“雙碳”目標下川渝地區(qū)天然氣與新能源融合發(fā)展研究

曾鵬升 趙靚 宮航 胡金燕 紀文 程思杰 周莉

（1.西南油氣田分公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院；2.國家能源高含硫氣藏開采研發(fā)中心安全環(huán)保技術(shù)研究所）

為應對全球氣候變化，我國已提出“二氧化碳（以下簡稱CO2）排放力爭于2030 年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”為明確目標?！笆奈濉睍r期，將加快發(fā)展非化石能源，大力提升風電、光伏發(fā)電規(guī)模，非化石能源占能源消費總量比重提高到20%左右；國內(nèi)單位生產(chǎn)總值能源消耗和CO2排放分別降低13.5%、18%?！半p碳目標”充分體現(xiàn)我國低碳發(fā)展的決心和信心，實現(xiàn)碳達峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革，是國家的重大戰(zhàn)略決策。

1 碳達峰、碳中和實施的認識

碳達峰是指溫室氣體（我國專指CO2）排放量在一段時間內(nèi)達到歷史最高值，之后進入平臺期并可能在一定范圍內(nèi)波動，然后進入持續(xù)緩慢或快速下降階段，是溫室氣體排放量由增轉(zhuǎn)降的拐點。碳中和是指企業(yè)、團體或個人測算在一定時間內(nèi)，直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放總量，通過植樹造林、節(jié)能減排等形式，抵消自身產(chǎn)生的CO2排放量，實現(xiàn)CO2“零排放”。從碳達峰到碳中和的過程，就是經(jīng)濟增長與碳排放從相對脫鉤走向絕對脫鉤的過程。

中國2020 年碳排放量為世界第一，達到100×108t，占全球31%[1]?！半p碳”目標的提出為我國應對氣候變化明確了方向，同時也對油氣傳統(tǒng)能源行業(yè)的發(fā)展帶來了一定挑戰(zhàn)和機遇[2]。碳達峰到碳中和的實施路徑可以歸納為能效提升、零碳排放、負碳技術(shù)三大方面，而新能源技術(shù)又是作為零碳排放中的重要措施。發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)是提高能源安全、引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、實現(xiàn)綠色發(fā)展的重要途徑。

我國距離新能源的大范圍普及使用，最終替代化石能源還尚需時日，天然氣作為低碳化石能源，在能源消費結(jié)構(gòu)從高碳化石能源向可再生能源發(fā)展過程中，起著至關(guān)重要的能源保障作用，碳中和目標的實現(xiàn)離不開天然氣[3]。川渝地區(qū)作為國內(nèi)天然氣生產(chǎn)和供應基地，在天然氣增儲上產(chǎn)的同時，與新能源全面融合發(fā)展是天然氣行業(yè)綠色低碳發(fā)展的重要方向。

2 川渝地區(qū)天然氣行業(yè)面臨新形勢

2.1 川渝地區(qū)天然氣產(chǎn)能規(guī)模擴大

川渝地區(qū)石油天然氣行業(yè)以生產(chǎn)和供應天然氣為主，根據(jù)全國油氣資源評價結(jié)果，四川盆地天然氣總資源量達39.94×1012m3，可采資源量為12.45×1012m3，2020 年底，已探明地質(zhì)儲量為6.02×1012m3，探明率僅為15%，仍處于勘探早中期，是我國天然氣勘探開發(fā)最具潛力的盆地。2020年，四川盆地生產(chǎn)天然氣約565×108m3，居全國之首，較2019年增加60×108m3，增幅占全國天然氣增量的52%。“十四五”期間，川渝地區(qū)將實施中國“氣大慶”建設(shè)行動，加強天然氣產(chǎn)供儲銷體系建設(shè)，建成全國最大天然氣（頁巖氣）生產(chǎn)基地。

2.2 生產(chǎn)建設(shè)碳減排形勢嚴峻

為持續(xù)向社會保障能源供應，川渝地區(qū)天然氣行業(yè)正處于常規(guī)天然氣及頁巖氣快速開發(fā)階段[4-5]。隨之而來的是，從井口到凈化、輸配，再到終端銷售等一系列產(chǎn)能配套設(shè)施將持續(xù)建設(shè)，凈化廠、增壓站、脫水站等重點耗能環(huán)節(jié)增多，能源消費量剛性上升。因此，在天然氣增儲上產(chǎn)的強勁勢頭中，要降低CO2、甲烷等溫室氣體的排放總量和強度，實現(xiàn)碳中和目標，對于天然氣行業(yè)綠色低碳發(fā)展面臨嚴峻形勢。

