能源革命：从化石能源到新能源

邹才能赵 群张国生熊 波

1.中国石油勘探开发研究院 2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院

邹才能等.能源革命：从化石能源到新能源.天然气工业，2016，36（1）：1-10.



能源革命：从化石能源到新能源

邹才能1,2赵 群2张国生1熊 波2

1.中国石油勘探开发研究院 2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院

邹才能等.能源革命：从化石能源到新能源.天然气工业，2016，36（1）：1-10.

摘 要为了预测世界总体能源发展的态势，从分析能源发展历史入手，明确了能源利用方式将在木柴向煤炭、煤炭向油气之后经历油气向新能源的第三次重大转换。尽管全球化石能源供应量总体比较充足，但关键技术突破和生态环境保护需求加快并推动了化石能源向新能源的转换。世界能源消费正在迈入石油、天然气、煤炭和新能源“四分天下”的时代，其在一次能源消费结构中的比例分别为32.6%、23.7%、30.0%和13.7%，中国能源消费也将由煤炭独大，逐步进入煤炭、油气和新能源“三足鼎立”的时代。对全球能源发展的预判结果表明：①石油迈入“稳定期”，产量高峰将出现在2040年前后，高峰年产量约45×108t；②天然气步入“鼎盛期”，产量高峰将出现在2060年前后，高峰年产量约4.5×1012m3（40.5×108t油当量），将在未来能源可持续发展中发挥支柱作用；③世界煤炭产量稳中有降，煤炭发展进入高效清洁化“转型期”，污染物排放量将大幅降低，其占一次能源消费结构的比重也将有所下降；④新能源开发利用渐入“黄金期”，占一次能源消费结构的比重将大幅提升。结论认为：①我国能源生产和消费具有自身特点，能源发展需从国情实际出发，加强煤炭资源清洁高效利用是解决我国能源环境问题的关键；②我国石油产量需达2×108t，以保障国家能源安全；③加快致密气和页岩气等非常规资源开发步伐，力争实现2030年我国天然气产量超3 000×108m3的目标；④加强新能源资源的开发利用，2030年我国有可能实现非化石能源占一次能源消费结构比重20%的目标。

关键词能源革命 化石能源 新能源 油气 煤炭 可再生能源 非常规油气 页岩气 致密油 纳米技术 石墨烯 互联网＋

能源与水、粮食一道构成了人类赖以生存的三大要素。世界能源发展正步入新的历史时期，能源的清洁低碳发展是必然趋势。非常规油气革命推动了美国最近40多年来“能源独立”战略梦想的实现，2008年美国政府提出了“绿色能源再造美国”的能源大战略，特别是近几年美国以页岩油气与致密油等为代表的非常规油气“四个创新”具有革命性，即连续型油气聚集为核心的地质理论创新、水平井体积压裂为核心的技术创新、平台式“工厂化”开采的生产方式创新、市场竞争机制为核心的管理创新。美国的非常规油气革命正在改变全球油气乃至能源格局，深刻影响全球政治与经济发展。中国政府近期也提出了“推动能源消费革命，抑制不合理能源消费”“推动能源供给革命，建立多元供应体系”“推动能源技术革命，带动产业升级”“推动能源体制革命，打通能源发展快车道”的能源革命战略。笔者从世界能源发展的历史出发，梳理了世界能源总体发展态势；在此基础上，结合我国的能源国情，分析了我国能源发展所面临的挑战，并提出了应对策略。

1 世界能源发展的基本规律

1.1 能源发展的三大转换

人类利用能源的方式在继木柴向煤炭、煤炭向油气的转化已经基本完成之后，将经历油气向新能源的第三次重大转换。自原始人类首次使用火种开始，能源便成为人类生存的必需资源。容易获取的木材满足了人类初期的取暖、烹饪等基本生存需求。随着煤矿开采技术的进步，能量密度较高的煤炭得到了广泛应用。1769年瓦特发明蒸汽机，1875年法国建成世界上首座燃煤发电厂，人类文明的进步促进了煤炭产业的加快发展，并于18世纪80年代在一次能源消费比例中超过了木柴，成为总量最大的一次能源，完成了木柴向煤炭的第一次重大转换。1886年戴姆勒内燃机的发明，油气作为高效能源资源需求量大幅提升。油气地质理论、钻完井和炼化等技术的进步，促进油气产量大幅提升，在一次能源消费结构中的比例快速增长，1965年占比超过50%，取代煤炭成为世界第一大能源，完成了煤炭向油气的第二次重大转换。

随着经济社会对能源需求量的持续增长和低碳社会的到来，传统化石能源向非化石新能源的第三次重大转换将成为必然。近年来，煤炭、石油等高碳能源利用带来的生态环境问题日益突出，20世纪初期英国伦敦“雾都”的形成和当前我国大范围雾霾天气，煤炭等高碳化石能源的大规模利用是其主因。随着人类对绿色生态环境需求的提升，天然气和新能源作为清洁能源在一次能源结构中的比例将逐步增大。全球一次能源正在迈入石油、天然气、煤炭和新能源“四分天下”的格局；但也需清醒地认识到，未来相当长的一段时期内新能源都还难以独担重任。

