碳中和目標(biāo)下天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的多情景構(gòu)想

李 孥 王建良,2 劉 睿 唐 旭,2

1.中國石油大學(xué)（北京）經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 2.中國油氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中心

1 碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下天然氣發(fā)展定位

中國在2020 年召開的第75 屆聯(lián)合國大會上提出，中國的二氧化碳（CO2）排放力爭于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭取2060 年前實現(xiàn)碳中和。所謂碳中和，是指企業(yè)、團(tuán)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，來抵消自身產(chǎn)生的CO2排放量，實現(xiàn)其“零排放”。但碳中和的意義并非是要在2060 年前實現(xiàn)“絕對的零排放”，而是通過技術(shù)創(chuàng)新等手段將人為活動排放對自然環(huán)境造成的影響降低到可以忽略的程度，達(dá)到人為碳源和碳匯新的平衡[1]。2015 年達(dá)成的《巴黎協(xié)定》設(shè)定了到21 世紀(jì)末將全球平均氣溫相比前工業(yè)化時期升幅控制在2 ℃以內(nèi)并力爭控制在1.5 ℃以下的全球目標(biāo)。中國到2060年實現(xiàn)碳中和，實際上就是要努力實現(xiàn)以1.5 ℃目標(biāo)為導(dǎo)向的長期深度脫碳轉(zhuǎn)型路徑[2]，這需要全社會經(jīng)濟(jì)體系、能源體系、技術(shù)體系等方面做出巨大的改變，這其中最重要的是深化能源體制改革，實現(xiàn)能源利用最大程度上的減排。

中國作為世界上最大的發(fā)展中國家以及碳排放大國，要在未來40 年內(nèi)完成從碳排放達(dá)峰到碳中和的轉(zhuǎn)型，需要建立起以新能源和可再生能源為主體的可持續(xù)能源體系。但我國現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)仍以煤炭等化石能源為主，化石能源占一次能源消費的85%以上，外加我國現(xiàn)有的能源資源稟賦現(xiàn)狀，化石能源仍是今后相當(dāng)長時間內(nèi)保證國家能源安全的現(xiàn)實選擇。國際能源署（IEA）統(tǒng)計的2006—2019 年中國分能源品種的CO2排放量情況如圖1 所示[3]，可以看出，天然氣的碳排放量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤炭和石油，是更為清潔的化石能源。碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下的能源轉(zhuǎn)型重點在于退煤，天然氣替代煤炭對全球碳減排產(chǎn)生的積極作用已在以往的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中得到了證實，2016—2019 年，全球“煤改氣”減少的CO2排放量達(dá)4×108t，相當(dāng)于這一時期碳排放總增量的25%[4]。因此，對于中國以煤炭為主的能源消費現(xiàn)狀，天然氣對煤炭的替代將對碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)發(fā)揮重要作用。

圖1 中國分能源品種CO2 排放量圖

另外，可再生能源消費市場的擴(kuò)大是碳中和時代下的必然發(fā)展趨勢，但是受技術(shù)限制，我國距可再生能源的大范圍普及使用還需要一定的時間，天然氣作為能源消費結(jié)構(gòu)從高碳化石能源向可再生能源發(fā)展過程中的過渡燃料，短期來看，2060 年碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)離不開天然氣。但長期來看，相比可再生能源，天然氣全產(chǎn)業(yè)鏈碳足跡強(qiáng)度仍然不低，且是不可再生資源。因此，天然氣除作為原料的市場需求外，其他方面的需求很可能逐步被可再生能源取代，其未來的發(fā)展也將面臨不可預(yù)估的挑戰(zhàn)。

2 天然氣發(fā)展前景探討

2.1 未考慮碳中和目標(biāo)的未來能源消費結(jié)構(gòu)情形

根據(jù)IEA、英國石油公司（BP）等多個國際能源機(jī)構(gòu)所公布的能源展望，筆者整理了有關(guān)中國未來能源需求的預(yù)測情景（表1）。相關(guān)的預(yù)測數(shù)據(jù)是根據(jù)歷史和當(dāng)前的政策、經(jīng)濟(jì)與市場環(huán)境，以及不考慮碳中和目標(biāo)情形下對中國未來能源消費基本走勢的預(yù)估。對各機(jī)構(gòu)給出的不同情景下三大化石能源消費量、可再生能源消費量及一次能源消費量的預(yù)測結(jié)果求均值，以此來表示未來中國能源消費的基本發(fā)展趨勢，并計算三大化石能源及可再生能源占一次能源消費的比例，來表示不考慮碳中和目標(biāo)下未來中國能源消費結(jié)構(gòu)的基本情形，計算結(jié)果如圖2所示。

