中国“能源独立”战略内涵及3步走技术路线

　　科技进步、社会发展两大动力驱动了能源发展, “ 能源独立” 是一个国家强盛的保障和安全的基石。美国自1973年提出“ 能源独立” 以来, 以页岩油气等非常规资源为重点, 通过超前战略引领、财税法律配套, 坚定不移支持页岩油气全面产业化, 经过近50年不懈努力, 预计2022年全面实现“ 能源独立” 。美国已于2018年实现天然气净出口1 085× 10⁸ m³, 预计2022年将实现原油净出口。预计到2030年, 美国化石能源净出口3.1× 10⁸ t油当量, 包括天然气1 700× 10⁸ m³、原油1.1× 10⁸ t、煤炭1.0× 10⁸ t。

　　一、中国能源发展面临4大挑战

　　中国能源发展目前面临消费总量大、结构不清洁、供给不安全、复制美国模式不现实等4大挑战, 决定了实现“ 能源独立” 战略的长久性和系统性, 不可一蹴而成。

　　（一）人口基数和经济发展规模决定中国能源消费体量“ 总量大”

　　中国是世界人口第1大国、汽车保有量第1大国、第2大经济体, 人口基数和经济体量决定我国能源消费居世界第1。2019年末中国大陆人口基数突破14× 10⁸人, 位居世界第1, 比上年末增加467× 10⁴人, 人口自然增长率为3.34‰ 。全国机动车保有量达3.48× 10⁸辆, 其中汽车保有量2.6× 10⁸辆, 同比增长8.8%, 全国66个城市汽车保有量超过100× 10⁴辆, 30个城市超200× 10⁴辆。中国国民生产总值（GDP）约14.36× 10¹²美元, 增速6.1%, 位居世界第2大经济体。

　　（二）“ 富煤但油气不足” 的资源面貌决定中国能源结构“ 不清洁”

　　中国煤炭资源丰富但油气相对不足的先天禀赋条件决定了特殊的资源构成、生产和消费比例。截至2018年底, 中国煤炭探明可采储量1 388× 10⁸ t, 占全球储量13.2%; 石油探明可采储量35× 10⁸ t, 仅占全球储量1.5%; 天然气探明可采储量6.1× 10¹² m³, 仅占全球储量3.1%。

　　2018年, 国内一次能源消费结构中煤炭占58.4%、石油占19.6%、天然气占7.4%、新能源占14.7%, 同生产结构一样形成煤炭占比大、其他能源占比小的“ 一大三小” 消费结构。相比世界能源消费“ 四分天下” 格局, 富煤少油气的“ 不清洁” 能源结构严重制约美丽中国建设, 以煤炭为主的能源时代决定了中国“ 不清洁” 的能源结构需要低碳化发展。

　　（三）持续攀升的油气对外依存度决定中国能源供应“ 不安全”

　　2018年, 全国一次能源消费32× 10⁸ t油当量, 缺口6× 10⁸ t油当量, 综合对外依存度19%, 主要缺油缺气。2010年以来, 国内原油产量徘徊在2× 10⁸ t附近, 远无法满足消费需求, 对外依存度从2010年的55%大幅攀升至2018年的71%, 已超过国家能源安全70%超危警戒线; 天然气消费量从2010年的1 089× 10⁸ m³增长到2018年的2 830× 10⁸ m³, 增幅160%, 对外依存度从11%攀升至43%。中国能源消费格局整体呈现“ 油稳气增” 态势。

　　预计到2030年国内原油产量（1.6~1.8）× 10⁸ t, 消费量达（6.5~7.0）× 10⁸ t, 天然气产量（1 800~2 200）× 10⁸ m³, 消费量达（5 500~6 500）× 10⁸ m³, 油气对外依存度都可能超过70%。国内供需矛盾加剧, 供给侧自主力削弱, 油气“ 短板” 更加明显, 安全供给不稳定因素进一步增加。中国油气进口数量过大, 进口来源集中, 主要进口通道单一, 能源安全供应不稳定, 能源进口劣势突显, 油气供应安全存在较大风险。

　　（四）资源条件决定复制美国模式近中期实现能源独立“ 不现实”