1.2 能源发展的三大趋势

从能源资源类型、生产方式和利用方式来看，世界能源发展总趋势为由高碳向低碳发展、由简单生产向技术生产发展、由直接一次向多次转化发展。

1）能源类型由高碳向低碳发展，即由化石能源走向非化石能源。煤炭单位热值的碳含量为26.37 t/ TJ，原油为20.1 t/TJ，天然气为15.3 t/TJ；而水电、风电、核能、太阳能等几乎不含碳。煤炭向油气、油气向新能源发展的过程中，各类型能源所产生的污染物量和碳排放量将越来越低，适应和满足了生态环境绿色发展的需求。

2）资源生产方式由简单生产向技术生产发展。从能源发展的大趋势来看，原始人类从自然界中直接获取木柴作为能源，从煤矿开采到油田开发越来越体现工程技术的重要性，核能、风能、太阳能等新能源资源的开发均为技术密集型产业。从某一类型能源的开发历程来看，也体现了技术的重要性。以油气开采为例，早期石油开采以直井为主，水平井技术和水力压裂技术的应用使大量低产井获得了有效开发，近年来水平井分段压裂技术的应用更是推动了一场能源领域的“页岩油气革命”。

3）能源利用方式由直接一次转换向多次转化发展。第一次工业革命以前，作为能源的木柴和煤炭以直接热利用为主；随着1769年蒸汽机和1875年内燃机的发明，能源利用向动力方向拓展；1831年法拉蒂发现电磁感应之后，能源利用方式又向电力方向发展，开启了能源利用的电气化时代。

1.3 能源发展的三大格局

伴随着社会文明的进步和科技水平的提高，全球能源正在形成“石油”与“天然气”“常规”与“非常规”“化石”与“非化石”协同发展的新格局[1]。

1）“石油”与“天然气”新格局。从国际能源发展形势和石油公司勘探开发动向来看，“稳油增气”是大势所趋，天然气将形成对石油的“第一次革命”，进入天然气发展时代。

2）“常规”与“非常规”新格局。“常、非”并举已经被纳入各大石油公司的发展战略，坚持常规油气为勘探主体，做足常规，搞透非常规关键技术理论，循序渐进实现有效开发。从长远看，页岩气、页岩油、天然气水合物（以下简称为水合物）等非常规资源潜力很大，一旦技术取得突破，必将形成对常规油气的“第二次革命”，尤其是“水合物革命”，有可能比页岩气革命来得更具颠覆性。

3）“化石”与“非化石”新格局。传统化石能源不可再生，可再生的非化石新能源必将完成对传统能源的“终极革命”。如果认可石油工业300年发展期的话，那么从1859年世界石油工业开启至今已经过150年，现在还剩下150年，这可能是化石能源的生命周期。风能、太阳能、地热能以及当下快速发展的储能、氢能，均展现出广阔的发展前景，或许还等不到化石能源枯竭，“新能源革命”就将提前到来。

1.4 能源发展的两大驱动力

社会文明发展驱动能源需求。原始社会能源主要满足生存需求；封建社会人类生活品质提高，初级工业生产使得对能源的需求量大幅提升；工业革命以来社会文明加快发展，人类对交通、信息和文化娱乐的需求大幅提升，现代工业对能源的需求量达到了前所未有的高度。近年来，随着高碳能源在开发利用过程中产生的废水、废气和废渣所引发的一系列生态环境问题，能源生产和消费的生态需求已经进入能源发展历程。

科学技术进步驱动能源变革。以油气发展为例，石油工业史就是一部科技发展史，油气地质理论技术不断创新，为经济社会持续发展提供了不竭的动力。在油气工业已有的150年发展历史进程中，其中有两次找油气理论的重大创新[1]。第一次创新是找常规圈闭“油气藏”，第二次创新是找非常规“甜点区”。从常规向非常规油气跨越的石油科技革命，即常规油气圈闭成藏理论、非常规油气连续型聚集理论，常规油气直井钻井技术、纳米与气驱提高油气采收率技术。理论技术推动石油工业不断向前发展，促使世界油气储量、产量保持平稳增长，2014年全球石油和天然气剩余探明可采储量分别为2 398×108t、187×1012m3，产量约73.5×108t油当量[2]。科技进步推动油气资源的发现与利用，满足了人类社会发展对油气的需求。

2 世界能源新版图

由于地壳形成与演化的差异性，故全球化石能源分布具有较强的地域性，勘探开发、生产消费具有极大的不均衡性。随着社会文明的不断进步，人类对可再生能源、水电、核电、生物质燃料等新能源的需求量日益增大。近年来，非常规油气迅猛发展，中国、印度等发展中国家能源需求量快速增长，分别从供、需两个层面对传统能源格局产生了重大影响，油气已形成四大常规、四大非常规版图，煤炭形成亚太、北美和欧洲三大版图，新能源发展已初步形成欧洲、北美和亚太三大版图。