2.3 可再生能源消費占比提升空間廣闊

川渝地區(qū)天然氣行業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)能源消費主要有天然氣、電力、汽油和柴油四大類，用于采氣、增壓、凈化、脫水、輸送等環(huán)節(jié)，主要耗能設(shè)備為鍋爐、壓縮機、加熱爐等。2020年，在川渝地區(qū)天然氣行業(yè)能源消費中，天然氣消費為主導，電力消耗相對較少（以水電為主）。太陽能、風能、地熱能等可再生能源，在川渝天然氣行業(yè)能源消費中占比較低，因此新能源消費比例提升空間十分廣闊，但同時也面臨著能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的巨大挑戰(zhàn)。

3 川渝地區(qū)天然氣行業(yè)迎接新機遇

3.1 具有良好的可再生資源稟賦

川渝地區(qū)推動新能源發(fā)展具備齊全的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，擁有一定對風能、太陽能、地熱能等可再生資源的開發(fā)條件。

初步估算，四川省離地50 m高度的風能理論儲量為8 835×104kW，潛在開發(fā)量1 500×104kW。綜合考慮風機技術(shù)、電網(wǎng)及運輸條件，可開發(fā)量約為400×104～500×104kW。四川省風能資源主要集中在川西南地區(qū)的涼山州、攀枝花一帶，盆周山區(qū)有零星分布。例如：攀枝花市部分區(qū)域風功率密度為21～189 W/m2，年平均風速為5.40～7.50 m/s，等級為1 級，個別區(qū)域風功率密度170～261 W/m2，年平均風速為3.02～6.33 m/s，風功率等級2級。在風能資源較為匱乏的重慶，其少部分地區(qū)也存在較好的風能資源。在重慶的東北部、東南部以及渝中山地，尤其是地勢高突的高山草地、山脊也具有風能資源潛力。

在四川省川西高原的甘孜州、阿壩州、涼山州和攀枝花市地區(qū)，具有較為豐富穩(wěn)定的太陽能資源。例如：攀枝花市平均日照時數(shù)2 730 h，多年平均太陽輻射量為5 886.04 MJ/m2[6]。按年總輻射量在5 000 MJ/m2以上，日照時數(shù)在2 000 h以上的可利用土地面積估算，全省太陽能資源理論可開發(fā)量約1.4×108kW，技術(shù)可開發(fā)量約8 000×104kW。位于高原上甘孜州的稻城縣、石渠縣、巴塘縣、理塘縣、甘孜州和爐霍縣一帶為總輻射最高值區(qū)大于6 000 MJ/m2，太陽能資源最為豐富，一年中可利用日數(shù)大于200天。重慶太陽能屬Ⅳ類太陽能資源區(qū)，年輻射總量為3 390～4 200 MJ/m2，年日照時數(shù)為1 000～1 400 h，渝東南、渝東北局部地區(qū)光照條件相對較好，技術(shù)可開發(fā)量為400×104kW。

四川盆地擁有地熱資源總量約1 525×108tce，熱流范圍35～69 mW/m2，地溫梯度在20～30 ℃/km。四川省深層地熱資源主要分布在川西高原和四川盆地，川西高原區(qū)的地熱資源以中高溫對流型為主，具有較高的地熱發(fā)電潛力；四川盆地西部的成都平原存在著規(guī)模巨大的淺層地溫能資源，而東部則存在深層地熱資源。

川渝地區(qū)水電資源豐富，2020 年四川水電累計發(fā)電量達3 541×108kWh，約占全國水電發(fā)電量的26.1%、四川省發(fā)電總量的89.0%[7-8]。

3.2 具有優(yōu)勢齊全的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈

川渝地區(qū)天然氣行業(yè)集輸儲配系統(tǒng)完善，擁有全國最為完善的天然氣管網(wǎng)，四川盆地輸氣干支管道近5×104km，上接氣田、下連用戶、覆蓋川渝、聯(lián)通全國，環(huán)形骨干管網(wǎng)與國家多條輸氣干網(wǎng)連接，形成了“川氣自用、外氣補充、內(nèi)外互通、戰(zhàn)略儲備”的格局，是國家西南地區(qū)能源戰(zhàn)略通道的樞紐。川渝地區(qū)將進一步建成滿足氣田生產(chǎn)、市場供應、應急調(diào)峰和富余氣外輸需求的完善管網(wǎng)體系。川渝地區(qū)擁有成熟的終端燃氣用戶和加油加氣站網(wǎng)點，利于風光分布式能源與氫能的全產(chǎn)業(yè)鏈布局。隨著光伏與風電技術(shù)的日趨成熟、成本不斷降低，在分布式能源布局中能夠構(gòu)成多能互補的靈活能源供應。川渝地區(qū)水能資源豐富，是全國最大的水電基地，在水電制氫方面擁有巨大的資源和價格優(yōu)勢。目前，四川已有從事氫能產(chǎn)業(yè)的企業(yè)及科研院所超100家，覆蓋氫氣制備、儲運、加注、燃料電池、整車制造等全產(chǎn)業(yè)鏈主要領(lǐng)域，氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)良好，是國內(nèi)可再生能源制氫、燃料電池、儲氫瓶、氫氣壓縮機、加氫系統(tǒng)、氫能源汽車試點的重要地區(qū)，在氫能車輛示范領(lǐng)域處于西部領(lǐng)先地位。

