邹才能院士:碳中和正从全球共识向全球行动推进
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近年来,全球极端气候事件频发,对人类造成深远影响。通过碳减排,共同应对全球性自然灾害和极端天气频发等环境问题并实现碳中和,已成全球共识,并向全球行动推进。

当前,世界能源工业正在经历“三场革命”——化石能源低碳化革命、新能源规模化革命和能源管理智慧化革命。化石能源消费结构持续调整,新能源消费占比不断升高,形成煤、石油、天然气、新能源“四分天下”新格局。其中,石油工业正在经历从常规油气向非常规油气的跨越发展,我国非常规油气已取得战略性突破,保障了油气资源供给。世界各国加快以新能源为主的能源结构转型调整,构建绿色低碳安全高效的新型能源供应体系。能源科技革命助推“三场革命”,为人类发展提供不竭新动力。

一、世界能源结构形成"四分天下"新格局

气占比约为25%、煤炭占比约为27%、新能源占比约为17%,形成煤、石油、天然气、新能源“四分天下”新格局。中国的地下资源禀赋决定了能源供给以煤炭为主,在能源消费中占比约为56%,石油消费占比20%,天然气消费8%,新能源消费占比16%,形成以煤炭为主的“一大三小”格局。

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当前,四种主要能源都进入了各自新的发展时期。煤炭发展进入“转型期”,石油发展步入“稳定期”,天然气发展迈入“鼎盛期”,新能源发展跨入“黄金期”。按当前生产水平,全球已探明的煤炭储量还可以开采139 年,石油和天然气的探明储量还可以开采50 年左右,化石能源资源仍较为充足。

二、世界油气工业正在从常规向非常规跨越发展

世界油气工业已有 160 多年发展史,自1859年世界第一口油井诞生后的 150 多年里,全球油气工业以寻找常规“圈闭型”油气藏为主。近十几年,随着勘探开发技术不断创新,油气勘探转变为寻找赋存于烃源岩层系中的非常规“连续型”甜点区,实现了页岩油气大规模商业开发。世界油气工业正在从常规油气向非常规油气跨越,形成了“常规+非常规”并举的两大油气工业体系。

(一)全球油气生产

近年来,全球油气产量增长以非常规和海域为主,陆上常规油气产量下降,非常规油气产量比例不断增加。2020 年,全球陆上常规油气产量 35.24 亿吨油当量,海域油气产量 22.17 亿吨油当量,非常规油气产量 18.85 亿吨油当量,在总产量中的占比分别为 46%、29% 和 25%。尤其以美国和中国为代表,致密气、煤层气、页岩气和致密油发展很快,推动两个国家的油气工业都进入了非常规时代。2021年,美国致密气产量 800 亿立方米,煤层气产量 180亿立方米,页岩气产量 7572 亿立方米;中国致密气产量 500 亿立方米,煤层气产量 83 亿立方米,页岩气产量 224 亿立方米,致密油产量 300 万吨。

(二)中国油气生产

我国油气勘探正在向超深层和非常规发展,塔里木盆地 8200 米以深地层依然发育原生油藏和优质储盖组合。轮探 1 井是目前世界最深的古生界油气藏,完钻井深为 8882 米,日产原油 133.46立方米、天然气 4.87 万立方米。中国石油是全球超深层油气革命的推动者、实践者、攻坚者。

2020 年,我国石油产量为 1.95 亿吨,其中致密油 270 万吨、页岩油 150 万吨、稠油 1500 万吨、油砂 200 万吨;天然气产量 1925 亿立方米,其中致密气 470 亿立方米、页岩气 200 亿立方米、煤层气67 亿立方米。非常规油气占比逐渐增加,2020年产量达 8000 万吨油当量,占油气总产量的 23%,其中非常规气占油气总产量的 38%,非常规油占比为11%。非常规油气将成为我国“稳油增气”的战略资源,其中,非常规油成为产量稳定的“砝码”,2030年占比可能为 20%;非常规气成为产量增长的“主力”,2030 年占比有望超过 50%。非常规油气革命或可助推世界油气工业再发展 150 年以上。