　　美国非常规油气资源以海相盆地为主, 资源量大, 分布面积广, 埋藏浅, 地表平坦, 页岩油气产量可以爆发式增长。但中国陆相盆地非常规油气资源规模相对较小, 致密油和页岩油分布面积有限, 有机质成熟度偏低, 要形成（3~5）× 10⁸ t非常规油年产量, 目前不具备资源与技术条件。中国非常规气主要是陆相致密气、煤层气以及海相页岩气。而海相页岩气主要分布于四川盆地及周缘, 深浅不一、地表复杂, 要形成年产几千亿立方米非常规气不具备资源基础。2018年美国页岩气产量6 072× 10⁸ m³、致密油页岩油产量3.1× 10⁸ t, 中国要达到美国非常规油气产量规模, 目前看难度极大。

　　中国复杂的地质条件不能支撑非常规油气产量大规模快速提升, 不能满足近中期消费需求。当前新能源发展规模不足以弥补持续攀升的消费缺口, 巨大的能源消费需求基数决定中国不能简单复制美国模式。中国能源需求体量大、油气资源相对缺少、新能源技术尚未规模突破, 决定中国“ 能源独立” 战略在中短期内面临很大挑战。

　　二、中国“ 能源独立” 战略命题的内涵与意义

　　（一）中国“ 能源独立” 战略的基本内涵

　　中国“ 能源独立” 战略是指通过能源战略制定、科技攻关、政策引导和科学布局, 有序实现国内生产与海外权益产量总体达到与消费基本平衡, 自主生产与消费能力基本相当, 确保国家在重大事件时期国内生产基本满足消费。“ 有序实现” 是指从现阶段国内生产为主、国外权益补充的生产模式, 力争转变为全部国内生产满足消费需求的供求关系。

　　中国“ 能源独立” 的重要标志：①国内生产量占消费量90%以上、清洁能源生产量占消费量70%以上; ②能源供应实现“ 长久安全” 和“ 自主可控” 。中国“ 能源独立” 满足两种情景：①常态下, 国内能源生产与海外权益产量基本满足国内能源消费量, 实现能源供应“ 长久安全” , 其中, 国内生产至少90%, 战略储备满足3~6个月应对极端重大事件时急需; ②应急时, 国内能源生产量与战略储备量基本满足国内能源消费量, 保障短期极端情况下能源供应“ 自主可控” 。

　　中国“ 能源独立” 战略是契合我国社会主义现代化强国的奋斗目标, 全面服务社会主义现代化强国建设。通过能源消费革命控制“ 天花板” , 加强保障能源供应, 大力促进新能源等绿色清洁能源发展, 加快迈向煤炭40%、油气30%、新能源30%“ 三足鼎立” 消费新格局, 力争利用国内生产、国外权益模式保障能源生产与消费平衡, 有望实现“ 能源自主” 。不断调整优化能源结构, 大力提升新能源生产和消费占比, 预计当新能源消费占主体地位（占70%）、化石能源占30%构成“ 一大一小” 能源消费格局时, 有望实现“ 能源独立” 。

　　（二）中国“ 能源独立” 战略的资源内涵

　　实现中国“ 能源独立” 战略, 提升中国能源技术创新能力, 洁煤、稳油、增气、大力发展新能源是基础需要, 积极综合协调煤炭、油气和新能源“ 3大领域” 。

　　1. 煤炭领域加快清洁化利用、提升煤化工规模、推动集中利用

　　煤地下气化是煤炭清洁利用的一种途径, 可从根本上改变煤炭开采利用模式, 减少煤炭在开采和应用中造成的环境负面影响。要力争实现中国陆上埋深1 000~3 000 m煤炭资源气化动用, 预估可产甲烷、氢气等气体（272~332）× 10¹² m³。

　　地面煤制油等煤化工是煤炭清洁利用的另一途径。利用煤化工与石化产业关联提升煤化工规模, 实现煤化工副产物向炼厂供氢、向油田供CO2驱替采油。打造“ 煤化厂-石化厂-油气田” 产业链, 实现煤炭高效、清洁利用和CO2封存。2018年全国煤制油已建成产能1 138× 10⁴ t, 煤制烯烃产能1 112× 104 t, 煤制乙二醇产能363× 10⁴ t。

　　煤炭集中利用模式有助于提高煤炭燃烧效率、降低污染排放。中国是世界最大的燃煤火力发电国, 年发电量4 732× 10¹² kW· h, 占世界火力发电的47%。低功率工业锅炉较低负荷运行会造成烟温不能满足脱硝装置技术要求, 导致氮氧化物排放超标。推动燃煤锅炉全负荷集中利用可实现燃煤高效清洁。

