碳中和目标下中国能源转型和能源安全的现状、挑战与对策

侯梅芳

中国石油勘探开发研究院，北京 海淀100083

引言

能源是国家国民经济和社会发展的命脉，是人类社会发展和稳定的基石。迄今为止，人类社会已经历过两次重要的能源转型，当前，以碳中和目标为导向、旨在实现人类社会可持续发展的第三次能源转型，正在全球范围内加速推进[1]。

然而，2021 年以来持续发酵的欧洲乃至全球大范围的能源危机，给能源转型发展拉响了警报。此次能源危机愈发凸显能源转型的必要性和紧迫性，更加说明向以可再生能源为主的能源转型，是解决传统化石能源供给安全问题的根本途径，同时，也警示人们要高度重视转型过程中的能源安全问题。

在中国，能源安全已经和粮食安全、产业链供应链安全并重，成为保障中国经济可持续发展、社会和谐稳定和国家长治久安的“三大安全底线”[2]。当前，中国能源发展面临复杂形势和严峻挑战，既要加快推进能源低碳转型实现碳中和目标，又要牢牢守住能源安全的底线，如何统筹好能源转型和能源安全，是新形势下中国能源高质量可持续发展面临的重大问题。

1 三次能源转型的动因与特征分析

在人类历史进程中，能源支撑着人类社会文明进步，人类也在不断推动能源发展，人类文明发展进程也是一部能源发展史。目前，人类已经完成了从木柴到煤炭、从煤炭到石油的两次能源转换，正处在第三次能源转换新阶段。

第一次能源转型完成的标志是煤炭取代木柴成为主体能源。18 世纪以前，人类对能源的使用，还只限于风力、水力、畜力及木柴等天然能源，特别是木柴在很长时期内占据一次能源的主体地位。到18 世纪末，第一次工业革命掀起各领域的技术革新，并催生一批新兴产业，工业革命触发能源革命，能源革命又促进工业革命的成功。以蒸汽机的发明为核心特征的第一次工业革命，产生大规模的煤炭使用需求，促使煤炭替代木柴成为主体能源，并在人类历史上持续长达百余年。

第二次能源转型完成的标志是石油取代煤炭成为主体能源。19 世纪后期，以内燃机的发明为主要特征的第二次工业革命爆发，以往蒸汽机直接燃烧煤炭，而内燃机需要使用原油炼制而成的成品油，因此，内燃机的发明使用极大推动了石油化工产业的发展，能源产业从以煤炭挖掘开采、石油勘探开发为主的第一次产业，延伸到以石油炼制、发电为主的第二产业，能源也自此有了一次能源和二次能源之分。第二次能源转型实现了一次能源由以煤炭为主转向以石油为主，人们的生产生活开始更多地使用二次能源。

第三次能源转型的标志是主体能源由传统化石能源转向可再生能源。自19 世纪初开始使用煤炭算起，人类大规模使用化石能源已有两百多年历史。化石能源的利用，大幅提高了生产效率，人类社会逐步由农耕文明进入工业文明，但化石能源开发利用所造成的环境污染和气候变化也日益严峻。除了化石能源开采过程对环境造成的影响外，大规模使用化石能源也导致大气中二氧化碳浓度急剧上升。进入工业化时代以后，大气中的二氧化碳浓度已达到近百万年来最高水平[1]。联合国政府间气候变化专门委员会多次发布报告，基本确认人类大量排放温室气体是造成全球气候变暖的主要因素，而这种气候变化将对人类生活和生态环境造成严重、广泛且不可逆转的影响[3]。人类社会逐步认识到减少化石能源使用对生态环境保护、温室气体减排的重要性和紧迫性。另外，自19 世纪两次石油禁运危机开始，世界各国逐渐认识到能源安全的极端重要性，经济社会发展和国防建设对石油的高度依赖以及石油资源的区域不均衡性，使得石油不再是纯粹的生产要素，而是各国竞相争夺的战略物资和国家间博弈的武器，化石能源的紧缺促使各国开始发展属地特征更明显、自主可控性更强的可再生能源，以降低对化石能源的依赖，提升本国能源安全水平。因此，在应对气候变化、实现可持续发展和解决能源安全问题等多重动因之下，世界能源开始步入从传统化石能源转向可再生能源的第三次能源转型。