2.1 化石能源版图

2.1.1 化石能源资源版图

全球化石能源主要包括石油、天然气和煤炭，随着理论认识的不断深入和勘探技术水平的大幅提升，重塑了全球化石能源资源的新版图。

非常规油气的发展重塑了传统油气资源版图。世界常规油、气可采资源量分别为4878×108t、471×1012m3，主要集中在中东、俄罗斯、北美和南美四大区域，资源量占比各为35%、14%、13%和9%[1，3]。2000年以来，随着认识程度和技术水平的提升，以北美为代表的非常规油气实现了规模发展，非常规油气资源潜力得以被重新认识，最新估算的全球非常规石油可采资源量为6 200×108t，与常规石油资源量大致相当；非常规天然气可采资源量约4 000×1012m3，大致是常规资源量的8倍，主要集中在北美、亚太、南美和俄罗斯四大非常规油气富集区，资源量占比分别为34%、23%、14%和13%[1，3]。

煤炭是世界上最为丰富的化石能源，资源总量超过100×1012t，主要分布于欧洲及欧亚大陆、亚太和北美等三个地区（图1）。截至2014年底，世界煤炭探明储量为8 915×108t（折合4 457.5×108t油当量）。其中，欧洲及欧亚大陆、亚太和北美煤炭储量占比分别为34.8%、32.3%和27.5%。美国的煤炭储量最为丰富，总量达2 373×108t；俄罗斯的煤炭储量仅次于美国，为1 570×108t；中国的煤炭储量位居世界第三，为1 145×108t[2]。

2.1.2 化石能源生产版图

技术进步带来的非常规油气革命正推动世界油气生产格局发生着深刻调整。过去10年，世界石油产量稳定增长，天然气产量较快增长。与2004年相比，2014年全球石油产量达到42.2×108t（表1），增长8.1%；天然气产量达到3.46×1012m3[2]，增长27.6%。中东、俄罗斯、南美三大常规油气产区产量保持稳中有升，石油产量分别增长11.7%、15.3% 和6.0%[4]，天然气产量则分别增长102.6%、0.9% 和29.9%[2，4]。2014年，中东、俄罗斯、南美三大常规油气产区的石油产量分别占世界石油总产量的31.7%、12.7%和9.3%，天然气产量分别占世界天然气总产量的17.3%、16.7%和5.0%。近10年，北美地区非常规油气勘探开发取得重大突破，致密油、油砂油等非常规石油快速发展推动北美石油产量增长31.0%，成为全球石油产量的主要增长点；页岩气、致密气等非常规天然气迅猛发展推动美国天然气产量增长38.4%，并带动全球掀起非常规油气发展热潮。全球正在形成以非常规油气为主的西半球、以常规油气为主的东半球两大生产版图。

图1 全球化石能源资源分布版图

表1 2014年世界能源生产量与消费量对比表 108 t油当量

受中国等新兴经济体煤炭产能扩张的影响，世界煤炭产量的不均衡性加大，亚太煤炭产量一枝独大的局面被加强。尽管北美和欧洲煤炭资源丰富但产量却呈下降趋势，亚太煤炭产量快速增长并成为生产主体，中国的煤炭产量已占到全球的半壁江山。2004年，全球煤炭总产量为55.9×108t（28.4×108t油当量）[4]，亚太、北美和欧洲三大产区占比分别为56.1%、21.5%和15.8%；2014年，全球煤炭总产量达81.65×108t （39.3×108t油当量）（表1）[2]，亚太、北美和欧洲三大产区占比分别为69.2%、14.0%和11.2%。与2004年相比，全球煤炭总产量增长了38.4%，中国是煤炭产量增长的主力，占全球产量增长量的67.0%。

2.1.3 化石能源消费版图

新兴经济体能源需求量的强劲增长和生态环境承载极限的日益临近，迫使人类在不同能源品种之间做出抉择。这种抉择直接而深刻地影响并重塑着世界化石能源消费的新版图。

全球能源消费与社会经济发展水平、资源获取难易程度有关。美国和欧洲等发达国家能源需求量保持稳定；亚太新兴经济体能源需求量快速增长，化石能源消费版图由北美、欧洲和亚太“三足鼎立”向东、西半球“两极化”发展。2004年全球化石能源消费量90.1×108t油当量[4]，北美、欧洲和亚太分别占27.1%、27.6%和33.0%。2014年，全球化石能源消费总量为111.6×108t油当量（表1），北美、欧洲和亚太分别占21.3%、20.1%和43.1%[2]。与2004年相比，全球化石能源消费量增长了23.8%。其中，北美和欧洲能源消费量分别增长-2.7%和-9.7%，呈现负增长态势。2004 — 2014年，亚太地区化石能源消费总量由29.7×108t油当量增加至48.2×108t油当量[2，4]，增长62.3%。其中，煤炭、石油和天然气消费量分别增长81.9%、29.5%和79.3%。

2.2 新能源版图

2.2.1 可再生能源

可再生能源发电已经成为主要的能源利用方式，引领可再生能源发展的未来。随着风能、太阳能等可再生能源开发利用科技水平的不断进步，初步形成了欧洲、亚太和北美三大新能源版图。2014年，全球风电装机容量为51.477 GW[5]、太阳能发电装机容量为177 GW[5]，可再生能源总发电量达到3.17×108t油当量[2]，其中欧洲、北美和亚太分别占39.3%、23.2%和29.7%。