　　2. 油气领域常-非并举, 推动海域和海外, 提升氢能产业与油气工业融合发展

　　提升陆上深层油气和非常规油气规模开发。中国塔里木、四川和准噶尔等3大含油气盆地均有深层油气重大发现。其中, 塔里木盆地海相和陆相油气藏开发深度已突破8 000 m, 顺北油田产油层平均深度达到7 632 m。塔北-塔中奥陶系地质资源量近60× 10⁸ t油当量, 2018年累计探明26.5× 10⁸ t油当量, 形成1 005× 10⁴ t大油气区, 中国正在世界上进行一场“ 深层油气革命” 。中国“ 非常规油气革命” 已进入战略突破期, 储、产量持续增长是我国保障能源安全的现实方向。2018年非常规油气产量6 365× 10⁴ t油当量, 占油气总产量的22%。

　　突破海洋深水油气勘探和水合物资源开发利用, 拓展海外油气权益。中国海域油气资源丰富, 石油探明储量64.7× 10⁸ t、天然气6.7× 10¹² m³。中国已建成亚太、中亚俄罗斯、中东、非洲、美洲等5大海外油气合作区, 2018年中国海外油气权益产量达2× 10⁸ t油当量, 较2017年增长3.7%。“ 一带一路” 沿线应是油气合作的重点地区。

　　发展化石能源制氢, 打通氢能产业链体系。目前化石燃料热化学重整制氢是全球主要氢能来源, 占96%以上, 平均成本1.9美元/kg。中国已成为世界第一制氢大国, 2018年工业氢气产量约为2 100× 10⁴ t, 占全球制氢总量的30%。加快推进氢能工业化发展, 深入融合油气工业与氢能工业, 利用现有天然气管网和加油气站等基础设施, 在产氢、加氢等产业链节点发挥现有油气公司先天优势, 实现“ 加油站、加气站、加氢站、加电站” 四站合一发展, 推进氢工业体系高质量发展。

　　3. 加快新能源低成本、规模化生产, 突破新材料新技术

　　加快太阳能、风能、水能、核能、地热能、生物质能等新能源低成本、规模化生产。2018年, 中国新能源消费总量为4.8× 10⁸ t油当量, 占全国一次能源消费14.7%, 同比增长11.8%, 占全球新能源消费总量的22.7%。水能消费2.7× 10⁸ t油当量, 同比增长3.2%; 核能消费0.7× 10⁸ t油当量, 同比增长18.7%; 风能消费0.8× 10⁸ t油当量, 同比增长24.0%; 太阳能消费0.4× 10⁸ t油当量, 同比增长50.6%; 生物质能和其他消费0.2× 10⁸ t油当量。新能源投资增加, 生产成本下降接近化石能源。

　　加快突破除化石资源外的绿色制氢工艺技术, 实现氢工业大规模发展。除化石燃料热化学重整、化工副产物制氢外, 生物质制氢和太阳能制氢是制氢途径关键技术。生物质重整制氢分为直接利用热物理化学原理制氢和利用生物途径间接转换制氢两类。太阳能制氢可能是未来大规模绿色制氢的主要方式, 具有可再生、零碳排放的优点。

　　突破新材料新技术, 需要在多领域技术取得革命性进展。例如, 氢能领域绿色高效光能制氢与低成本燃料电池; 核能领域快堆技术、磁约束聚变与微型电站; 光伏领域新型钙钛矿、叠层结构发电; 生物质能领域蓝藻乙醇等; 储能领域液态金属电池、纳米电池和超级电容器; 新材料领域高性能二维材料石墨烯、黑鳞等。科技发展来看, 大数据、云计算、人工智能、物联网等深度融合, 催生智能化“ 能源管理革命” 。

　　（三）中国“ 能源独立” 的战略意义

　　加快中国能源结构转型革命、实现“ 能源独立” 的最终目标, 必须构建新时代现代化能源体系。“ 能源独立” 核心战略意义：一是保障国家能源供应安全, 二是带动新能源革命相关产业大发展, 三是实现“ 智能源” 管理变革, 四是落实能源零碳化环保目标。预测2030年中国能源消费量将达到高峰值44× 10⁸ t油当量, 从中国地下资源禀赋客观实际出发, 探寻一条低能耗可持续发展之路。

　　中国“ 能源独立” 战略要求建立“ 智能源” 高效管理体系。“ 智能源” 不是某一特定能源类型, 而是指利用人工智能、大数据、信息技术等实现互联和智能调配的所有能源类型总和。“ 智能源” 将电网、油网、气网、管网、煤网等多网融合, 实现多种能源互补、上中下游互联、生产消费互通, 提高能源利用率、压缩能源损耗、避免能源浪费, 形成多能协同、智能互补、高效利用的智慧能源管理体系。