三、全球主要国家和地区加快能源结构转型

(一)欧洲化石能源匮乏,大力发展新能源

欧洲能源供给不足,消费总量已达到峰值。1981 年,欧洲能源产量 9.9 亿吨油当量,消费量16.6 亿吨油当量,对外依存度 40%;2020 年,能源总产量 10.0 亿吨油当量,消费量 18.6 亿吨油当量,对外依存度 46%。欧洲化石能源匮乏,主要靠大力发展新能源,能源总产量 1997 年达到峰值 13.1 亿吨油当量,其中可再生、核能和水能产量分别 2.0亿、1.8 亿和 1.4 亿吨油当量,合计占比达 40%。

欧洲新能源消费量在全球新能源消费总量中占比达 28%,为世界最高。1965—1985 年,天然气消费量快速增长,由 0.32 亿吨油当量增至 7.60 亿吨油当量,增长 22.8 倍;1975—1985 年,核电消费量快速增长,由 0.17 亿吨油当量增至 1.66 亿吨油当量,增长 8.8 倍;2000—2020 年,可再生能源消费量快速增长,由 0.16 亿吨油当量增至 1.97 亿吨油当量,增长 11.3倍。

氢能发展方面,2020年7月8日,欧盟正式对外公布《欧洲氢能战略》,计划未来十年内向氢能产业投入 5750亿欧元(约合人民币 4.6 万亿元),其中 1450 亿欧元以税收优惠、碳许可证优惠、财政补贴等形式惠及相关氢能企业,剩余的 4300 亿欧元将直接投入氢能基础设施建设。规划到 2030 年前,投入 240 亿~ 420 亿欧元用于绿氢电解设施的建设,投入 2200 亿~ 3400 亿欧元用于增建 80 ~ 120 吉瓦的风光发电。欧盟副主席蒂莫曼斯说:“氢能是清洁能源的摇滚明星,欧洲必须确立领先地位。”

(二)美国大力发展非常规油气和新能源,实现能源独立

美国作为能源高消费、高产量型的发达国家,化石能源资源充足,能源供需均衡。1973 年,美国能源产量 14.3 亿吨油当量,消费量 17.6 亿吨油当量,对外依存度 19%。当年,时任总统尼克松提出“能源独立”战略,着力布局大力发展非常规油气和新能源。2019 年,美国能源产量 22.6 亿吨油当量,消费量 22.2 亿吨油当量,产量超过消费量,依靠非常规油气产量增长,用了不到半个世纪实现了能源独立。2020 年,美国能源产量 21.4 亿吨油当量,消费量20.6 亿吨油当量,自给率 104%。

非常规油气理论创新和技术突破,推动油气产量大幅上升,助力美国实现能源独立。2019年,美国页岩气产量7140亿立方米、致密油产量3.8亿吨;2020年,页岩气产量增长到 7330亿立方米,致密油产量回落到 3.5亿吨。据EIA预测,基础情景下,到2025年,美国页岩气产量将达8500亿立方米、致密油产量达4.3亿吨;到2050年,页岩气产量可超过1万亿立方米,致密油可稳产至2044年。美国的非常规油气资源开采可持续发展几十年。

美国能源转型的中长期战略是减少原煤、稳定原油、加快天然气、做大新能源,始终致力于加大新能源发展,历届政府坚持战略一以贯之。1992 年,克林顿政府首次提出依靠可再生能源和节能实现能源独立;2001 年,布什政府提出发展氢能源作为美国的主要能源,并于次年出台《国家氢能发展路线研究报告》,掀起“氢经济”革命;2019 年,特朗普政府全力推动可再生能源发展,开展新能源技术研发,发布美国《氢能经济路线图——减排及驱动氢能在全美实现增长》,规划到 2050 年氢能占美国能源需求的 14%,继续巩固美国能源领导地位;2020 年,美国能源部长丹•布鲁耶特提出重点推动“下一代能源创新”,以“新能源独立”战略引领世界;2021年,美国国务卿布林肯发表演说时呼吁美国在新能源领域追赶中国;2021 年,拜登总统上任第一天即签署行政命令重新加入《巴黎协定》,随后发布行政命令禁止在所有公共土地和水域获得新的石油天然气许可,并宣布美国于 2035 年实现零碳排放、2050 年实现“净零排放”。

