低碳经济中能源战略大转型
华南理工大学天然气利用研究中心 华贲
一、2009：能源的第三次转型
人类从19世纪开始工业化进程以来已经经历了两次能源构成的转型。第一次始于19世纪，蒸汽机的发明和
推广应用促成了由薪柴为主的可再生能源向煤的转化；第二次是在20世纪初，汽车和飞机的普遍使用推动了煤
向石油的转变。而现在开始了第三次能源大转型，即重点转向可再生能源，以及化石能源内部的结构重组。这次
大转型的推动力主要来自气候变化，即自工业化开始一百多年来，特别是20世纪90年代以来，由于化石能源加
速消耗、大气中温室气体浓度急剧增加而导致气温上升、冰山融化、海平面上升，以及各种灾害性气象日益严重。
科学家预测，地球生态警戒线是大气中CO2浓度450ppm、地表温升2℃；一旦温升超过2℃，就会朝着6～
7℃的严酷升温发展，全球变暖将无法控制。2008年，全球CO2的总排放量已达300亿t/a，大气CO2浓度已达
400ppm。IEA预测，照此趋势，2050年地表温升就将达到2℃！此外，气候变化导致的风暴、热浪、洪水、冰灾
等灾害也正在加剧。人类需要有一个所有国家参与的国际协议来划分责任，落实避免灾难的规划和进程。
2005年《联合国气候变化公框架公约》框架下的《京都议定书》正式生效，以具有约束力的方式规定了工业
国家的温室气体减排责任，要求发达国家在第一履约期即2008~2012年减排CO2 5.2%（在1990年基准上）。2007
年巴厘岛会议上“巴厘路线图”则指出了减排的具体途径和措施、目标。2009年12月将在哥本哈根举行的会议
是一次更加重要的人类共同行动。目标是发达国家以1990年为基准年（总排放量约为 21.5Gt/a）到2020年减
排40%，全球排放将在2020年左右达到峰值（450ppm），以后逐步降低，底线是控制温升不超过2℃。美英等国
带头表示了积极的态度。今年6月28日，美国奥巴马政府已宣布到2020年减排2005年（5.87Gt/a）的17%，2050
年减排83%（仅排放1Gt/a）；英国政府在7月15日发布的《英国低碳转换计划》白皮书中提出到2020年和2050
年英国将碳排放量在1990年基础上分别减少34％和80％。为了实现这些强制减排目标，主要措施就是能源利用
的大转型：提高终端利用能效、提高电网效率（“智能电网”）、用天然气替代煤，旨在减少能源消耗的总量；发
展可再生能源、核能、工业和发电用能产生的CO2的扑集和封存（CCS），着眼于大幅度增加零排放的清洁能源的
比例。
根据我国计生委和发改委能源所的预测，2030年中国人口约14.7亿，GDP约150万亿人民币。按照“共同
但有区别的责任”原则，中国在哥本哈根会议上将能够争取到的2030年CO2排放约限50亿t/a左右（人均碳排
放3.4t），届时中国的总能耗将控制在44亿tec/a（人均能耗3tec/p.a）。按照不同一次能源排放的CO2和中国
能源资源、自产能力以及合理的进口规模、比率估算，50亿t/a CO2排放的能耗构成应是：新能源/可再生能源
27%、石油16%、天然气17%、煤40%（其中约12 亿t/a通过CCS利用）。详见表1。照此估算，2010～2030年中
国的能耗弹性系数为0.36。在20年内实现上述能源构成的转变，将是一个极大的挑战。
表1 中国2030～2050年进行碳排放控制的能耗及构成预测 %
2002 2030 2050
年份 能耗 所占比例 能耗 所占比例 能耗 所占比例
煤（亿t/ 亿tec） 13.6/9.7 65.5 26.9/19.2 40 20.2/14.4 32
石油（亿t/ 亿tec） 2.5/3.6 24.3 4.9/7.0 16 4.4 /6.3 14
天然气（亿m3/亿tec) 3100/0.4 2.7 5800/7.5 17 5600/7.2 16