表1 國際能源機(jī)構(gòu)所公布能源展望中的預(yù)測情景表

圖2 三大化石能源和可再生能源占一次能源消費的比例圖

由圖2 可知，未來30 年，中國煤炭消費在一次能源消費中的占比將顯著下降，到2050 年為30%左右；石油消費占比趨于平緩，天然氣消費占比在2040 年之前有所上升，2040 年之后呈緩慢下降趨勢，可再生能源顯著提升，但在2050 年占一次能源消費的比重仍不足40%?，F(xiàn)有碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下能源轉(zhuǎn)型的相關(guān)研究結(jié)果表明[5-6]，碳中和情形下的一次能源消費比例中，非化石能源要高于80%，三大化石能源均需下降到10%以下。因此，該預(yù)測情形下的中國能源發(fā)展進(jìn)程遠(yuǎn)不能在2060 年之前實現(xiàn)碳中和目標(biāo)。

天然氣消費占比在2030 年之后趨于平緩，維持在11%～12%，沒有明顯的上升或下降趨勢，這表明，在未來以可再生能源為主要目標(biāo)的能源發(fā)展進(jìn)程中，天然氣的發(fā)展?jié)摿Φ貌坏接行п尫?，所面臨的發(fā)展前景也有所局限。實現(xiàn)碳中和目標(biāo)需要能源系統(tǒng)的顛覆性變革，以及在經(jīng)濟(jì)、社會和金融等各個領(lǐng)域持續(xù)開展創(chuàng)新，促使高碳化石能源需求提早達(dá)峰，加速可再生能源發(fā)展進(jìn)程。天然氣作為清潔的化石能源，促進(jìn)其高質(zhì)量發(fā)展，對碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下的新興能源系統(tǒng)的形成將有重要作用。

2.2 基于現(xiàn)有研究的碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下天然氣發(fā)展前景

近年來，為建設(shè)清潔低碳、安全高效的能源體系，中國一直致力于提高天然氣的消費使用比例，天然氣消費量從2000 年不足300×108m3擴(kuò)大到目前的超過3 000×108m3，20 年內(nèi)的年均增速高達(dá)10.3%，遠(yuǎn)高于同期能源消費總量6.5%的增速[7]。中國的天然氣市場正處于蓬勃發(fā)展時期，且眾多“煤改氣”“油改氣”等項目在持續(xù)推進(jìn)，其消費需求不斷攀升。但2060 年碳中和目標(biāo)所要求的強(qiáng)化減排，將對未來天然氣發(fā)展產(chǎn)生諸多不確定影響，天然氣需求有可能很快達(dá)峰回落。因此，為了解碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下天然氣發(fā)展前景，筆者根據(jù)現(xiàn)有的研究假設(shè)，通過量化預(yù)估的方式來探討未來天然氣發(fā)展的基本趨勢。

大氣中CO2濃度是碳源排放和碳匯吸收兩者相平衡的結(jié)果。《聯(lián)合國氣候變化框架公約》（UNFCCC）將碳源定義為向大氣中釋放CO2的過程、活動或機(jī)制，大氣中的CO2主要由人為活動導(dǎo)致的化石燃料燃燒產(chǎn)生；UNFCCC 將碳匯定義為從大氣中清除CO2的過程、活動或機(jī)制，碳匯主要包括森林碳匯和海洋碳匯。隨著技術(shù)的發(fā)展，還可以通過捕獲化石燃料和生物質(zhì)能燃燒釋放的CO2并將其存儲在地下的負(fù)碳技術(shù)，即碳捕獲封存（Carbon Capture and Storage, CCS）來完成碳匯。因此，未來的碳匯主要由三個部分組成，陸地碳匯、海洋碳匯以及CCS 碳匯。碳匯相比碳源更不易因人為因素的驅(qū)動而產(chǎn)生改變，更容易對其進(jìn)行估算。因此，筆者通過估算碳匯的方式來得到2060 年的碳源量，與現(xiàn)有的排放情形進(jìn)行對比，由此分析中國碳減排的基本發(fā)展趨勢，并結(jié)合碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下化石能源的消費結(jié)構(gòu)，倒推預(yù)估2060 年天然氣消費量，由此量化探討其發(fā)展前景。