(三)日本、韩国大力发展氢能

日本和韩国化石能源资源匮乏,能源对外依存度高达 87% 和 84%。日本制定三阶段建设“氢能社会”发展蓝图,韩国致力打造“氢经济”。

日本是能源高消费、产量极低型的发达国家,能源需求稳定,化石能源严重匮乏,能源消费长期依赖进口,新能源快速发展。2020 年,日本能源产量 0.5亿吨油当量,消费量 4.0亿吨油当量,自给率仅13%。2011年福岛核泄漏事故后,日本政府被迫“弃核转氢”,大力发展氢能,制定三阶段建设“氢能社会”发展蓝图:第一阶段 2014—2025 年,扩大氢能使用范围,提高燃料电池装机量,规划到 2020年装机 140 万台、到 2030 年装机 530 万台;第二阶段 2026—2040 年,全面发展氢发电产业,建立大规模氢能供应系统,全面利用海外生产、储存、运输氢能;第三阶段 2040年起,建立零碳供氢系统,全面实现零排放制氢、储氢、运氢。同时,日本燃料电池汽车将加速氢能应用,丰田氢燃料电池汽车已经量产,规划到 2030 年氢燃料电池车数量增加到80万辆,到2050年全面普及。

韩国作为发达国家,能源需求增长较快,供应长期依赖进口。2020 年能源产量 0.44 亿吨油当量,消费量 2.8 亿吨油当量,自给率仅 16%。2019 年,韩国实现氢能汽车销售量全球第一(国内 5000 辆、出口 1724 辆)、氢能发电装机全球第一、新建加氢站全球第三(中国 30 个、德国 22 个、韩国 18 个)。2020 年,韩国国会通过全球首部《促进氢经济和氢安全管理法》,制定“氢经济”计划,包括设立国家氢经济委员会,培育氢能专业公司,氢能供应设施部署,培养人才、制定标准、编制统计数据,支持国际合作、海外拓展,氢能安全管理、设备检验、进口检验、安全教育等。韩国通过三个方面,着力培育氢能产业:一是加强科技攻关,计划投入 3000 亿韩元(约合 18 亿元人民币),提高氢能零配件技术研发能力,建设氢能研发生态系统;二是加大政府投资,2022年政府与企业合作投资23亿美元,推广1.6万辆燃料电池汽车,建设 310 座加氢站,实施油氢混合加氢站改造;三是实施财政补贴,实行车辆购置补贴、税费减免及高速公路费、停车费减免等。

四、能源科技革命为人类发展提供不竭新动力

全球能源发展经历了从薪柴到煤炭再到油气的转换过程,目前正由化石能源向新能源演变。人工取火是人类最早的“技术革命”,将人类带进光明和文明时代,薪柴作为第一代主体能源,促进了人类及农业的发展。18 世纪 60 年代至 20 世纪中期,由于煤炭生产和使用技术日趋成熟,促进了蒸汽机的广泛应用,使煤炭成为世界主要能源和“工业粮食”,推动制造业、冶金业、开采业、运输业、纺织业等快速发展,加快了社会工业化发展。1859 年,美国人埃德温•德雷克在宾夕法尼亚州钻成了世界上第一口油井,井深 21.69 米,日产油 20 桶,揭开了世界石油工业的序幕。当前全球已全面进入油气时代,电力、内燃机、电子信息等革命性技术进步,推动人类社会进入电气化、信息化、智慧化时代,石油成为第三代主体能源。

预计 21 世纪中后期,世界将全面进入新能源时代。从1766 年英国卡文迪许发现氢能起,人类对新能源的探索走过了漫长的历程。特高压输电、超级储能、人造太阳等技术,推动世界能源发展进入多能互补、智慧协同、绿色低碳的新能源时代。太阳能、水能、风能、核能、海洋能、地热能、生物质能等新能源,将是与人类赖以生存的地球生态环境相协调的清洁能源和未来能源的基石。