其他（水电、核、再生能源）/亿tec 1.1 7.5 11.9 27 18.0 38
总计/亿tec 14.8 100 44 100 45 100
二、优化产业结构：GSA+LCA
世界各国实现低碳发展都遵循三条共同的途径：一是节制用能和提高能效，目的是降低总能耗和人均能耗；
二是快速提高核能和可再生能源的比率；三是采用CCS技术实现化石能源（主要是煤）的洁净利用。
与已经实现工业化的发达国家相比，中国的特殊性在于：（1）煤在一次能源中比率过高，占70%（世界平均
为28%），天然气则过低，为3.5%，而世界平均为23%；加上经济的粗放性，致使能源利用效率低，仅为36.8%，
低于世界平均50%的水平；（2）处于工业化中期，总能耗（28.5亿tec/a)和人均能耗(2.1tec/p.a）面临增加的
趋势；（3）除水电外，新能源及可再生能源基础薄弱；（4）煤的洁净利用和 CCS 刚刚起步。
这些特殊性既决定了中国减排任务的艰巨，也显示了碳减排的潜力和后发优势：即通过产业结构优化调整、
改变粗放的发展模式，尽快调整化石能源中煤、油、气的比率，可以实现能效快速提高并减少CO2的排放。
2030年之前，中国仍然处于继续工业化时期，如果能源弹性系数继续保持近30年来的0.5，那么到2030年
我国总能耗将达60亿tec/a——由于届时核能与可再生能源只能达到12亿tec/a的规模；则其余48亿tec/a 化
石能源的CO2排放量将超过100亿t，占气候变化所约束的世界排放总量40%以上，显然，这是不可接受的。因
此，今后的20年，中国只能藉优化产业结构、节制用能和提高能效，控制能源弹性系数在0.36以下来保持经济
发展和实现工业化。
优化产业结构主要措施是进行宏观调控，抑制钢铁、化肥、电解铝等一批高耗能产业的过度扩张和大量出口。
在全球化的格局下，以全方位评价（GSA）的思维，依照资源、环境等要素配置，把产业链的不同环节安置在不
同的国家和地区；同时，不单纯以目前和局部的经济指标作为宏观调控的尺度，而是以全生命周期分析（LCA）
的社会经济效益、能效、碳排放三个指标来衡量产业发展的布局和取舍。以电解铝为例，几年前，日本关闭了先
进的预焙槽电解铝装置，全部需求以回收废铝来满足，而中国却在保留许多落后的自焙槽工艺电解铝情况下，以
每年几百万吨的规模扩张电解铝。在这种情况下，LCA研究表明，投资者获取几十亿元的代价是社会效益损失上
千亿元。再如中国以合成氨和尿素为主的化肥能耗比国际先进水平高30%，但在享受超低的天然气和电力价格和
出口退税政策的扶持下，我国化肥大量对外出口。GSA研究表明，这种把能耗、污染留在国内，到国际市场上与
天然气和电价极为便宜、生产成本很低的俄罗斯等国的化肥“竞争”，不如在保留必要的自给率之下适度进口化
肥。再看乙烯的供给，中国以90%石脑油为原料的乙烯成本是200美元/t，而沙特阿拉伯以乙烷为原料的乙烯成
本是100美元/t。按照GSA的计算，中国不必大量进口石油追求乙烯的“自给”而抵制沙特乙烯的“倾销”，反
而可以利用经济全球化的正面因素适度进口乙烯，以降低国内的能耗和CO2排放。美国消耗的80%的劳动密集型
生活用品可以从中国进口，能源短缺的中国也可以从能源和资源丰富而又人口稀少的国家进口高能耗、高污染的
金属、化肥、乙烯等产品，这对于按照节能减排的需要来优化产业结构极为重要。
三、发挥后发优势：增加天然气和新能源比例
1990年到2008年，中国的GDP从1.87万亿元增加到30.67万亿元，提高近94%，其中工业、建筑和交通等
行业大多是从国外（成套）引进先进技术和设备。虽然经过多年的努力，我国的能效仅从2.7%提高到3.5%，远
低于世界平均23%～25%的水平，主要原因在于天然气在我国一次能源中的比例过低。随着我国天然气的进一步勘
