快構建新型能源體系

黨的二十大報告指出，要深入推進能源革命，加快規劃建設新型能源體系。基于中國資源稟賦，堅持先立后破，從化石能源清潔化、可再生能源規模化、綜合能源智慧化等方面多管齊下，加快建成清潔低碳、安全高效的新型能源體系。

3.1.1化石能源清潔化

中國是全球第一大能源生產國，能源自給率長期保持在80%以上，而傳統化石能源特別是煤炭在其中發揮了絕對主力作用（圖2）。化石能源在未來很長一段時間內，仍然是主體能源，在總量控制、有序退出的同時，推動化石能源的清潔高效利用，是轉型的重中之重。中國煤炭資源相對豐富，且長期以來高度依賴煤炭。2021年中國煤電裝機約占裝機總量的50%，發電量約占全國總量的60%。煤炭是國內儲產量占優、自主可控的主體能源，必須高度重視其兜底保障國家能源安全的重要戰略地位。碳中和目標下的能源轉型，要實現煤炭利用破立結合[9]，堅持先立后破，杜絕“一刀切”“齊步走”的運動式減碳，煤炭等傳統能源的退出必須建立在可再生能源安全可靠替代的基礎上。黨的二十大報告指出，要加強煤炭清潔高效利用。鄒才能等提出中國實現能源獨立“三步走”戰略，2035年前通過“潔煤穩油增氣、大力發展新能源”保障能源安全，其中“潔煤”位列首位[10]。要以技術革新改造作為主要發力點，突破煤炭產業中的高能耗、高排放瓶頸，推動煤炭清潔高效利用，從根本上減少二氧化碳排放、推動煤炭產業低碳轉型發展，同時又能繼續發揮煤炭“兜底保障”作用。同時，要加快發展現代煤化工，實現能源化學品生產的多元化,適度發展和補充替代石油化工，保障化工產品產業鏈供應鏈安全。在石油和天然氣領域，要大力實施“穩油增氣”戰略，加快推動能源結構轉型。努力實現石油穩產，石油逐漸從“燃料化”轉入“材料化”，發揮保障國家能源安全的“壓艙石”和民生原料用品“基石”作用[8]。天然氣是世界公認的清潔低碳、靈活高效的化石能源，要推動天然氣增儲上產，大力發展天然氣產業，在低碳轉型過程中對高碳化石能源進行替代“補位”，為可再生能源發電提供調峰支持。同時，要促進油氣工業節能降耗、低碳化改造，優化油氣產業結構，打造低碳油氣產業鏈。

3.1.2可再生能源規模化

解決中國能源安全問題的根本出路在于發展可再生能源。2021年，中國可再生能源新增裝機1.34×108kW，占全國新增裝機的76%，截至2021年底，全國可再生能源發電累計裝機10.60×108kW，占全部發電機組的45%，而可再生能源發電量僅占全社會用電量的30%[11]。要進一步加大政策扶持力度，進一步提高可再生能源發電裝機比例，加快儲能、智能電網等基礎設施建設，提升電力系統接納大規模可再生能源發電的能力，加快對傳統化石能源發電的有效替代，提升可再生能源在整體能源消費結構中的比例。當前，可再生能源發展仍然需要政府電價補貼，要加快提升可再生能源產業鏈供應鏈的保障能力和競爭力，盡快實現平價、低價入網，由政策驅動逐步邁向技術驅動、市場驅動，堅持以立為先，加快實現可再生能源的大規模效益化發展。

3.1.3綜合能源智慧化

杰里米·里夫金在《第三次工業革命》中提到，人類歷史上數次重大的經濟革命都發生在新的通信技術和新的能源體系結合之際，他認為，互聯網技術結合可再生能源，就是第三次工業革命的基礎。當前，以大數據、物聯網及人工智能為核心的信息技術正在重塑能源生產、經營、消費模式，能源智慧化發展將有力推動中國能源供給和消費革命，是構建現代新型能源體系的重要支撐。2015年7月，國務院印發《關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》，其中就包括能源生產和消費智能化。2016年2月，國家發展與改革委員會、工業和信息化部、國家能源局聯合印發《關于推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》，提出要發揮互聯網在能源產業變革中的基礎作用，加快形成開放、共享的能源產業新技術、新模式和新形態。加快推動能源產業全方位、全鏈條的數字化轉型，實現綜合能源智慧化發展，更加科學合理地在大范圍內調度、整合能源資源，提高能源供給的靈活性，提升能源綜合利用效率，加快構建“新能源”+“智能源”的新型能源體系[1]。

3.2加快能源科技創新

當前全球范圍內新一輪科技革命迅猛發展，能源科技是其中最活躍、競爭最激烈的領域之一。根據國際能源署（IEA）評估報告，要在2050年實現凈零排放，還有大約50%的支撐技術尚未開發出來[12]。顛覆性新技術將成為未來能源轉型的最大變量，一個國家能否實現能源獨立，科技創新是至關重要的因素。