筆者梳理了現(xiàn)有對碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下能源轉(zhuǎn)型的相關(guān)研究，總結(jié)不同能源發(fā)展假設(shè)情景，并根據(jù)相關(guān)情景中提供的數(shù)據(jù)計算在不同假設(shè)情景下CO2的排放量以及天然氣消費情況。

2.2.1 情景一：《中國長期低碳發(fā)展戰(zhàn)略與轉(zhuǎn)型路徑研究》——清華大學(xué)氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院[5]

該研究強(qiáng)調(diào)，中國2060 年實現(xiàn)碳中和本質(zhì)上就是實現(xiàn)1.5 ℃目標(biāo)為導(dǎo)向的長期深度脫碳轉(zhuǎn)型路徑。因而2060 年碳中和情形下的能源發(fā)展情況可視作與實現(xiàn)1.5 ℃能源轉(zhuǎn)型的情況相同。該研究中1.5 ℃目標(biāo)導(dǎo)向下CO2凈零排放情景的一次能源消費構(gòu)成的基本情況為：到2050 年，非化石能源占比超過85%，煤炭比例將低于5%。該情景下的碳匯量情況為：陸地碳匯量7.8×108t CO2（本文碳匯量均指CO2），CCS 碳匯量8.8×108t。

其他相關(guān)研究顯示中國海洋每年可從大氣中吸收約2.4×108t CO2[8]，由此可以估算2060 年由陸地、海洋和CCS 碳匯量組成的中國碳匯總量約為19×108t。碳中和情形下，CO2排放量同樣為19×108t。1.5 ℃目標(biāo)導(dǎo)向下，2050 年一次能源消費比例構(gòu)成顯示，化石能源消費約占一次能源總量的15%，其中煤炭占比為5%左右，石油與天然氣則共占比10%，假設(shè)石油與天然氣消費量相同，則天然氣消費量占比約為5%。該一次能源消費結(jié)構(gòu)可視作碳中和情景下的一次能源消費結(jié)構(gòu)，并假設(shè)碳排放均由化石燃料燃燒產(chǎn)生，結(jié)合碳排放系數(shù)，通過計算可以預(yù)估得到2060 年天然氣消費量約為2 200×108m3。2.2.2 情景二：《2060 年碳中和目標(biāo)下的低碳能源轉(zhuǎn)型情景分析》——清華大學(xué)能源環(huán)境經(jīng)濟(jì)研究所[6]

該研究就2060 年碳中和情景下的一次能源消費總量以及各能源消費量給出了較為明確的數(shù)值：一次能源消費總量約為47×108t 標(biāo)準(zhǔn)煤，非化石能源消費占一次能源消費的比例為81%，煤炭消費占比7%，石油消費占比8%，天然氣消費占比4%。根據(jù)該預(yù)估值，計算該情景下2060 年中國的CO2排放量約為20×108t，天然氣消費量約為1 400×108m3。該研究中并未就陸地與海洋碳匯量給出明確的數(shù)據(jù)，但就2060 年碳中和情景下的CCS 碳匯量給出了與情景一不同的假設(shè)，該研究預(yù)估2060 年中國CCS 碳匯量將達(dá)16×108t。由此可知該情景下的陸地與海洋碳匯量的和約為4×108t。

2.2.3 情景三：最大化碳匯量情景

為最大化地討論碳中和情景下可容納的碳排放量與天然氣消費情況，在不同碳匯類型下取當(dāng)前最大碳匯量，以組成情景三：最大化碳匯量情景，由此了解達(dá)成碳中和目標(biāo)所允許的最寬松減排力度。

陸地碳匯量除情景一和情景二的值外，中國科學(xué)院大氣物理研究所的相關(guān)研究結(jié)果顯示：中國陸地生態(tài)系統(tǒng)年均吸收CO2約11.1×108t[9]，要大于上述兩情景中的碳匯量，因此該情景中的陸地碳匯量取11.1×108t，海洋碳匯量取情景一中的2.4×108t，CCS 碳匯量取情景二中的16×108t，最后組成情景三的碳匯總量為29.5×108t。表2 總結(jié)了2060 年不同情景下的碳匯量組成情況。