　　中国“ 能源独立” 战略不能依靠单一能源, 要以“ 洁煤稳油增气、大力发展新能源” 为总方针, 分“ 3步走” 实现多种能源互补。在摸清资源家底的基础上, 不大规模盲目减煤、不过分夸大油气。要高度重视新能源, 唯有依靠但不单靠新能源才能实现独立, 力争到2100年实现化石能源与新能源生产二者地位转换, 使新能源成为我国能源结构的主体。新能源成为主体能源, 不是因为化石资源的枯竭, 而是能源去碳化、低成本、环境保护的必然趋势。

　　（四）实现“ 能源独立” 的保障措施

　　应借鉴美国经验, 从国家层面在两大领域超前部署：①政策领域, 制定国家中长期“ 能源独立” 行动计划, 部署政策、法律、财税全方位支持; ②科技领域, 制定国家“ 能源独立” 科技支撑计划, 聚焦若干颠覆性技术, 解决前瞻性重大科技问题。

　　从供给、消费、技术、体制方面开展“ 4大革命、1个合作” ：①加快常规-非常规油和气[30]、地下“ 页岩油改质” 与“ 煤炭气化” 两个革命, 加快煤炭清洁化利用, 加快太阳能、风能等新能源低成本生产; ②调整能源消费结构, 提高能源利用率, 降低损耗, 设置能源消费“ 天花板” 和“ 警戒线” ; ③突破一系列颠覆性技术, 综合协调发展煤炭、油气、新能源“ 3大战略领域” ; ④做好产业结构顶层设计, 引导前瞻性基础研究, 支持新能源人才储备, 建造超前尖端新能源实验室; ⑤加强油气、新能源等国际合作, 要以全球视野布局能源战略, 加大技术创新促进国外权益能源生产。

　　三、中国“ 能源独立” 战略3步走技术路线图

　　“ 3步走” 战略技术路线图是从中国能源基本国情出发, 在科学预判未来能源发展总体形势的基础上, 紧密结合社会主义现代化强国建设目标, 力争实现中国“ 能源独立” 。

中国“ 能源独立” 战略路线图及一次能源消费结构预测

　　（一）第1步（2020— 2035年）, 化石能源为主并提速新能源

　　该阶段实施“ 洁煤稳油增气、大力提高新能源” 路径, 设置适合中国国情的能源消费“ 天花板” 。目标是全力保障国内能源供给安全的同时兼顾环境保护。该阶段工作重点是“ 定方向、破瓶颈、制战略、保安全” 。主体依靠化石资源保障能源供应, 把握新能源技术革命方向, 突破新能源快速发展瓶颈。明确未来能源主体依靠新能源才能实现“ 能源独立” 的战略, 保障该阶段中国“ 供给安全” 。

　　该阶段应关注的现实领域包括传统化石能源清洁利用、产量持续增长, 氢工业关键技术突破, 储能和新材料技术低廉化大众化, “ 智能源” 高效管理体系基本建立。布局煤清洁化利用与现有石油工业深度融合形成产业链。加快石油提高采收率与天然气“ 控水开发” 技术突破, 加强页岩油气、水合物等非常规油气工业性试验与工业化开采。基本实现制氢、运氢、储氢、加氢与用氢产业链突破, 同时在太阳能、风能、水能、核能等开发及储能和新材料方面实现规模化低成本利用。打通多种能源应用融合, 实现生产、消费智能调配, 大幅提高能源利用率、降低能耗, 基本建成“ 智能源” 管理体系。

　　按照目前中国能源发展形势, 预计一次能源消费或将在2035年前后达到峰值40× 10⁸ t油当量, 能源供给形势日趋严峻。这一阶段煤炭消费总量保持在约20× 10⁸ t油当量, 在一次能源中的占比由目前60%降低至2035年50%, 仍将是我国能源消费的主体。原油消费量保持总体稳定, 控制在（6.0~6.5）× 10⁸ t, 在一次能源中的占比由目前18%降低至2035年15%。天然气作为化石能源向新能源的过渡能源, 消费总量将由2018年的2.5× 10⁸ t油当量上升至5.0× 10⁸ t油当量, 在一次能源中的占比由8%上升至2035年13%。新能源进入快速发展阶段, 消费量将由4.8× 108 t油当量上升至9.0× 10⁸ t油当量, 在一次能源中的占比由15%上升至2035年22%, 成为满足能源消费增长的主力。