生物质燃料生产具有极强的地域性且受甘蔗等农作物产量的影响，总体发展较为缓慢，初步形成以北美和中南美为主的两大产区。2004年，生物质燃料产量0.16×108t油当量[6]，其中北美和中南美分别占39.4%和44.5%；2014年，总产量增长至0.71×108t油当量[5]，其中北美、中南美、欧洲和亚太分别占44.1%、28.7%、16.3%和10.6%。

2.2.2 水电版图

世界水电技术趋于成熟，行业发展主要受水能资源分布条件的控制，总体形成亚太、欧洲、北美和中南美四大区。2014年全球水电总装机容量达1 036 GW，发电总量约 3 900 TWh（8.79×108t油当量）[2,7]。其中，亚太、欧洲、北美和中南美分别占38.9%、22.3%、17.5%和17.7%。美国和加拿大水电发展处于世界领先地位，水电装机容量分别为 79.6 GW 和77.6 GW（不含抽水蓄能）[7]。美国政府鼓励发展水电，2014 年颁布了两个法案，简化在现有水利基础设施上建设小型水电项目的审批流程，并且对在现有水利设施或拥有水电潜能场址建设的水电项目将许可豁免水电容量标准由5 MW 提高到10 MW。加拿大水电在其总发电量中占比达到63%，目前在建水电项目装机容量达4 000 MW。

2.2.3 核电版图

受日本福岛核事故的影响，世界核电发展总体趋于谨慎，以欧洲和北美两大区为主。2014年，全球并网发电的核电机组总装机容量为4 763 MWe[8]，总发电量降至5.74×108t油当量，其中欧洲和北美分别占46.3%和37.6%。2014年，全球在建机组总计为70台，总装机容量约为74 GWe[8-9]。2014年全球新增并网运行动力堆4座，其中中国3座，分别为方家山1号机组（PWR，1 000 MW）、福清1号机组(PWR，1 000 MW)与宁德2号机组（PWR，1 018 MW），另外1座为阿根廷的ATUCHA-2机组（PHWR，692 MW）。

3 中国能源新版图

中国作为世界上最大的发展中国家，社会经济经过多年的快速发展，发生了翻天覆地的变化。我国煤炭资源较为丰富、油气资源相对不足的实情，决定了能源生产和消费具有我们自身的特点。2004 —2014年，我国国民生产总值增长298%，达到63.6万亿元[10]；能源消费量由21.3×108t标准煤增长至42.6×108t标准煤[10]，增长1倍；能源资源产量由19.7×108t标准煤增长至34×108t标准煤（29.7×108t油当量）[2，10]，增长72.6%。

3.1 中国化石能源版图

我国化石能源产业稳步发展，煤炭在化石能源中占有主体地位，石油产量趋于稳定，天然气产量快速增长。2014年，我国化石能源总产量达到21.77×108t油当量[2，10]，其中，煤炭、石油和天然气分别占84.7%、9.7%和5.6%。

3.1.1 中国化石能源资源版图

我国化石能源较为丰富，总体上煤炭资源相对丰富，油气资源相对缺乏。我国煤炭资源总量约5.0×1012t，总格局是西多东少、北富南贫。山西、内蒙古、陕西、新疆、贵州、宁夏等6省区的煤炭资源总量达4.19×1012t，占全国煤炭资源总量的84%。我国油气可采资源总量约1 370×108t油当量[1，3]，油气探明和采出程度相对较低。常规石油可采资源量为212×108t、非常规石油可采资源量约为200×108t[3]，二者大致相当；常规天然气可采资源量为20×1012m3、非常规天然气可采资源量为80×1012～120×1012m3[3]，非常规天然气可采资源量是常规的5倍左右。随着理论认识和工程技术创新发展，油气资源潜力还有进一步增长的空间。

3.1.2 中国化石能源生产版图

我国化石能源产量稳步增长，煤炭产能过剩、石油产量趋稳、天然气产量快增。2014年，煤炭行业总产能为43.7×108t、产量为38.7×108t (18.45×108t油当量)[2]，形成山西、陕西、宁夏、河南、内蒙古、新疆等煤炭主产区。经过60余年的发展，我国初步形成了渤海湾盆地、松辽盆地、鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地、塔里木盆地、珠江口盆地6个年产量超过1 000×104t的石油生产基地，以及鄂尔多斯盆地、塔里木盆地、四川盆地3个年产量超过100×108m3的天然气生产基地。石油产量于2010年突破2×108t，2014年达到2.11×108t；天然气产量于2006年突破500×108m3、2011年突破1 000×108m3，2014年达到1 306.8×108m3。

3.1.3 中国化石能源消费版图

长期以来，我国能源消费结构中煤炭比重过高，石油、天然气消费比重偏低。2014年我国一次能源消费结构中，煤炭占66.2%、石油占18.4%、天然气占5.6%[2，10]，油气合计仅为24%，与全球平均56%的占比相差甚远[2]。近期生态环境持续恶化，已迫切需要加快我国一次能源消费结构调整，在加强煤炭高效清洁化利用的同时，还要大幅提升天然气等清洁能源的消费比重。