碳中和情景下，碳排放量同樣為29.5×108t。這是就當(dāng)前研究資料和發(fā)展情況而言，碳中和所允許的最大碳排放。由于該情景下并無與2060 年一次能源消費結(jié)構(gòu)相關(guān)的支撐資料，所以分別利用情景一與情景二中的一次能源消費結(jié)構(gòu)，結(jié)合碳排放系數(shù)來計算當(dāng)達(dá)成碳中和，碳排放量達(dá)到29.5×108t 時，天然氣的消費量情況，并得到以下結(jié)果。

表2 2060 年不同情景下的碳匯量情況表 單位：108 t

1）利用情景一中的一次能源消費結(jié)構(gòu)：煤炭、石油和天然氣占一次能源消費的比例均為5%。經(jīng)計算，最大化碳匯量情景下，2060 年達(dá)成碳中和時天然氣的消費量為3 400×108m3。

2）利用情景二中的一次能源消費結(jié)構(gòu)：煤炭消費在一次能源消費中的占比為7%，石油占比8%，天然氣占比4%。經(jīng)計算，最大化碳匯量情景下，2060年達(dá)成碳中和時天然氣的消費量為2 000×108m3。

不同情景下碳排放量與天然氣消費量變化趨勢如圖3 所示。IEA 公布的2019 年中國碳排放總量為98×108t，由上述碳中和導(dǎo)向下不同能源消費情景的碳排放情況可知，中國需要在40 年內(nèi)減排70×108～80×108t CO2，才可以在2060 年實現(xiàn)碳中和，中國將面臨前所未有的減排壓力。2019 年，中國天然氣表觀消費量為3 064×108m3，由圖3 可知，在情景一、情景二和情景三1 中，2060 年碳中和情景下的天然氣消費總量將比2019 年下降1/3 左右，而情景三2 中的天然氣消費量則略高于2019 年。在不同情景下，天然氣消費量在達(dá)峰后的趨勢變化存在較大差異，但整體呈現(xiàn)達(dá)峰后下降的變化趨勢。這表明，在碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下以可再生能源為主體的新興能源體系中，天然氣的發(fā)展空間將明顯受限，其作為清潔能源的發(fā)展優(yōu)勢也得不到充分體現(xiàn)。因此，如何在有限的時間與空間內(nèi)，發(fā)揮出其作為清潔能源的最大價值，積極助力碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)，是天然氣行業(yè)務(wù)須關(guān)注的問題。

圖3 碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下CO2 排放量和天然氣消費量在不同情景中的發(fā)展趨勢圖

3 碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下天然氣發(fā)展多情景構(gòu)想

上述情景所預(yù)估的碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下的一次能源消費情況雖有所差別，但其所表示的能源發(fā)展基本走勢是一致的，均呈現(xiàn)煤炭消費比例顯著下降，非化石能源消費比例大幅提升，天然氣消費先升后降的情形。這是目前對未來能源變革前景的主流預(yù)測，也是實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的最根本途徑。但除此之外，能源的發(fā)展進(jìn)程會受諸多不確定因素的影響，因此一次能源消費可能存在其他的發(fā)展趨勢。天然氣作為清潔高效的低碳化石能源，在現(xiàn)階段減煤進(jìn)程中發(fā)揮著重要作用，也是中國能源體系從化石能源向可再生能源過渡過程中可以直面能源需求的重要選項。因此，碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下的能源改革進(jìn)程中，天然氣消費很可能會呈持續(xù)增長的態(tài)勢，在新興能源體系中占據(jù)一席之地。由此本節(jié)就未來能源消費結(jié)構(gòu)設(shè)置多個假設(shè)情景，來分析在不同情景下天然氣的發(fā)展前景，探尋可支持碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下天然氣消費持續(xù)增長的能源消費結(jié)構(gòu)。

3.1 數(shù)據(jù)設(shè)置

在2.2 節(jié)情景二的研究中，給出了2060 年碳中和情景下一次能源消費的預(yù)估量，為47×108t 標(biāo)準(zhǔn)煤，以及2030 年碳達(dá)峰時天然氣消費的預(yù)估量為 5 200×108m3，約占一次能源消費的13%，因此，筆者利用情景二中所給出的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的預(yù)估研究。為最大化地考慮天然氣的未來發(fā)展空間，本節(jié)假設(shè)情景中所用到的2060 年的碳排放量為上述3種情景中的最大碳排放量計算結(jié)果，即29.5×108t。