前两次能源转型均契合传统的经济发展规律，与工业革命相伴而生，能源作为普通生产要素，主要用于解决经济社会发展所需的燃料和动力问题，在促进经济社会发展的过程中，能源结构逐渐产生自发性变革，主体能源的更替也经历了漫长的发展和深化。正在进行中的第三次能源转型与前两次的起因则不尽相同，主要是因为人们担忧能源和环境问题对经济社会可持续发展的制约，旨在寻求人与自然和谐相处、人类社会永续发展。第三次能源转型的核心动因包括应对气候变化和保障能源安全，其驱动因素也并非单一的技术进步，还包括人类社会可持续发展的战略选择和政策措施[4]，需要多维因素驱动、多端共同发力来推动此次能源转型。

2 碳中和目标下中国能源转型面临的安全风险

第三次能源转型的核心动因包括气候变化和能源安全。对中国来说，长远来看，这两个核心动因是高度契合的，转型的最终成果是形成以可再生能源为主的能源系统，可再生能源的零排放特点符合减排需求，其属地性和易获取性也能满足能源安全的需求。短期来看，应对气候变化要求减少化石能源的开发使用，而实现能源安全又需要增加国内油气生产供应、降低对外依存度，因此，需要做好传统化石能源有序退出和兜底保障能源安全的统筹平衡。在以碳中和为导向的能源转型新形势下，中国能源安全所面临的形势更加复杂、所关注的维度更加多元，需要重新认识转型过程中的能源安全风险。

2.1 能源消费总量、碳排放量偏大，碳减排要求下能源保供难度大

随着经济社会快速发展和人民生活水平显著提高，中国一次能源消费量连续多年保持快速增长。中国在2009 年超越美国成为全球第一大能源消费国，2021 年中国一次能源消费总量达38.0×108t，占全球总量的26.5%，二氧化碳排放量达105×108t，占全球总量的31.0%，消费总量和碳排放总量均远高于世界其他主要经济体（表1）。

表1 2021 年世界主要国家能源消费和二氧化碳排放统计[5]Tab.1 Energy consumption and carbon dioxide emission of major countries in 2021

近年来，气候变化引起的极端天气频发，如2022年夏天高温盛行，包括中国南方在内的北半球多个国家和地区都遭遇了长时间的极端高温天气。极端天气已成为当今人类面临的严重威胁[6]，对能源系统的冲击也十分强烈，叠加地缘政治冲突、后疫情时代经济复苏等影响，全球范围频频出现能源供应紧张现象。与此同时，中国工业化城镇化持续推进，人民对美好生活的需要日益增长，中国能源消费需求还处于增长期并在一定时期内保持较大增速。

在能源消费需求持续增长的背景下，碳中和目标的提出又要求中国必须加快能源低碳转型，降低能源消费和碳排放总量。实现碳中和目标时间短、任务重，碳减排要求与能源保供之间的冲突，必将带来不小的能源安全风险，必须引起高度重视。

2.2 能源消费结构偏煤，加快能源转型趋势下保障能源安全难度大

长期以来，中国一次能源消费结构以化石能源为主，尤其高度依赖煤炭。目前，全球范围内只有中国和印度两个国家的煤炭消费占比长期超过50%。2021 年，传统化石能源（石油、天然气及煤炭等）占中国一次能源消费比重高达83%，煤炭占比高达55%（图1）。虽然近年来煤炭占比有所下降，但下降趋势十分缓慢[5]。煤炭占比偏重的能源消费状况，已经造成巨大的生态环境危害，严重制约中国经济社会可持续发展。

图1 2021 年世界主要国家化石能源消费占比Fig.1 Share of fossil energy consumption of major countries in 2021