3.2 中国新能源版图

近年来，我国新能源产业发展势头迅猛，在一次能源结构中的比例不断扩大，成为能源的重要组成部分。2014年，我国可再生能源、核电、水电总产量达到3.22×108t油当量[2，10]，在一次能源消费结构中占比10.9%。其中，可再生能源、核电和水电分别占新能源总产量的16.5%、8.9%和76.6%[2]。

3.2.1 可再生能源版图

我国幅员辽阔，可再生能源开发利用具有先天优势，走在了世界前列，风电、太阳能等可再生能源装机容量均排名世界第一。2014年，我国风电新增装机容量2 335.1×104kW[5]，并网太阳能装机量达26.52 GW（据国家能源局，2015），比上一年分别增长25.5%和67%，发电量分别为1 563×108kWh 和231×108kWh[5-6]；我国可再生能源发电总量达到0.51×108t油当量，在一次能源消费结构中占比1.8%。受原料供应影响，我国生物质燃料产量尚处于较为缓慢的发展状态，2014年产量208×104t，比上一年增长3.3%。

3.2.2 水电版图

我国水电资源丰富，水电开发步伐加快。2014年，全国水电总装机容量达282 GW，水电发电量10 661×108kWh（2.41×108t油当量）[7]，同比增长19.7%，占全国发电总量的19.2%。2014年，全国新增水电装机容量 21 250 MW[7]，其中四川和云南水电新增容量约占80%。水电和可再生能源互补发电是未来发展的新方向，2014年世界最大的水光互补电站——龙羊峡电站并网发电，该水电站完美整合了一个320 MW的光伏电站。

3.2.3 核电版图

我国核电总量规模较小，近年核电建设步伐加快，在建核电规模居世界第一位。2014年，全国核电装机容量为20 290 MW[2，8]，发电总量达到1 262×108kWh （0.29×108t油当量）[2，8]，比2004年增加1.6倍。目前，我国在建核电机组26台，装机容量28 500 MW。2015年2月，方家山2号、阳江2号、宁德3号、红沿河3号机组先后并网发电，投入运行的核电机组达23台，总装机容量达21 386 MW。

4 世界及中国能源发展预判

按照能源发展的基本规律，世界能源正处于油气向新能源的转换期，正在迈入石油、天然气、煤炭和新能源“四分天下”的新时代，初步预判石油发展已迈入“稳定期”、天然气发展将步入“鼎盛期”、煤炭发展将进入“转型期”、新能源发展将渐入“黄金期”。我国能源资源生产和消费的独有特点，决定了能源发展“需立足国内、多管齐下”的思路，以解决能源发展中的安全和环保等问题。

4.1 石油发展迈入“稳定期”

4.1.1 世界石油产量峰值出现在2040年前后

由于理论、技术和方法的不断创新，1956年哈伯特提出的石油产量“峰值理论”已被颠覆，世界石油产量高峰值不断攀升，高峰出现时间不断后延，很可能会延至21世纪中叶，世界石油工业生命周期也可能会超过300年。1986年以来，世界石油产量总体呈现稳步增长态势，综合多因素判断石油产量峰值应出现在2040年前后，峰值产量约45×108t（图2）。

图2 全球油气产量增长趋势预测图

随着石油工业的发展，世界常规石油勘探向深水、深层和北极拓展。2000年至2012年期间，全球新增探明原油储量698×108t[3]。其中，深水新增储量占28%，主要分布在巴西、澳大利亚、西非、墨西哥湾四大深水区；深层新增储量占16%，主要分布在中东、中亚地区；北极已发现油气田423个，探明储量380×108t油当量，待发现储量564×108t油当量[3]。与此同时，理念的创新和技术的突破，推动着石油工业从常规向非常规跨越。以美国为例，借鉴页岩气理论技术与发展经验，致密油也实现了大规模开发利用，2014年致密油产量为2.09×108t，占其石油总产量的36%，助推美国石油对外依存度由2005年的60%降低至2014年的26%，并有望依靠美洲实现自给自足[11]。据国际能源署（EIA）2013年的预测，全球42个国家致密油技术可采资源量达449×108t，非常规油气有望成为未来石油开发的全新领域。

总体来看，全球石油储量较为充足，储采比一直保持在50以上，特别是中南美、中东地区储采比分别高达120、78，发展潜力还很大。全球石油产量持续保持稳定增长，近10年平均增长率为8.1%，已迈入发展的“稳定期”（图3）。

图3 全球能源消费量发展趋势及预测图

4.1.2 我国石油需保障2×108t的生产“底线”

与传统资源国相比，我国石油生产成本较高。全球油气供给格局正处于转变期，原油价格低位运行对国内原油生产造成了强大冲击。但2014年我国石油对外依存度已达到59%，若大幅减产将显著提高石油对外依存度，增加国家石油安全风险。因此，国内石油生产要综合考虑多方面的因素，从国家石油安全大局出发，需保持年产2×108t的生产“底线”。

非常规油资源开发将在我国石油产量中扮演重要角色，致密油是未来发展的主要方向。致密油勘探开发在重点盆地已取得重要突破，形成3个10×108t级、6个1×108t级致密油区，并已在鄂尔多斯、松辽、准噶尔等盆地建立了8个致密油开发先导试验区，建成年产能超过100×104t。初步预测，到21世纪中叶以致密油为代表的非常规油产量将占到我国石油总产量的1/4左右。