3.2 情景構(gòu)想

3.2.1 情景A（極端情景）：煤炭與石油消費量為0

在極端情景中，到2060 年達(dá)成碳中和時，煤炭與石油的消費量降為0，2060 年所有的碳排放均由天然氣消費產(chǎn)生。根據(jù)2060年的碳排放量29.5×108t， 結(jié)合碳排放系數(shù)，計算2060 年天然氣消費量約為 14 000×108m3，占一次能源消費的近40%，非化石能源消費將占比60%。在此情景下天然氣擁有最大化的發(fā)展空間。

3.2.2 情景B：煤炭與石油消費在一次能源消費中占比均為5%

在該情景中，煤炭與石油消費量顯著下降，在2060 年碳中和時均占一次能源消費的5%。根據(jù)碳排放量與碳排放系數(shù)，可以計算得到在該情景下，2060年天然氣消費量約為8 500×108m3，占一次能源消費的25%，則非化石能源消費占比為65%。在此情景下，天然氣與現(xiàn)在相比有近2 倍的發(fā)展空間，并且大幅度高于碳達(dá)峰時的消費量，具有十分樂觀的發(fā)展前景。

3.2.3 情景C：煤炭與石油消費在一次能源消費中占比均為8%

在該情景中，煤炭與石油消費持續(xù)下降，在2060 年碳中和時均占一次能源消費的8%。根據(jù)2060 年的一次能源消費量與碳排放系數(shù)，計算得到2060 年天然氣消費量在該情景下約為5 400×108m3，在一次能源消費中占比近16%，非化石能源消費則占比為68%。在此情景下，天然氣與現(xiàn)有情況相比有近1 倍的發(fā)展空間，與碳達(dá)峰時的消費量幾乎持平，有較為可觀的發(fā)展前景。

3.2.4 情景D：煤炭與石油消費在一次能源消費中占比均為10%

該情景下煤炭與石油消費均占一次能源消費的10%，結(jié)合碳排放量與碳排放系數(shù)，計算得到2060年碳中和情形下天然氣的消費量約為3 300×108m3，占一次能源消費的比例為10%，則非化石能源消費占比70%。該情景下天然氣消費占一次能源的比重小于2030 年碳達(dá)峰時的13%，這表明該情景下天然氣消費在達(dá)峰后開始下降。因此，若要保證天然氣在碳中和情景下有可觀的發(fā)展前景，保持上漲的趨勢，則需保證煤炭和石油消費占一次能源的比例不能超過8%。圖4、5 展現(xiàn)了不同情景下的天然氣消費發(fā)展趨勢以及2060 年一次能源的消費結(jié)構(gòu)情況。

圖5 2060 年不同情景下的一次能源消費結(jié)構(gòu)圖

上述各情景的設(shè)置是基于現(xiàn)有碳中和研究資料和能源發(fā)展情況對未來天然氣消費預(yù)估的假設(shè)性討論。該討論中天然氣未來的消費情況主要取決于達(dá)成碳中和時的碳排放量，若碳排放量有更為顯著的下降，留給化石能源的消費空間則更為緊缺，天然氣的發(fā)展也將受到約束，要保持其消費的持續(xù)增長是十分困難的。同時，該討論也提供了一個天然氣未來發(fā)展的臨界情況，即煤炭與石油消費占一次能源比例均不超過8%時，在達(dá)成碳中和所允許的最大化碳排放情況下，天然氣消費將持續(xù)增長，該結(jié)果可為以追求天然氣最大發(fā)展空間為目標(biāo)的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整提供一定的參考。碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下的化石能源消費下降是能源發(fā)展的必然趨勢，天然氣作為清潔的化石能源，較之于煤炭與石油有著相對樂觀的發(fā)展前景，但仍需積極探索更高質(zhì)量的發(fā)展路徑，才能保留其在碳中和能源大變革進(jìn)程中的一席之地。

4 碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下天然氣產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)路徑