碳中和目标的提出，要求中国加快优化能源结构，需要以更大力度、更快速度推动可再生能源替代煤炭等传统化石能源。考虑到中国长期高度依赖煤炭的实情，在能源结构调整的过程中，传统化石能源的退出，特别是激进的减碳方式，可能会直接影响能源供应安全形势。2021 年，受到政策影响和投资限制，中国一些地区大幅压减煤炭产能，造成煤炭短缺、煤价高企，部分地区甚至出现拉闸限电[7]。这种急功近利的“一刀切”运动式减碳，会对经济社会造成严重破坏，要高度警惕减碳过程中的能源安全隐患。

2.3 国内油气产量偏少，能源独立背景下保供难度大

全球能源转型正加速推进，可再生能源发展势头正劲，但至今还没有任何一种能源能够真正替代石油和天然气的战略地位。2021 年，石油、天然气在世界一次能源消费中占比分别达31%、24%[5]。在碳中和目标约束下，石油和天然气的消费需求会有所下降，但即使到2060 年，油气也仍然是不可替代的战略资源。石油作为化工原料的功能日益凸显，天然气在转型期将发挥“桥梁”作用、未来有望成为与可再生能源融合发展的最佳“伙伴”[8]，这些都决定了未来中国不小的油气基本需求面。

能源独立，就是利用国内的能源资源，满足国内必需的能源消费。然而，中国石油、天然气资源相对匮乏，长期以来都高度依赖进口（表2）。据《中国矿产资源报告2022》数据，截至2021 年底，中国石油、天然气的剩余技术可采储量分别为36.89×108t 和6.34×1012m3，仅占全球总量的2%和1%，人均占有量仅为世界平均水平的17%及7%。2021 年，中国石油、天然气产量分别为2×108t 和2 092×108m3，据此测算，中国石油、天然气产量储采比分别为18 年及30 年。国内油气储产量难以支撑中国日益增长的消费需求，在加快能源转型和能源独立的双重背景下，国内油气产量偏少依然是能源安全的关键核心风险。

表2 2011—2021 年中国石油与天然气产量、消费量和对外依存度[5]Tab.2 China′s production,consumption and external dependence of oil and natural gas from 2011 to 2021

2.4 油气对外依存度偏高，海外油气供应安全风险居高不下

当今世界正值百年未有之大变局，国际形势风云变幻，政治经济格局深度调整。2021 年以来的欧洲能源危机，其原因除了俄乌地缘冲突以外，还包括极端天气影响、碳价影响气价及经济刺激政策促使能源需求反弹等等。由此可见，当前国际油气贸易所面临的风险特别是非传统风险日益复杂。石油和天然气是综合属性最强的大宗商品，海外油气资源能否“买得到、买得起、运得回”的问题更加严峻。

长期以来，中国高度依赖海外进口油气，2021年中国原油和天然气对外依存度分别高达73%和45%（表2）。中国进口油气主要来源于中东、中亚俄罗斯和非洲地区，超过80%的进口原油都要通过咽喉要道—马六甲海峡。未来中东各国政治局势扑朔迷离，美国及其盟友对华态度日益敌对，俄乌冲突愈演愈烈，中国海外油气供应的地缘政治风险和运输通道风险有所上升。

国际能源市场的金融风险也不容忽视，全球通胀持续加剧，国际油价大幅波动，都给中国国际油气贸易带来更大负担。中国虽是全球最大的油气进口国，却没有与之匹配的定价权和话语权，也没有具有国际影响力的交易中心，抵御能源市场风险的能力严重不足。

2.5 可再生能源竞争力偏弱，大规模发展面临挑战

在人类社会已完成的两次能源转型中，主体能源更替主要源于技术驱动和市场竞争，最终竞争力更强的能源取代原有能源。能源低碳化、清洁化是第三次能源转型的大趋势，然而，目前可再生能源在能源市场中尚处于劣势，其竞争力、经济性与能源转型的紧迫性之间还存在很大反差[4]。