3.3 具有特色的余壓余熱資源

川渝地區(qū)擁有上下游齊全的天然氣產(chǎn)業(yè)鏈，在井口、凈化廠、輸配氣站、地下儲氣庫等運行過程中，需要經(jīng)過多級調(diào)壓，再進行降壓輸送，因此擁有數(shù)量眾多的調(diào)壓點，潛在的油氣田獨特壓差資源較為豐富，實現(xiàn)壓力能的回收利用，是內(nèi)部清潔能源替代的重要措施。根據(jù)國家發(fā)改委等十三個部委聯(lián)合發(fā)布的《“十三五”全民節(jié)能行動計劃》中，將余壓利用能量系統(tǒng)優(yōu)化工程納入節(jié)能重點工程，在政策上也有利于從井口到最終用戶全過程的天然氣壓力能推廣應用。此外，還有數(shù)量眾多的燃氣式壓縮機組余熱、鍋爐及加熱爐煙氣余熱等資源，可實現(xiàn)余熱資源回收利用。

3.4 具有契機的成渝雙城經(jīng)濟圈建設(shè)

隨著成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈建設(shè)提速，并堅定不移走生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展之路，城市的快速發(fā)展必然帶動能源消費的提升，電力缺口將進一步加劇，電力消納能力加強，這對川渝地區(qū)天然氣發(fā)電與可再生能源發(fā)電融合互補提供了機遇，將進入氣電大規(guī)劃、大布局、大發(fā)展區(qū)域。兩地政府提出將川渝地區(qū)打造成為國內(nèi)國際知名的氫能產(chǎn)業(yè)基地、示范應用特色區(qū)域和綠氫輸出基地，形成“一軸、一港、一區(qū)、三路”的“1113”發(fā)展格局，提供綠色經(jīng)濟氫源。為川渝地區(qū)天然氣行業(yè)提供了低碳轉(zhuǎn)型，占據(jù)氫能發(fā)展高地提供了良好契機。

4 川渝地區(qū)天然氣行業(yè)新能源發(fā)展方向

4.1 發(fā)展天然氣融合模式

目前，作為國內(nèi)最大的天然氣生產(chǎn)基地，四川盆地天然氣年產(chǎn)量已超550×108m3?！笆奈濉贝ㄓ宓貐^(qū)電力需求快速增加，電力供應缺口將進一步加劇，電力調(diào)峰矛盾凸顯。目前全球平均氣電用氣量占用氣消費結(jié)構(gòu)的40%，國內(nèi)氣電用氣量占比為18%，而川渝地區(qū)發(fā)電用氣量僅占當?shù)赜脷庀M量的1.2%[9-10]，發(fā)展氣電已經(jīng)成為保障川渝電力供應安全的必然選擇。在既有資源稟賦下，大力發(fā)展天然發(fā)電與水風光發(fā)電融合、無碳排放的天然氣制氫、天然氣熱電冷聯(lián)產(chǎn)等業(yè)務(wù)，擁有堅實可靠的資源保障。同時，川渝地區(qū)油氣行業(yè)下游市場規(guī)模廣、類型多，擁有龐大的燃氣終端用戶及加油加氣網(wǎng)點，還有發(fā)達的天然氣管網(wǎng)，在發(fā)展天然氣管道摻氫輸送與應用、分布式能源等綠色能源業(yè)務(wù)具有天然基礎(chǔ)優(yōu)勢和一定的市場抗風險能力。

4.2 優(yōu)化清潔能源消費結(jié)構(gòu)

川渝地區(qū)天然氣行業(yè)在生產(chǎn)過程中用清潔電力替代的同時，加快綠色清潔能源開發(fā)利用，提升余熱余壓、太陽能、風能、地熱能等清潔能源在自身生產(chǎn)系統(tǒng)的使用比例。四川在全國水電發(fā)電量排名位于前列，依托川渝地區(qū)水電優(yōu)勢，提高可再生清潔電能使用占比。通過壓力能回收，實現(xiàn)壓差發(fā)電，是內(nèi)部清潔能源替代的發(fā)展方向。通過對天然氣小時流量、溫度、進出口壓力等分析得出，流量在7 000 m3/h以上、壓力比在1.5以上、年運行時間超過6 000 h 的調(diào)壓點，具備良好的壓差發(fā)電條件，以此篩選出條件良好的壓差發(fā)電站點進行試點推廣。但國內(nèi)壓差發(fā)電項目運行時間短，缺乏相關(guān)標準和各項評價，需在試點項目中積累成熟經(jīng)驗再逐步全面推廣。