4.1 不同前景下天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點

碳中和即為大氣中碳源和碳匯達(dá)到均衡的一個狀態(tài)。據(jù)IEA 統(tǒng)計，2019 年世界能源活動導(dǎo)致的CO2排放量為330×108t[10]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碳匯量，由此導(dǎo)致大氣中CO2過剩，引起氣候變化等一系列問題。所以，要實現(xiàn)碳中和，最根本路徑就是要降低碳源的排放。前文所討論的天然氣發(fā)展前景可根據(jù)天然氣消費的發(fā)展趨勢大致分為兩類，一類是達(dá)峰后下降（情景一、二、三、D），另一類是未達(dá)峰持續(xù)上升（情景A、B、C）。天然氣產(chǎn)業(yè)在碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下的實現(xiàn)路徑主要涉及上游生產(chǎn)、貿(mào)易運輸和下游消費三個方面，其面臨的發(fā)展前景不同，所對應(yīng)實現(xiàn)路徑的方向與重點也有所不同，但都應(yīng)圍繞降低碳源這一根本路徑展開。

在第一類天然氣發(fā)展前景中，天然氣需求市場的發(fā)展空間有所萎縮，消費量在達(dá)峰后開始下降。下降的原因可能包括產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，高能耗行業(yè)被逐步淘汰，以及非化石能源在天然氣主要消費行業(yè)逐步取代天然氣等等。因此，在碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下的能源改革進(jìn)程中，天然氣需積極探索更為有效的低碳轉(zhuǎn)型路徑，尋求更高質(zhì)量的發(fā)展，在并不寬裕的發(fā)展空間中發(fā)揮最大的效用，這就需要從全產(chǎn)業(yè)鏈的角度來思考減排。以液化天然氣（LNG）為例，對LNG 全過程碳排放的統(tǒng)計研究結(jié)果可知，75%的碳排放源自于LNG 終端消費，而上游生產(chǎn)液化產(chǎn)生的碳排放占比15%，海運占比3%左右[11]。由此可見，想要實現(xiàn)天然氣的高質(zhì)量發(fā)展，不僅要保證下游消費的低碳化，還應(yīng)在天然氣開發(fā)及貿(mào)易運輸過程中保持零碳運營，實現(xiàn)天然氣發(fā)展的全過程清潔化。因此，在天然氣達(dá)峰后下降的情景中，天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點應(yīng)在上游生產(chǎn)端加強(qiáng)對碳源的控制，在貿(mào)易運輸端積極探索更為低碳的貿(mào)易方式。

中國天然氣下游消費的主要行業(yè)包括工業(yè)燃料、城市燃?xì)?、發(fā)電以及化工四個方面，在天然氣消費達(dá)峰后下降的情景下，天然氣需求市場空間受限，主要用氣行業(yè)也會相應(yīng)萎縮。2.2 節(jié)情景一中1.5 ℃目標(biāo)導(dǎo)向下的低碳轉(zhuǎn)型路徑研究強(qiáng)調(diào)，到2050 年，非化石電力在總電量中的比例將超過90%。因此，在發(fā)電行業(yè)中，燃?xì)獍l(fā)電將被可再生能源發(fā)電大規(guī)模取代，電力行業(yè)也會成為主要用氣行業(yè)中萎縮幅度最大的行業(yè)。在工業(yè)及城市燃?xì)夥矫妫烊粴庾鋈剂系那闆r下，則有可能會被新興燃料或者電力所替代，因此，這兩個行業(yè)也存在用氣量萎縮的可能。而在化工行業(yè)天然氣主要作化工原料來使用，被大規(guī)模替代的可能性較低，所以在化工行業(yè)仍會為天然氣留有一定的發(fā)展空間。

在第二類天然氣發(fā)展前景中，能源需求市場仍為天然氣留有一定的發(fā)展空間，其消費量保持上漲趨勢。該前景下天然氣的發(fā)展應(yīng)以提高消費比例、釋放發(fā)展?jié)撃転橹攸c。并且，天然氣作為清潔高效的低碳化石能源，其消費比重的增加，對煤炭替代力度的加大，對于中國這樣以煤炭等高碳化石能源為主的能源消費結(jié)構(gòu)以及碳排放現(xiàn)狀來說就是在降低碳源。但截至目前，中國天然氣消費占一次能源比例仍不足10%，遠(yuǎn)低于世界平均水平，在各個行業(yè)都留存有較大的發(fā)展空間。中國的天然氣主要終端市場分為工業(yè)燃料終端、居民用氣終端、發(fā)電終端和化工終端四大部分。因此，可加大天然氣在主要用氣終端的使用量，由此在下游消費方面促進(jìn)碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)。