可再生能源特别是风能、太阳能主要依靠空气流动、太阳热辐射等天气要素，虽然是零碳排放、零污染，但是易受天气影响的不稳定性也是其明显的短板。比如，2021 年欧洲经历长时间的高温热浪和无风天气，大范围静风环境导致风力发电几乎停摆。另外，极端天气情况下能源系统还需要强大的储能和调配基础设施支撑。2021 年初美国得克萨斯州发生大停电，部分原因就是可再生能源高比例接入电网（该州风电、太阳能发电机组占总装机容量的50%以上），寒潮之下很多风电、太阳能发电机组不能正常运行，此次电网瘫痪充分暴露了可再生能源发电的脆弱性和局限性。

可再生能源在中国能源消费结构中的占比正逐年上升，但是，当前能源系统的调节能力还不能完全平衡可再生能源发电的间歇性波动性，储能基础设施还不能支撑可再生能源规模化发展，可再生能源供应地与需求地距离甚远等问题都很突出。由化石能源为主转向以可再生能源为主的过程中，随着越来越高比例的可再生能源发电并网，能源系统能否安全稳定运行成为重大考验。

3 碳中和目标下中国能源转型与能源安全的对策建议

新形势下统筹兼顾能源转型发展与能源安全底线，推动发展和安全协调并进，是中国能源高质量发展的时代要求。笔者在分析三次能源转型特别是第三次转型的动因与特征、碳中和目标下中国能源转型面临的风险之后，研究提出以下举措建议。

3.1 加快构建新型能源体系

党的二十大报告指出，要深入推进能源革命，加快规划建设新型能源体系。基于中国资源禀赋，坚持先立后破，从化石能源清洁化、可再生能源规模化、综合能源智慧化等方面多管齐下，加快建成清洁低碳、安全高效的新型能源体系。

3.1.1 化石能源清洁化

中国是全球第一大能源生产国，能源自给率长期保持在80%以上，而传统化石能源特别是煤炭在其中发挥了绝对主力作用（图2）。化石能源在未来很长一段时间内，仍然是主体能源，在总量控制、有序退出的同时，推动化石能源的清洁高效利用，是转型的重中之重。

图2 2011—2021 年中国化石能源消费占比Fig.2 Share of fossil energy consumption in China from 2011 to 2021

中国煤炭资源相对丰富，且长期以来高度依赖煤炭。2021 年中国煤电装机约占装机总量的50%，发电量约占全国总量的60%。煤炭是国内储产量占优、自主可控的主体能源，必须高度重视其兜底保障国家能源安全的重要战略地位。碳中和目标下的能源转型，要实现煤炭利用破立结合[9]，坚持先立后破，杜绝“一刀切”“齐步走”的运动式减碳，煤炭等传统能源的退出必须建立在可再生能源安全可靠替代的基础上。

党的二十大报告指出，要加强煤炭清洁高效利用。邹才能等提出中国实现能源独立“三步走”战略，2035 年前通过“洁煤稳油增气、大力发展新能源”保障能源安全，其中，“洁煤”位列首位[10]。要以技术革新改造作为主要发力点，突破煤炭产业中的高能耗、高排放瓶颈，推动煤炭清洁高效利用，从根本上减少二氧化碳排放、推动煤炭产业低碳转型发展，同时又能继续发挥煤炭“兜底保障”作用。同时，要加快发展现代煤化工，实现能源化学品生产的多元化，适度发展和补充替代石油化工，保障化工产品产业链供应链安全。

在石油和天然气领域，要大力实施“稳油增气”战略，加快推动能源结构转型。努力实现石油稳产，石油逐渐从“燃料化”转入“材料化”，发挥保障国家能源安全的“压舱石”和民生原料用品“基石”作用[8]。天然气是世界公认的清洁低碳、灵活高效的化石能源，要推动天然气增储上产，大力发展天然气产业，在低碳转型过程中对高碳化石能源进行替代“补位”，为可再生能源发电提供调峰支持[11]。同时，要促进油气工业节能降耗、低碳化改造，优化油气产业结构，打造低碳油气产业链[12]。