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实现碳中和目标,需加快建设清洁能源工业体系,推动能源生产与消费结构革命性转型。清洁能源工业体系的关键技术主要包括:(1)地热工业体系。建设以供热和发电为核心的地热工业技术体系,包括地热供暖、地热制冷、地热发电、油田生产用热替代等。(2)氢能工业体系。建设以绿氢为核心的氢工业技术体系,包括氢制备、氢储存、氢运输、氢加注、氢利用、氢检测及氢安全等;涉及领域主要有氢交通、氢储能、氢化工、氢冶金等。(3)碳工业体系。以 CCS/CCUS(碳捕集与封存/碳捕集、利用与封存)为核心的碳工业技术体系,包括碳捕集、碳运输、碳驱油、碳封存、碳产品、碳金融等全新产业。(4)可控核聚变。核聚变能源具有资源丰富、无碳排放和清洁安全等突出优点,是人类理想的清洁能源,可为实现碳中和作出重大贡献。

当前,可着力布局研究 10 大颠覆性技术,通过加快科技创新,有效助力清洁能源工业体系建设。

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五、中国依靠大力发展新能源加快能源转型

中国化石能源较丰富,能源消费结构以煤为主,形成“一大三小”的能源消费结构。2020年,煤炭在一次能源消费中占比达 56.8%,石油、天然气和新能源占比较小,油气在我国能源生产中占比最小,但在能源安全中压力最大,主要由于我国煤炭基本不需要进口,新能源是可再生资源,只有石油和天然气资源需要进口。2021 年,我国一次能源消费量 36.4 亿吨油当量,能源生产量在 29.7 亿吨油当量,能源生产与消费之间缺口达 6.7 亿吨油当量。其中,石油和天然气缺口为 6.6 亿吨油当量左右。我国能源总体对外依存度 18.4%,石油和天然气对外依存度分别达到 72.2% 和 44.0%。

碳中和目标下,我国油气工业仍要坚持勘探开发,保持可持续发展,确保能源安全。预计 2060年,我国石油消费量达 3 亿吨左右,天然气消费量4000 亿立方米左右,油气在国家能源安全与人民生活中的地位作用仍然不可或缺与替代。未来实现碳中和目标时,我国能源发展将以新能源为主,力争实现中国“能源独立”。油气在碳中和进程中仍将继续发挥应有的作用,化石能源具有的材料属性不可替代,天然气作为最清洁的化石能源将继续发挥低碳能源的支撑作用。

碳中和目标下,我国不同能源有新的定位:煤炭发挥保障国家能源长远战略“储备”与“兜底”保障作用;石油回归原料属性,发挥保障国家能源安全“急需”与民生“原料”用品的基石作用;天然气发挥保障国家能源安全与新能源最佳“伙伴”作用;新能源发挥保障国家能源战略“接替”与“主力”作用,可通过“洁煤、稳油、增气、强新”谋划能源独立。依靠“四个革命、一个合作”能源安全新战略推动能源转型。通过能源转型,从目前化石能源占比大于 80%,努力争取到 2060 年形成新能源占比 80%以上,煤、石油和天然气等化石能源占比低的“三小一大”结构,实现两个“80%”的历史性转换。

依靠“洁煤、稳油、增气、强新”推动能源转型,建立风能、太阳能、地热能、氢能、海洋能、储能、碳工业(CCS/CCUS)、智能(智慧能源)等新型工业体系。建设与煤炭工业、石油工业类似的全产业链氢工业体系,以绿氢为核心,涵盖氢制备、氢储存、氢运输、氢加注、氢利用、氢检测及氢安全等产业,涉及氢交通、氢储能、氢化工、氢冶金等领域。建设与传统化石能源类似的全产业链地热工业体系,以地热资源高效利用为核心,地热工业体系涵盖地热资源勘查与评价、设备供应与工程建设、地热利用三个方面。建设以 CCS/CCUS 为核心的碳工业体系,涵盖碳捕集、碳运输、碳驱油、碳封存、碳产品、碳金融等业务,构建以 CCS/CCUS 为基础的低成本、高能效的碳工业体系,是实现碳中和目标的战略性措施。

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