战略论坛 TRATEGIC FORUM 从天然气到氢：中国新型能源体系的演化 朱兴珊1，2，沈学思3 （1.北京大学能源研究院；2.中国石油集团国家高端智库研究中心；3.中国石油规划总院） 摘　要：当前，世界能源体系正在经历新的变革。一方面人类正面临能源安全、生态危机、气候变化等 威胁，能源体系需要适应清洁低碳发展模式；另一方面新能源逐渐成为主角，给整个能源体系带来新的挑战。 结合国情来看中国新型能源体系的演化路径，各类能源在能源体系中的角色将逐渐变化。天然气是支撑现有能 源体系向新型能源体系过渡的承上启下的一种能源；氢能将接续天然气，在多个领域发挥其清洁灵活的优良特 性，成为新型能源体系最终的关键支撑。天然气与氢能产业链有较高的相通性，是引导氢能在多个环节破局的 最佳选择。建议推进我国天然气行业的增储上产和市场化改革；加大对氢能产业的政策支持力度，大力发展天 然气掺氢运输和掺氢应用，超前规划部署建设氢能基础设施。油气企业应以天然气业务为平台孵化氢能业务， 提前谋划天然气替代产业。 关键词：天然气；氢能；能源体系；清洁能源；能源转型 From natural gas to hydrogen: the evolution of the new energy system in China ZHU Xingshan1, 2, SHEN Xuesi3 (1. Institute of Energy, Peking University; 2. CNPC China Top Think Tank Research Center; 3. PetroChina Planning & Engineering Institute) Abstract：The global energy system is rapidly changing. As the world faces threats from energy insecurity, ecological crisis, and climate change, the energy system needs to shift toward a clean and low-carbon mode. The system is also being challenged as never before because of the booming new energy deployments. With respect to the energy system evolution in China, it is expected that the roles of various energy sources in the system will gradually change. Natural gas can facilitate the transition to the new energy system as a bridge fuel. Hydrogen, with its advantages in flexibility and zero emissions, will succeed natural gas and become the key pillar for the new energy system in the long term. The natural gas industry, which has strong ties to the hydrogen industry, is the ideal candidate to guide and accelerate the deployment of hydrogen. It is recommended to advance the exploration and production of natural gas and promote the natural gas market reform. Additionally, it is recommended that more pilot applications of hydrogen blending with natural gas be deployed and that greater policy support be adopted to boost the hydrogen industry. Oil and gas companies shall delve into new business opportunities in hydrogen and plan ahead for the eventual phase-down of their oil and gas operations. Key words：natural gas; hydrogen; energy system; clean energy; energy transition 01 Vol.31, No.8 2023 国际石油经济 INTERNATIONAL PETROLEUM ECONOMICS 能源是人类文明进步的基础和动力。