4.2 天然气发展步入“鼎盛期”

4.2.1 世界天然气产量峰值出现在2060年前后

作为最清洁的化石能源，天然气已步入快速发展阶段，是化石能源向新能源过渡的桥梁，将在全球未来能源可持续发展中发挥支柱作用。天然气是非常现实的价格低廉、清洁环保的“三A能源”（Available可获取的、Affordable可承受的、Acceptable可接受的）。在过去50年时间里，其在全球一次能源消费结构中占比从15.6%跃升至23.7%，是全球能源结构中增长最快的化石能源。据美国地质调查局（USGS）、EIA、国际能源署（IEA）、CEDIGAZ（独立天然气信息研究机构）等多家研究机构分析，全球常规天然气与致密气、页岩气、煤层气三类非常规天然气剩余可采资源量超过800×1012m3，按当前的生产规模测算，还可供开采约250年。

非常规天然气的突破与发展有望大幅提高世界天然气产量规模，延长天然气工业生命周期。自20世纪70年代以来，美国致密砂岩气、煤层气和页岩气快速发展，有效弥补了常规天然气的产量递减，特别是近期页岩气迅猛发展，更是助推美国天然气产量创历史新高，再次成为全球第一大产气国，并有望于2017年实现天然气净出口，正在改变着全球能源供给格局。

从总体上看，天然气有巨量的资源量和储量，将在能源结构中扮演更加重要的角色，是最现实、可获取的清洁能源，足以保障全球长时间的市场需求；全球天然气储量充足，截至2014年底储采比为54.1。天然气储量、产量快速增长，将步入“鼎盛期”（图3）。跨国输气管网和LNG相关设施趋于完备，解决了天然气长距运输的问题，天然气产量具备快速增长的基础。预计全球天然气产量峰值将出现在2060年前后，高峰产量约4.5×1012m3（40.5×108t油当量）（图2）。

4.2.2 我国需加快非常规天然气开发利用

我国天然气工业刚进入快速发展期，就出现了严重的供需缺口，加快致密气和页岩气等非常规气开发利用成为必然的选择。据国家能源局估算，2020年全国天然气需求量为3 700×108m3，为控制对外依存度过高，届时国内需生产2 300×108m3天然气。为完成2020年天然气生产目标，在常规天然气方面需以四川盆地、鄂尔多斯盆地、塔里木盆地和南海海域为重点，加强西部低品位、东部深层、海域深水三大领域科技攻关，加大勘探开发力度，力争获得大突破、大发现，努力建设8个年产量100×108m3级以上的大型天然气生产基地，实现2020年常规天然气（含致密气）产量达到1 850×108m3左右的目标。

加强对非常规气勘探开发的扶持力度，提升油气企业对致密气、页岩气等非常规天然气开发的积极性。积极推进低品位致密气开发财政补贴政策的实施。加强页岩气甜点区评价技术、3 500 m以深页岩气钻完井及增产改造技术、页岩气“工厂化”开发优化技术等攻关研究，以关键工程技术瓶颈的突破来带动并最终实现页岩气产量的快速增长。

4.3 煤炭发展进入“转型期”

4.3.1 煤炭利用向清洁化发展

煤炭在世界一次能源消费结构中的比例将进一步缩小，煤炭利用趋于清洁化。2014年，世界煤炭产量为81.65×108t[2]，比上年下降0.7%；全球煤炭消费量增长0.4%，低于过去10年2.9%的平均水平，煤炭在全球一次能源消费中的占比跌至30.0%。世界三大产煤区中的北美、欧洲及欧亚大陆煤炭产量及消费量均呈下降趋势[12]。

煤炭作为最廉价的化石能源，将在世界能源结构中继续发挥重要作用。而随着人类生态环境保护需求的增加，煤炭利用将向高效清洁的方向转型（图3）。发电是世界煤炭利用的主要方向，全球超过一半的煤炭资源都被用于发电，煤炭高效清洁发电是煤炭资源利用的主要方向。目前，通过大容量高参数燃煤发电、大型循环流化床发电、整体煤气化联合循环发电等技术，可使煤炭发电机组的热效率提升到50%左右。

4.3.2 煤炭的高效清洁化利用是解决我国环境问题的关键

我国以煤炭为主体的一次能源消费结构在短期内不会产生根本性变化，需立足国情，减少散煤直接燃烧、加强煤炭高效清洁利用是解决我国能源环境问题的关键。随着工业化步伐的推进和人民生活水平的日益提高，电力需求量增速加快，受能源资源结构和分布制约，煤炭成为我国电力行业的主要能源。2013年，全国发电和供热耗煤量达到20.6×108t，占煤炭消费总量的55.7%。以煤炭为主体的一次能源消费结构较长时间内不会得到根本性改变，电力是煤炭资源消费的主体，煤炭高效清洁发电是实现煤炭低碳化利用的关键。为实现煤炭低碳清洁利用，需因地制宜、因厂制宜开展现役机组的升级改造，解决由于服役时间长、机组老化、设计和制造技术落后等因素造成的能耗高、污染物排放量超标等问题。