探开发，以及进口量的增加，将为我国未来天然气的需求提供充足的保证。预计2020年我国天然气产量将达到
240亿～300亿m3（包括非常规天然气）、进口量在110亿～150亿m3，总供应量为350亿～450亿m3。
2008年我国的煤电转换效率仅约35%，而天然气联合循环发电效率为50%～55%、天然气冷热电联供
（DES/CCHP）的能源利用效率更是在70%以上，而且天然气CCHP的CO2排放只有煤电+燃煤锅炉的1/4。因此，
尽快提高天然气在一次能源构成中的比例，是中国能够在人均能耗3 tec/p.a下实现中等发达水平的重要保证。
主要战略措施包括：⑴ 尽可能采用集约化的天然气DES/CCHP替代作为主要工业燃料的煤（占全国煤耗30%）；（2）
占建筑物耗能80%的采暖、空调、热水和占14%的用电，尽可能用天然气DES/CCHP集约化高效联供；（3）占柴油
消耗量近30%的中、重型卡车改为高效、廉价、低排放的LNG车。这三项技术在发达国家已经成熟，但还没有广
泛推广。如果中国能够随着天然气的快速普及大力推广这些技术，就能真正发挥“后发优势”了。此外，用天然
气替代LPG等实现城市炊事燃料洁净化、天然气调峰发电等的节能减排效果，更自不待言。
2030～2050年，新能源、可再生能源利用和CCS在CO2减排中的作用将更加重要。届时科技进步将使新能源
开发成本大幅度降低，新能源可供应量大大增加；公众节能意识的普及和能源利用效率的进一步提高使总能耗不
会有大幅度的增加，因而化石能源不仅在一次能源中所占的比例将稳步下降，而且绝对耗量也将递减。
四、一次能源到终端利用的优化配置
“能源转型”不仅仅是一次能源的构成发生变化，更重要的是从一次能源到终端利用的模式和技术途径更加
优化。图1展示了从各种一次能源到工业和建筑物用能、交通用能、有机化工原料三类终端利用的主要技术路线。
当前大部分能源规划和预测研究都估计中国石油需求继续保持直线上升，到2050年将达到7亿～8亿t，这
些预测主要基于现有的交通能源模式和有机化工原料路线。但科技进步将极大地改变今后的能源发展趋势，以交
通能源为例，虽然迄今为止绝大部分还是依赖石油产品，但是现在不能单纯按照交通总量的扩大对石油需求增量
作简单的线性外推。因为科技的飞速进步使电、LNG、煤基二甲醚、生物燃料和氢气等替代能源，凭借在经济、
能效和CO2排放上的优势，必将在今后20～40年替代大部分汽、柴油；智能电网所推进的电动和混合动力汽车
将替代部分公交和私家车；新型高效LNG车将取代相当比例的柴油车；以麻疯树、亚麻籽、藻类等为原料的第二
代生物燃油2040年将占航空燃料的50%；非粮乙醇将取代部分汽油；氢气燃料电池车也将在20年后实现商业化
应用。在有机化工原料领域，带CCS的现代煤化工也在经济、能效和CO2排放三个指标上初步具备了与石油化工
竞争的能力。因此，未来的交通能源和有机化工原料的供应有望出现全新的局面。
此外，值得一提的是我国石油资源的利用效率还有提高的空间。目前城市燃气用LPG每年消耗量约2400万
t，有望在10年之内被天然气替代，这部分LPG可被用作化工原料；数以百万吨计的油气田伴生乙烷、丙烷、丁
烷现在还有不少放空或随天然气一起作为燃料烧掉；富含氢气的数百亿立方米焦炉煤气仍以发电为主要利用方
向；近2000万t用作燃料的炼厂气中，还有数百万吨乙烷、乙烯等宝贵资源尚未分离出来利用。挖掘出这数千
万吨的化工原料资源潜力，可以减少上亿吨的石油进口。
系统优化研究证明，经过10～20年的努力，开发、推广应用上述各个技术路线，可以将我国的石油需求量
控制在5亿t之内。
高屋建瓴、高瞻远瞩，充分认识科技进步的巨大潜力和关键作用，用大系统优化的思维认识和处理当今世界
能源大转型带来的挑战和机遇，中国必将能够同时完成现代化和能源转型两大历史使命。
(参考文献略)