3.1.2 可再生能源规模化

解决中国能源安全问题的根本出路在于发展可再生能源。2021 年，中国可再生能源新增装机1.34×108kW，占全国新增装机的76%，截至2021 年底，全国可再生能源发电累计装机10.60×108kW，占全部发电机组的45%，而可再生能源发电量仅占全社会用电量的30%[13]。

要进一步加大政策扶持力度，进一步提高可再生能源发电装机比例，加快储能、智能电网等基础设施建设，提升电力系统接纳大规模可再生能源发电的能力，加快对传统化石能源发电的有效替代，提升可再生能源在整体能源消费结构中的比例。当前，可再生能源发展仍然需要政府电价补贴，要加快提升可再生能源产业链供应链的保障能力和竞争力，尽快实现平价、低价入网，由政策驱动逐步迈向技术驱动、市场驱动，坚持以立为先，加快实现可再生能源的大规模效益化发展。

3.1.3 综合能源智慧化

杰里米·里夫金在《第三次工业革命》中提到，人类历史上数次重大的经济革命都发生在新的通信技术和新的能源体系结合之际，他认为，互联网技术结合可再生能源，就是第三次工业革命的基础。当前，以大数据、物联网及人工智能为核心的信息技术正在重塑能源生产、经营、消费模式，能源智慧化发展将有力推动中国能源供给和消费革命，是构建现代新型能源体系的重要支撑。

2015 年7 月，国务院印发《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》，其中就包括能源生产和消费智能化。2016 年2 月，国家发展与改革委员会、工业和信息化部、国家能源局联合印发《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，提出要发挥互联网在能源产业变革中的基础作用，加快形成开放、共享的能源产业新技术、新模式和新形态。加快推动能源产业全方位、全链条的数字化转型，实现综合能源智慧化发展，更加科学合理地在大范围内调度、整合能源资源，提高能源供给的灵活性，提升能源综合利用效率，加快构建“新能源”+“智能源”的新型能源体系[1]。

3.2 加快能源科技创新

当前全球范围内新一轮科技革命迅猛发展，能源科技是其中最活跃、竞争最激烈的领域之一。根据国际能源署（IEA）评估报告，要在2050 年实现净零排放，还有大约50% 的支撑技术尚未开发出来[14]。颠覆性新技术将成为未来能源转型的最大变量，一个国家能否实现能源独立，科技创新是至关重要的因素。

3.2.1 科技创新推动煤炭可持续发展

随着碳中和时代的到来，煤炭产业进入转型发展的关键期，煤炭清洁高效利用是必由之路。要树立煤炭全生命周期绿色低碳发展理念，结合能源转型的短期和中长期目标，统筹考虑能源保供和安全，推动煤炭产业走向安全高效、绿色集约、可持续发展。

煤炭产业可围绕升级换代、低碳融合、颠覆突破及负碳固碳四大技术类型，强化关键核心技术攻关、示范试验和推广应用（表3）[15]。改造高排放高污染落后产能，全面实施绿色勘查、绿色开采，最大限度降低煤炭开发造成的生态环境影响；利用负碳固碳技术，最大幅度减少碳排放；全面提高能效，最大程度提高煤炭利用效率，以科技创新塑造煤炭产业未来可持续发展优势。

3.2.2 高水平科技自立自强支撑油气增储上产

党和国家领导人多次作出大力提升国内油气勘探开发力度，保障国家能源安全的重要指示和批示。党的二十大报告中再次强调，要加大油气资源勘探开发和增储上产力度。在能源转型期间，要坚定不移立足国内，围绕油气生产需求，大力实施创新驱动发展战略，提高油气产业链的自主创新水平，提升本土能源安全保障能力（表4）。

表4 油气领域技术攻关重点方向[16-17]Tab.4 Key directions of technology research in the field of oil and gas