煤炭作为终端能源直接使用，能源利用效率低、环境污染问题严重。煤炭燃烧产生的二氧化硫、氮氧化物、细颗粒物排放量分别占全国总量的80%、60%、70%，每1 kg煤炭直接燃烧产生的二氧化硫、烟尘排放量为其发电的4倍、8倍，其中以散煤直接燃烧污染最为严重。以2013年为例，我国散煤直接燃烧消费量约9×108t，占煤炭消费总量的24%，产生的二氧化硫与20×108t电煤燃烧大致相当，细颗粒物排放量则接近电煤的3倍。减少煤炭直接低效燃烧的对策包括：①加快淘汰国内小型钢铁、水泥等行业的落后产能，实现产业升级；②加快推进我国城镇化步伐，实现城乡集中供暖、供气，积极发展小型可再生能源网络，以实现我国广大城乡的绿色发展。

4.4 新能源发展渐入“黄金期”

4.4.1“新能源革命”到来的速度可能会超过预期

发展新能源是实现低碳发展的关键，新能源开发利用步伐加快，已经成为全球能源增长的新动力。据IEA的统计，2014年全球核能、水电、可再生能源等新能源在一次能源消费结构中占比为14.33%。随着技术进步，新能源开发利用成本不断下降，与化石能源相比已经具有较强的竞争力。据Bloomberg新能源财经（BNEF）的数据，2015年第二季度世界陆上风电成本为0.083美元/kWh，太阳能光伏发电成本为0.122美元/kWh，煤炭发电成本为0.066～0.105美元/kWh。可再生能源（含水电）已成为全球新能源发展的主力，并加速发展。2013年可再生能源发电量已超过天然气，成为全球电力的第二大来源，发电量占总电力的 22%，达到 5 130 TWh。2014年贡献了全球58.5%的发电能力增长，在全球电力装机容量中占比达到27.7%，发电量占22.8%，新能源发展渐入“黄金期”（图3）。

加强新能源科技攻关已成共识，“新能源革命”到来的速度有可能会超过预期，特别是新能源发电成本降低和电池储能技术的突破将强力推动“新能源时代”的来临。《Science》在创刊125周年之际，公布了125个最具挑战性的科学问题，其中石油的替代、核聚变等能源问题位列其中。2015年麦肯锡提出展望2025：决定未来经济的12大颠覆技术，可再生能源和储能技术是两项重要的颠覆性技术。2015年12 月12日，第21届联合国气候变化大会通过了《巴黎协定》，全球平均气温较工业化前水平升高控制在2 ℃之内，21世纪下半叶实现温室气体净零排放，实现该目标对新能源发展提出了更高的要求。基于人工智能的网络大数据体系，将在能源结构优化配置中发挥重要作用。通过发展分布式电网结构，促进互联网＋能源网络的智能能源网络体系建设，将从根本上解决现有电网对可再生能源发电的消纳，进一步提升可再生能源的开发利用效率，最终使人类摆脱对化石能源的依赖。

纳米技术的发展使人类对材料的认识进入了全新领域，纳米超材料的应用将推动新能源技术加快发展。石墨烯的优异性能使其必将成为人类能源发展史上继石油之后的第二个“黑金”。初步预测，到2030年纳米材料技术进步可使太阳能发电成本再降低40%，使其成为一种廉价能源。此外，纳米技术发展加快了电池储能技术突破。目前，美国特斯拉电动车采用锂离子电池已可提供400 km的续航能力；我国的比亚迪公司实现了新能源汽车400 km续航能力的突破。在巴黎气候会议上，德国提出了到2050年将全面禁止汽油和柴油汽车的发展目标。近期基于石墨烯等超材料电池技术的研究也取得了重要进展，若适用于大规模量产的快充电、高续航、高耐用电池技术实现突破，新能源时代将加快到来。

4.4.2 我国需充分做好“新能源时代”来临的准备

加大可再生能源和水电等新能源资源的开发，是实现能源低碳发展的关键。按照《联合国气候变化框架公约》，我国政府承诺2016—2020年将二氧化碳排放量控制在100×108t /a以下，到2030年非化石能源占一次能源消费比例将提高到20%，二氧化碳排放量将达到峰值。2014年我国非化石能源在一次能源消费结构中的比例仅为10.9%，2030年要实现20%的目标既存在挑战，又具有良好的发展空间。

我国可再生能源开发潜力很大。预计到2020年，全国风力发电量将达4 500×108kWh，占总发电量的5.3%，2030年有望超过10%；全国太阳能发电装机容量将超过1×108kW，2030年有望超过美国；全国水电装机容量将达到3.6×108kW，2030年达到4.5×108～5.0×108kW。可再生能源发电装机容量快速增长与电网容纳能力不足的矛盾是限制发展的瓶颈问题。通过优化调整电网结构，发展蓄能和多能源电网技术组合，可提升电网中可再生能源的消纳比例。电力的存储技术是决定新能源能否对传统化石能源实现革命性替代的关键。

我国核电发展需在安全的基础上，采用先进成熟的技术，着眼未来适度有序发展。目前，全国在建的核电机组共计26台，预计2020年核电装机容量达5 800×104kW。总之，核电发展应始终将安全放在首位，综合考虑地理位置、能源需求、技术水平等多方面的因素，在国家能源总体战略框架内实现健康有序发展。