根據(jù)上述分析，天然氣產(chǎn)業(yè)在不同前景下發(fā)展的重點與措施如圖6 所示。

4.2 碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑

4.2.1 上游生產(chǎn)

碳中和概念狹義上指的是CO2，更為寬泛的則指溫室氣體，據(jù)IEA 的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，世界溫室氣體排放的73%來自CO2，而占比27%的非CO2溫室氣體同樣對大氣產(chǎn)生著巨大影響。甲烷在非CO2溫室氣體中占據(jù)較大比例，是天然氣的主要成分?？諝庵械募淄橹饕獊碓从谟蜌忾_采和儲運過程中的泄漏，同時農(nóng)業(yè)活動中也會產(chǎn)生甲烷排放。據(jù)IEA 統(tǒng)計，2018年全球甲烷排放量為5.7×108t，相當(dāng)于171×108t CO2。甲烷在百年尺度上增溫潛勢是CO2的21 倍左右, 是實現(xiàn)有效減排需要著重控制的一類溫室氣體[12]。目前，有關(guān)甲烷治理的關(guān)注度在全球范圍內(nèi)一直不低，英國石油公司和意大利埃尼集團(tuán)等都將“減少甲烷”定為實現(xiàn)凈零排放的目標(biāo)之一。

對于天然氣行業(yè)來說，僅天然氣生產(chǎn)過程中排放的甲烷就超過全球油氣行業(yè)的50%。為實現(xiàn)天然氣的高質(zhì)量發(fā)展，需有效控制天然氣開采過程中的甲烷排放，并將其作為天然氣生產(chǎn)方面減碳措施的重點。這要求各參與主體共同努力：①政府應(yīng)加大有關(guān)甲烷逃逸控制的政策與資金支持；②企業(yè)應(yīng)積極探索科學(xué)有效的控制技術(shù)，減少天然氣開采過程中的甲烷逃逸，開發(fā)逃逸檢測監(jiān)視系統(tǒng)，使更多的甲烷泄漏能夠被發(fā)現(xiàn)并及時修復(fù)；③天然氣開采過程中的用能也會產(chǎn)生碳排放，因此生產(chǎn)用能（主要為電力）應(yīng)以可再生能源為主，以保證上游生產(chǎn)的全過程清潔化。天然氣的低碳清潔供應(yīng)，可使天然氣行業(yè)整體清潔化提高，讓兼顧減少碳排放和能源供給保障的天然氣發(fā)揮出更大的效用，更大程度上減少中國能源消費產(chǎn)生的碳源總量。

4.2.2 貿(mào)易運輸

天然氣雖為清潔的化石能源，但其在開采、處理、儲運及終端利用等方面仍然會有不少的碳排放產(chǎn)生。為實現(xiàn)天然氣貿(mào)易全過程清潔化，碳中和LNG 應(yīng)運而生，成為天然氣貿(mào)易碳中和的現(xiàn)實發(fā)展路徑以及未來能源組合的重要組成部分。碳中和LNG 是基于碳中和的基本原理，利用自主開發(fā)或購買的碳信用額，對LNG 全生命周期的碳排放進(jìn)行抵消[13]。具體包括“碳匯抵補(bǔ)”等概念的實施，即出口商通過種樹、參與可再生能源開發(fā)項目等，來補(bǔ)償LNG 在下游使用中產(chǎn)生的碳排放。碳中和LNG 將“碳中和”“凈零排放”等理念引入了天然氣貿(mào)易當(dāng)中，可進(jìn)一步挖掘天然氣這一清潔能源的環(huán)保價值，為天然氣貿(mào)易發(fā)展提供一種更為全面的清潔能源方案，積極促進(jìn)了天然氣行業(yè)在應(yīng)對氣候變化背景下的可持續(xù)發(fā)展。