中国石油资源储量为1 080.00×108t、天然气资源量为210.00×1012m3，累计探明石油地质储量389.65×108t、剩余技术可采储量35.42×108t，累计探明天然气地质储量14.22×1012m3、剩余技术可采储量5.52×1012m3[16-18]，单从储量来看，足以支撑国内油气增产稳产，但还需要下大力气提升勘探开发力度。要坚持常非并举、深浅并举，推动常规油气向非常规油气、陆上油气向海上油气、中浅层向深层超深层的“三大跨越”[19]，不断夯实增储上产的资源基础。已开发油田要持续攻关控降递减、大幅提高采收率，新区要加强风险勘探，努力实现大突破、大发现，确保油气持续稳产增产。大力开展非常规油气勘探开发理论技术攻关，促进页岩油、页岩气及煤层气等产量大幅提升。强化海域油气资源评价和目标优选，持续攻关勘探开发关键技术和工程装备，加快海洋及深水油气勘探开发[8]。努力实现石油产量稳中有升、天然气产量快速增长，力争原油年产2×108t、天然气年产3 000×108m3并长期稳产，提升国内油气自给率，筑牢能源安全“压舱石”。

3.2.3 创新驱动可再生能源大规模发展

近年来，中国可再生能源技术日新月异，但还缺乏足够的原创技术积累，某些领域还存在明显短板，部分关键原材料、零部件依赖进口，可再生能源产业链尚不能完全自主可控。中国可再生能源产业已经到了从政策扶持向创新驱动转变的关键阶段，要在进一步巩固现有技术优势的基础上，尽快补齐短板、消除瓶颈，夯实产业发展基础。聚焦可再生能源大规模、高比例及高效益开发利用，加大前瞻性、颠覆性关键技术重点方向攻关力度（表5），尽快补齐短板、消除瓶颈，通过完善创新链增强产业链韧性，不断提升可再生能源产业竞争力。研发更可靠、更经济的水电、风电、太阳能、生物质能、地热能及海洋能等可再生能源发电技术，实现可再生能源大规模发展；突破氢能、核能全产业链的关键技术，推动氢能、核能与可再生能源协同融合发展；加快先进电网技术、储能技术攻关，支撑大规模可再生能源并网和多场景储能，加快规划建设高比例可再生能源接入的智能高效、安全稳定新型电力系统。

3.3 加快实施全面能源节约战略

“取之有制、用之有节则裕，取之无制、用之不节则乏”。国际能源署指出，能效是可持续能源系统的“第一能源”，提高能效对能源清洁转型、实现全球气候目标都具有十分重要的作用[20]。节约能源、提高能效，是世界各国能源战略的重要组成部分，也是中国能源高质量可持续发展和能源安全战略的题中应有之义，中国《节约能源法》也将节约资源确立为基本国策。《能源生产和消费革命战略（2016—2030）》提出要开展能源消费革命，“开创节约高效新局面”。

当前，中国能源强度依然是世界平均水平的1.5倍，有巨大的能效提升空间。要全面实施节约战略，推进各领域节约行动，在生产领域，要推进资源全面节约、循环高效利用，加快制造业节能改造，降低能耗总量和强度，健全用能预算、能耗监测、用能权交易、节能考核闭环管理体系[21]。在生活领域，引导全民树立简约绿色生活理念，杜绝奢侈浪费，将节能减排融入公民日常生活。

4 结语

新中国成立以来，中国创造了经济快速发展、社会长期稳定等多个彪炳史册的中国奇迹，其根本原因在于有中国特色社会主义制度的根本保证。实现碳中和是对中国经济社会发展的系统性挑战，必须发挥好中国共产党的领导和中国社会主义制度的优势，调动全社会、全产业链、全体公民形成实现碳中和目标的共同意愿与行动，统筹协调能源转型与能源安全，从构建新型能源体系、能源科技创新及全面实施能源节约战略3 个方面，有计划分步骤地推进碳中和行动，推动中国能源高质量发展，促进人类社会可持续发展。