在風光資源較為豐富的四川西部一帶，可利用成熟的風力、光伏發(fā)電技術(shù)，通過風光分布式能源布局，應用于油氣行業(yè)內(nèi)站場閥室、凈化廠、井站等的供電、數(shù)據(jù)傳輸和照明系統(tǒng)等方面。四川盆地是低溫地熱區(qū)，加上地熱資源區(qū)域位置遠離人口居住區(qū)，資源品位不高，開發(fā)利用程度低等因素，地熱資源開發(fā)經(jīng)濟性不如華北地區(qū)，但隨著地熱開發(fā)技術(shù)日趨成熟和成本降低，天然氣鉆井眾多，地質(zhì)地球物理資料豐富，資源量大的優(yōu)勢得以體現(xiàn)，有條件成為地熱開發(fā)的主力軍。同時利用壓縮機組余熱、鍋爐及加熱爐煙氣余熱、氣田采出水余熱等資源，通過發(fā)電、供暖、制冷等技術(shù)，可對生產(chǎn)和生活清潔用能給予一定補充。

4.3 逐步推廣氫能應用

川渝地區(qū)擁有最豐富的天然氣和水電自然資源，對于“21 世紀終極能源-氫能”來說，在天然氣制氫和電解水制氫方面都具有得天獨厚的資源優(yōu)勢。在安全保障和技術(shù)成熟穩(wěn)定下，利用天然凈化尾氣硫化氫氣體制取氫氣，不僅可以回收尾氣產(chǎn)生清潔能源，還可以減少溫室氣體的排放。同時，油氣行業(yè)在川渝地區(qū)布局了完善的CNG加氣站和加油站網(wǎng)絡(luò)，對加氫站合建提供了用地、規(guī)劃、建設(shè)成本及運營管理等方面的基礎(chǔ)，在交通應用方面具有廣闊市場空間。加上國內(nèi)最發(fā)達的天然氣干支線管網(wǎng)，川渝地區(qū)在天然氣管道摻氫輸送方面具有無可比擬的成本和基建優(yōu)勢。油氣行業(yè)在川渝地區(qū)積攢了幾十年的終端工業(yè)與民用用戶，對天然氣摻氫應用及分離后的氫氣利用等長期發(fā)展提高了風險保障。

在氫燃料電池技術(shù)成熟，制氫技術(shù)經(jīng)濟可靠，氫電轉(zhuǎn)換效率提升的合宜時機下，制氫系統(tǒng)可以利用富余氣量和電量電解水制氫，由高效儲氫系統(tǒng)將氫氣封存，或者通過燃料電池儲存，待需要電力平衡時反饋到電網(wǎng)。還可通過封存氫氣和燃料電池電解水，利用氫氣捕獲大氣中的CO2合成甲烷，在用氣高峰前進行大容量的存儲，以此減輕城市高峰用氣負荷達到局部調(diào)峰目的。

4.4 加強清潔能源合作

川渝地區(qū)天然氣行業(yè)加強與綠色能源和電力企業(yè)合作，通過合資合作、合同能源等不同的合作模式，各自發(fā)揮自身社會影響力，形成合力共同在清潔能源領(lǐng)域進行探索和合作。充分利用在天然氣資源、終端市場以及天然氣管網(wǎng)方面的優(yōu)勢，進一步加強綠色能源領(lǐng)域?qū)ν饨涣骱献?，實現(xiàn)天然氣與風光電等多種能源互相融合，通過氣電融合、壓差發(fā)電、氫氣制取和儲輸?shù)龋瑸樯鐣峁┬问蕉鄻拥那鍧嵞茉?，拓展清潔能源供應途徑?/p>

5 結(jié)語

川渝地區(qū)天然氣資源豐富，是我國邁向碳達峰和碳中和的橋梁性能源，未來天然氣作為清潔低碳能源將成為補充基本能源供應、解決新能源調(diào)峰問題的現(xiàn)實選擇。在快速發(fā)展新能源，天然氣行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的歷史機遇下，川渝地區(qū)擁有得天獨厚的天然氣和水電資源，較為豐富的風電、光伏等資源和全國最發(fā)達的油氣管網(wǎng)，具備齊全的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈。川渝地區(qū)天然氣行業(yè)在保障油氣能源安全的紅線下，須抓住當前最佳窗口期，突破傳統(tǒng)油氣業(yè)務(wù)，轉(zhuǎn)型推動天然氣發(fā)電與風光發(fā)電、壓差發(fā)電、氫能等新能源融合發(fā)展，對內(nèi)提高清潔用能比例，對外提供清潔能源輸送，實現(xiàn)油氣行業(yè)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展，錨定目標努力實現(xiàn)碳中和。