3.2.1科技創新推動煤炭可持續發展

隨著碳中和時代的到來，煤炭產業進入轉型發展的關鍵期，煤炭清潔高效利用是必由之路。要樹立煤炭全生命周期綠色低碳發展理念，結合能源轉型的短期和中長期目標，統籌考慮能源保供和安全，推動煤炭產業走向安全高效、綠色集約、可持續。煤炭產業可圍繞升級換代、低碳融合、顛覆突破、負碳固碳四大技術類型，強化關鍵核心技術攻關、示范試驗和推廣應用（表3）[13]。改造高排放高污染落后產能，全面實施綠色勘察、綠色開采，最大限度降低煤炭開發造成的生態環境影響；利用負碳固碳技術，最大幅度減少碳排放；全面提高能效，最大程度提高煤炭利用效率，以科技創新塑造煤炭產業未來可持續發展優勢

3.2.2高水平科技自立自強支撐油氣增儲上產

黨和國家領導人多次作出大力提升國內油氣勘探開發力度，保障國家能源安全的重要指示批示。黨的二十大報告中再次強調，要加大油氣資源勘探開發和增儲上產力度。在能源轉型期間，要堅定不移立足國內，圍繞油氣生產需求，大力實施創新驅動發展戰略，提高油氣產業鏈的自主創新水平，提升本土能源安全保障能力（表4）。中國石油資源儲量為1080.00×108t、天然氣資源量為210.00×1012m3，累計探明石油地質儲量389.65×108t、剩余技術可采儲量35.42×108t，累計探明天然氣地質儲量14.22×1012m3、剩余技術可采儲量5.52×1012m3[1415]，單從儲量來看足以支撐國內油氣增產穩產，但還需要下大力氣提升勘探開發力度。要堅持常非并舉、深淺并舉，推動常規油氣向非常規油氣、陸上油氣向海上油氣、中淺層向深層超深層的“三大跨越”[16]，不斷夯實增儲上產的資源基礎。已開發油田要持續攻關控降遞減、大幅提高采收率，新區要加強風險勘探，努力實現大突破、大發現，確保油氣持續穩產增產。大力開展非常規油氣勘探開發理論技術攻關，促進頁巖油、頁巖氣、煤層氣等產量大幅提升。強化海域油氣資源評價和目標優選，持續攻關勘探開發關鍵技術和工程裝備，加快海洋及深水油氣勘探開發[8]。努力實現石油產量穩中有升、天然氣產量快速增長，力爭原油年產2×108t、天然氣年產3000×108m3并長期穩產，提升國內油氣自給率，筑牢能源安全“壓艙石”。

3.2.3創新驅動可再生能源大規模發展

近年來中國可再生能源技術日新月異，但還缺乏足夠的原創技術積累，某些領域還存在明顯短板，部分關鍵原材料、零部件依賴進口，可再生能源產業鏈尚不能完全自主可控。中國可再生能源產業已經到了從政策扶持向創新驅動轉變的關鍵階段，要在進一步鞏固現有技術優勢的基礎上，盡快補齊短板、消除瓶頸，夯實產業發展基礎。聚焦可再生能源大規模、高比例、高效益開發利用，加大前瞻性、顛覆性關鍵技術重點方向攻關力度（表5），盡快補齊短板、消除瓶頸，通過完善創新鏈增強產業鏈韌性，不斷提升可再生能源產業競爭力。研發更可靠、更經濟的水電、風電、太陽能、生物質能、地熱能及海洋能等可再生能源發電技術，實現可再生能源大規模發展；突破氫能、核能全產業鏈的關鍵技術，推動氫能、核能與可再生能源協同融合發展；加快先進電網技術、儲能技術攻關，支撐大規模可再生能源并網和多場景儲能，加快規劃建設高比例可再生能源接入的智能高效、安全穩定新型電力系統。

3.3加快實施全面能源節約戰略

“取之有制、用之有節則裕，取之無制、用之不節則乏。”國際能源署指出，能效是可持續能源系統的“第一能源”，提高能效對能源清潔轉型、實現全球氣候目標都具有十分重要的作用[18]。節約能源、提高能效，是世界各國能源戰略的重要組成部分，也是中國能源高質量可持續發展和能源安全戰略的題中應有之義，中國《節約能源法》也將節約資源確立為基本國策。《能源生產和消費革命戰略（20162030）》提出要開展能源消費革命，“開創節約高效新局面”。當前，中國能源強度依然是世界平均水平的1.5倍，有巨大的能效提升空間。要全面實施節約戰略，推進各領域節約行動，在生產領域，要推進資源全面節約、循環高效利用，加快制造業節能改造，降低能耗總量和強度，健全用能預算、能耗監測、用能權交易、節能考核閉環管理體系[19]。在生活領域，引導全民樹立簡約綠色生活理念，杜絕奢侈浪費，將節能減排融入公民日常生活。

4結語

新中國成立以來，中國創造了經濟快速發展、社會長期穩定等多個彪炳史冊的中國奇跡，根本原因就是中國特色社會主義制度的根本保證。實現碳中和是對中國經濟社會發展的系統性挑戰，必須發揮好中國共產黨的領導和中國社會主義制度的優勢，調動全社會、全產業鏈、全體公民形成實現碳中和目標的共同意愿與行動，統籌協調能源轉型與能源安全，從構建新型能源體系、能源科技創新及全面實施能源節約戰略3個方面，有計劃分步驟地推進碳中和行動，推動中國能源高質量發展，促進人類社會可持續發展。

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作者:侯梅芳 單位:中國石油勘探開發研究院