从薪柴到 于人力、畜力和少量风力、水力 [1]。17世纪左右， 煤炭再到油气，能源为人类提供了生存条件和生产 森林再生周期长、资源短缺带来了发展瓶颈，且人 资料，促进了人类社会的进步，而人类对自然和科 类逐渐不满足于人拉肩扛，希望使用高质量能源提 学的探索，又反过来推动了不同类型能源的开发利 高生产力。尽管煤炭早已被发现，但生产利用技术 用，形成了能源体系的迭代演化。近年来，各类新 并不成熟。直到蒸汽机的发明拉开了工业革命的序 能源开发技术呈井喷式发展，人类已站在了又一次 幕，煤炭开始取代薪柴。这一转变并非一蹴而就， 能源体系变革的起点，如何为能源体系演化规划合 从1800年到1900年，煤炭在全球一次能源的占比从 理的路径和最终目标已成为各国的重要议题。在这 约1.7%增长到47.2%（见图1）[2]，于1910年左右超过 一背景下，我国深入推动能源革命，提出“双碳” 薪柴成为主体能源，纺织、冶金、机械等行业也获 目标，并积极优化能源结构，规划建设新型能源体 得迅速发展。 系。在这一转型演化的过程中，天然气和氢能将发 随着煤炭开采不断向深部拓展，开采成本日 挥自身清洁、灵活、易储存等优势，在不同阶段发 渐提高，且煤炭不便运输，污染严重，人类仍需寻 挥各自的关键支撑作用，为能源安全和绿色发展做 找新型能源。1859年，人类打出第一口商业油井， 出贡献。 而后发明了内燃机、燃气轮机等。石油天然气高热 1 人类能源体系演化史概述 值、易加工运输的特性带动了汽车、航空、航海、 军工、化工等新兴产业发展，甚至影响了金融业。 尽管煤炭消费量并未降低，但新兴产业的蓬勃发展 人类文明史也是一部能源演化史，在世界为清 使油气消费量迅猛增长 [3]。1960年，油气在全球一 洁能源转型蓄势待发之际，追溯能源演化史并从中 次能源的占比超过了煤炭，正式成为新一代主体能 得到启示，可以为未来积累经验、提供参考。自远 源。同时，人类还将一次能源加工和转化成其他种 古时期人类发现并利用火以后，薪柴、动物粪便等 类和形式的二次能源，包括焦炭、汽油、柴油、电 传统生物质能成为供热主体能源，而动力来源局限 力等。二次能源往往具有超越一次能源的优势，例 图1　全球一次能源消费的演变 02 战略论坛 TRATEGIC FORUM 如便捷高效、用途广泛，能更好地满足用户需求。 视。主要国家也陆续出台了支持本土能源和能源技 其中电力是最重要的二次能源，已成为现代文明的 术开发的政策。 标志之一，依托庞大的电网，电力可实现大空间尺 二是生态环境。许多能源的开采、加工、利用 度的能源优化和调配。一次能源与二次能源一同构 会向环境排放有害物质，有些还会导致地面沉降、 成了复杂而又灵活的能源体系。 水土流失，进而损害生态环境和生物多样性，对人 回顾历史可以发现，能源体系演化的内在逻辑 类长期可持续发展带来极大威胁。例如，煤炭燃烧 就是顺应人类文明发展的需求。从薪柴时代到煤炭 后产生的烟尘、氮氧化物和硫氧化物，可能导致酸 时代再到油气时代，人类出于经济性、可获得性、 雨、雾霾等危害。油气生产过程中如果发生井喷、 清洁性、便利性等各种原因，从一种能源转向另一 运输过程中如果出现泄漏等事故，可能导致爆炸、 [4] 种能源 。在这一过程中，能源体系呈现能量密度逐 火灾和水土污染。值得注意的是，可再生能源的开 渐提高，开采利用效率不断提升的趋势 [5] 。每一次 发利用也并非绝对环境友好。从全生命周期角度来 能源体系的革新都精准地解决了当时人类发展的痛 看，有些可再生能源设备制造过程中会排出废物废 点，每一次对新型能源的开发利用都极大地提高了 水，建设和运营过程中则会占用土地或水资源[6,7]。 生产力，带来了更广泛的社会变革。 2 未来能源体系演变和我国新型能源体系构建 三是气候变化。工业革命以来，化石能源始终 占据主导地位，化石能源燃烧带来的大量温室气体 排放很可能是导致全球气候变化的主要原因。全球 气候变化可能全面影响粮食生产、水资源和生态系 能源体系演化史表明，构建未来新型能源体系 统，还可能增加极端天气的发生频率和强度[8]。其影 需要从当今人类发展面临的主要问题出发。今天， 响的时间尺度、空间尺度是前所未有的，极有可能 人类对能源的需求不仅仅局限于满足基本生活需 是人类未来面临的最大挑战之一。 求，同时开始关注能源生产消费过程中的外部性， 力求减少人类活动对生态环境的负面影响。 2.2 本次能源体系变革的特点 面对以上难题，大多数国家纷纷开始向多元化 2.1 当代人类社会面临的主要问题 能源供应，提升可再生能源所占比例的方向转型， 还与实体产业链和资本市场的正常运行息息相关， 本次能源体系变革与前两次有三大显著的区别。 一是能源安全。能源安全不仅关乎民生保障， 新一代能源体系变革已蓄势待发。需要注意的是， 同时影响着国家经济和政治稳定。在全球化背景 一是演化的驱动因素不同。世界能源体系的演 下，能源供应链不断延伸，国际合作持续深入，石 化经历了三次变革，以往能源体系变革主要由经济 油成为国际化程度最高的大宗商品之一。全球能源 和科技驱动，目的是降低能源成本、提高效率和生产 市场效率优先、成本导向、资源有效配置的特性曾 力，本次变革则凸显了政策驱动，即政府为保护生态