5 结论与讨论

人类利用能源已经或者即将经历木柴向煤炭、煤炭向油气、油气向新能源的三次重大转换，社会文明进步和科技水平发展驱动非常规油气资源有效开发、新能源消费比例逐步加大，世界能源正在迈入石油、天然气、煤炭和新能源的“四分天下”时代。世界化石能源资源量总体比较充足，关键技术突破和生态环境保护需求的加大促进从化石能源向新能源的转换。初步预判，石油已迈入“稳定期”，产量高峰将出现在2040年前后；天然气步入“鼎盛期”，产量峰值将出现在2060年前后，将在未来能源可持续发展中发挥支柱作用；煤炭发展进入高碳向低碳的“转型期”，直接利用的比例将大幅降低，污染物及其排放量也将大幅降低，2050年在一次能源结构中的比例将降至25%；新能源的开发利用渐入“黄金期”，新能源科技迅猛发展强力推动“新能源时代”的加快到来，“新能源革命”到来的速度可能会超过预期。

我国能源生产和消费具有自身特点，能源发展需从实际国情出发，加强煤炭资源高效清洁利用是解决我国能源环境问题的关键；石油需确保低油价下国内产量2×108t的生产“底线”，以保障国家能源安全；加快致密气和页岩气等非常规资源开发的步伐，实现2030年天然气产量超过3 000×108m3的目标，其中非常规气将占到60%左右；加强新能源资源的开发利用，2030年实现非化石能源在一次能源消费机构中占比20%的目标。电池储能科技发展前景看好，一旦实现适用于大规模量产的快充电、高续航、高耐用型电池技术突破，新能源时代将加快到来，应从战略上及早做好“新能源时代”来临的准备。

此外，受到科技创新步伐、政治格局、经济发速度与油气价格波动等的影响，能源革命的进程还存在诸多不确定因素，油气、煤炭等峰值预测可能还有所变化。

参 考 文 献

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Zou Caineng1,2, Zhao Qun2, Zhang Guosheng2, Xiong Bo2
(1. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083, China; 2. Langfang Branch of PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Langfang, Hebei 065007, China)
NATUR．GAS IND．VOLUME 36，ISSUE 1，pp.1-10， 1/25/2016．(ISSN 1000-0976；In Chinese)

Abstract:This paper aims to predict the future situation of global energy development. In view of this, we reviewed the history of energy use and understood that new energy sources will usher in a new era following oil & gas, coal and wood one after another in the past time. Although the fossil energy sources are still plenty in the world, great breakthroughs made in some key technologies and the increasing demand for ecological environmental protection both impel the third time of transformation from oil & gas to new energy sources. Sooner or later, oil, gas, coal and new energy sources will each account for a quarter of global energy consumption in the new era, specifically speaking, accounting for 32.6%, 23.7%, 30.0% and 13.7% respectively. As one of the largest coal consumer, China will inevitably face up to the situation of tripartite confrontation of the coal, oil & gas and new energy. The following forecasting results were achieved. First, the oil will be in a stable period and its annual production peak will be around 2040, reaching up to 45×108t. Second, the natural gas will enter the heyday period and its annual production peak will be around 2060, reaching up to 4.5×1012m3, which will play a pivotal role in the future energy sustainable development. Third, the coal has entered a high-carbon to low-carbon transition period, and its direct use and the discharged pollutants will be significantly reduced. In 2050, the coal will be dropped to 25% of the primary energy mix. Last, the development and utilization of new energy sources has been getting into the golden age and its proportion in the primary energy mix will be substantially enhanced. On this basis, we presented some proposals for the future energy development in China. At first, we should understand well that China’s energy production and consumption has its own characteristics. Under the present situation, we should strengthen the clean and efficient use of coal resources, which is the key to solving our energy and environmental issues. Then, under the low oil price circumstance, we should keep 200 million tons of annual oil production as “the bottom line” so as to ensure national energy security and to accelerate tight gas, shale gas and other unconventional resources development. In 2030, the annual natural gas production will reach up to more than 300 Bcm. Finally, the development and utilization of new energy resources should be further strengthen and nonfossil energy sources will be expected to reach as high as 20% of the primary energy consumption by 2030.

Keywords:Energy revolution; Fossil energy; New energy; Oil & Gas; Coal; Renewable energy; Unconventional oil & gas; Shale gas; Tight oil; Nanotechnology; Graphene; Internet Plus

(收稿日期2015-12-04 编辑 居维清)

作者简介：邹才能，1963年生，教授级高级工程师，博士生导师，李四光地质科学奖获得者，本刊第七届编委会委员、《Natural Gas Industry B》编委会委员；现任中国石油勘探开发研究院副院长兼中国石油勘探开发研究院廊坊分院院长；主要从事非常规油气地质学、常规岩性—地层油气藏与大油气区等地质理论技术研究及勘探生产实践等工作。地址：（100083）北京市海淀区学院路20号院办。ORCID:0000-0001-5912-1729。E-mail:zcn@petrochina.com.cn

基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）项目（编号：2014CB239000）。

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2016.01.001

Energy revolution: From a fossil energy era to a new energy era