　　（二）第2步（2035— 2050年）, 化石能源与新能源并重发展

　　该阶段实施“ 降煤炭、稳油气、增新能源” 路径, 能源利用效率提高、消费总量下降, 降低煤炭、稳定油气和提升新能源供给能力。目标是加快新能源对煤炭的替代, 形成煤炭、油气、新能源各占三分之一的“ 三足鼎立” 能源格局, 争取实现“ 能源自主” 。该阶段工作重点是“ 调结构、建氢能、争自主” , 加快调整使一次能源消费结构趋于合理, 建成绿色“ 氢能中国” 社会, 依靠“ 国内生产+海外权益” 模式实现“ 生产自主” 。

　　该阶段应关注的现实领域包括化石能源革命性突破, 氢能源全面工业化, 颠覆性技术爆发, “ 智能源” 体系全面建成。煤炭大规模清洁化利用, 地下“ 页岩油改质” 与地下“ 煤炭气化” 实现革命与规模化生产。全面完成加油、加气、加氢与充电“ 四站” 一体化布局, 参照石油工业模式建成我国“ 氢工业” 体系, 形成绿色“ 氢能中国” 社会。在新材料储能、可控核聚变等方面取得颠覆性突破或规模化利用。利用“ 新能源+智能源” 模式, 分别侧重能源类型多样化和能源互联智能化, 补足化石能源与消费总量之间的缺口, 实现生产与消费平衡。

　　2035年中国一次能源消费达到峰值后, 总体或将呈现下降趋势, 预计在2050年一次能源消费量将降至36× 10⁸ t油当量, 为新能源加快对煤炭的替代提供发展机遇。这一阶段煤炭消费总量由2035年的20× 10⁸ t油当量降至2050年的13× 10⁸ t油当量, 在一次能源中的占比由50%降低至2050年的36%, 煤炭能源的主体地位将彻底改变。原油消费量继续保持稳定, 2050年消费量约6.5× 10⁸ t, 在一次能源中的占比由15%提高至2035年的18%; 天然气消费量总体稳定, 2050年消费量5.5× 10⁸ t油当量, 在一次能源中的占比由13%上升至2050年的15%。新能源加快发展, 消费量将由9× 10⁸ t油当量上升至11× 10⁸ t油当量, 在一次能源中的占比由22%上升至2050年的31%, 加快对煤炭消费的替代, 成为除煤炭之外的另一主体消费类型。

　　（三）第3步（2050— 2100年）, 新能源生产消费占主体地位

　　该阶段实施“ 氢能社会、新能源主导、颠覆性技术实现” 路径, 国内能源需求持续降低并逐步趋于稳定。煤炭和油气等化石能源消费实现全面降低, 产量规模和低廉成本支撑新能源成为能源消费主体。目标是实现能源全部国内生产, 力争形成新能源占70%、化石能源占30%的“ 一大一小” 能源格局, 努力完成“ 能源独立” 。该阶段工作重点是“ 稳结构、新能源、争独立” , 稳固“ 一大一小” 能源消费结构, 力争全面实现新能源生产和消费占主导地位, 依靠“ 新能源+智能源” 在“ 能源自主” 基础之上争取实现“ 能源独立” 。

　　该阶段应关注的现实领域包括多种类型新能源全面实现低廉规模化应用。太阳能、风能、水能、核能、地热能、生物质能等新能源实现低成本生产, 尤其是氢能、可控核聚变、新材料储能等新能源大规模利用。到2100年前后, 实现化石能源与新能源生产二者地位历史性转换, 使新能源成为我国能源结构的主体, 力争形成新能源70%、化石能源30%的格局, 实现从“ 一大三小” 到“ 一大一小” 能源结构的革命性转型。

　　在2050年一次能源消费36× 10⁸ t油当量的水平上, 或将逐步下降至本世纪末期的30× 10⁸ t油当量左右, 新能源成为我国一次能源消费的主体。该阶段煤炭消费总量由2050年的13× 10⁸ t油当量最终降至2100年的2× 10⁸ t油当量左右, 在一次能源中的占比由2050年的37%降低至2100年的7%。原油消费量大幅降低, 2100年消费量约3× 10⁸ t, 在一次能源中的占比由18%降至10%。天然气消费逐步下降, 2100年消费量4× 10⁸ t油当量, 在一次能源中的占比由15%降至13%。新能源加快发展, 消费量将由11× 10⁸ t油当量上升至21× 10⁸ t油当量, 力争在一次能源中的占比由31%上升至70%, 构成我国能源消费的主体。

这项研究得到了国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项的资金支持，成果以《论中国“能源独立”战略的内涵、挑战及意义》为题发表于《石油勘探与开发》2020年第2期。