但由于碳中和LNG 是能源市場的新興事物，國內(nèi)還未對碳中和LNG 概念進(jìn)行廣泛的普及，外加碳中和LNG 不能為下游買家?guī)碛行У慕?jīng)濟(jì)效益，導(dǎo)致目前國內(nèi)市場對其接受度非常有限。但隨著中國2060 年實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的提出，國內(nèi)能源終端消費者對綠色環(huán)保、節(jié)能減排的意識會逐漸提高，由此碳中和LNG 為下游買家企業(yè)帶來的社會效益也會逐步顯現(xiàn)，會為其企業(yè)形象、信用評級等帶來積極的社會聯(lián)動效應(yīng)。同時也會促進(jìn)由多方參與的碳排放約束和交易機(jī)制的完善，包括政府對相關(guān)政策的引導(dǎo)和監(jiān)管，上游供應(yīng)商對核算信息的公開，下游買家對運營能力的提升等等。將碳中和LNG 發(fā)展成為可持續(xù)業(yè)務(wù)，是碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下天然氣高質(zhì)量發(fā)展的重要組成部分，對加速中國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，保障能源交易市場的積極健康發(fā)展具有重要的意義。

4.2.3 下游消費

4.2.3.1 發(fā)電終端

電力行業(yè)是中國碳排放的最主要來源，占據(jù)總排放量的41%，面臨主動控制碳排放和2060 年碳中和的新形勢，亟須科學(xué)應(yīng)對[14]。目前中國的電力結(jié)構(gòu)仍以火力發(fā)電為主，2019 年中國火力發(fā)電量為 50 465×108kW·h，占發(fā)電總量的68.88%，其中燃煤發(fā)電占90.24%，燃?xì)獍l(fā)電占4.61%，由此導(dǎo)致電力行業(yè)成為碳排放的主要行業(yè)。因此，在目前中國以火力發(fā)電為主導(dǎo)的發(fā)電結(jié)構(gòu)下，除了擴(kuò)大非化石能源發(fā)電比例外，加快促進(jìn)火力發(fā)電減排才是實現(xiàn)電力行業(yè)清潔化發(fā)展的重要路徑，“以氣代煤”應(yīng)成為火力發(fā)電的主要發(fā)展趨勢。

中國燃?xì)獍l(fā)電起始于20 世紀(jì)60 年代，但發(fā)展速度極其緩慢，隨著資源環(huán)境約束的日益加劇以及天然氣產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，截至2019 年底，中國燃?xì)獍l(fā)電裝機(jī)容量已突破0.9×108kW，但仍僅占全國總裝機(jī)容量的4.5%[15]。主要是由于中國本土已探明天然氣儲量有限，對外依存度較大，燃?xì)獍l(fā)電得不到充足的資源支持；另外中國并未完全掌握燃?xì)獍l(fā)電的核心技術(shù)，導(dǎo)致天然氣電廠容量增加受限。因此，為實現(xiàn)碳中和目標(biāo)，應(yīng)擴(kuò)大燃?xì)鈱θ济喊l(fā)電的替代力度，這要求中國要加大天然氣自主開發(fā)力度，拓寬進(jìn)口渠道，保障燃?xì)赓Y源供應(yīng)，與此同時，還應(yīng)加大科技創(chuàng)新力度，提升燃?xì)廨啓C(jī)國產(chǎn)化水平，擴(kuò)大天然氣發(fā)電裝機(jī)容量[16]。除此之外，天然氣發(fā)電并非沒有CO2產(chǎn)生，只是相較于燃煤發(fā)電來說碳排放更少更為清潔，因此還需大力發(fā)展CCS 技術(shù)，將發(fā)電所產(chǎn)生的CO2收集儲存起來，從而實現(xiàn)電力供應(yīng)的全過程清潔化。

4.2.3.2 工業(yè)燃料終端

工業(yè)用氣是天然氣消費的主力，2019 年，工業(yè)用天然氣占全國用氣量的35%。同時，工業(yè)也是碳排放產(chǎn)生的主要行業(yè)，主要來源于高能耗產(chǎn)品如鋼鐵、水泥、玻璃、陶瓷等產(chǎn)品的制造過程，據(jù)統(tǒng)計，2019 年僅鋼鐵工業(yè)的碳排放就約占全國碳排放總量的15%[17]。工業(yè)領(lǐng)域碳排放包括一次能源燃燒產(chǎn)生的碳排放和工業(yè)生產(chǎn)過程中通過化學(xué)或物理過程產(chǎn)生的碳排放兩個部分。其中，工業(yè)化石能源燃燒的碳排放占工業(yè)領(lǐng)域碳排放總量的80%以上[18]。因此，工業(yè)領(lǐng)域的減排路徑同樣是需要減少高碳化石能源的燃燒，提高天然氣和可再生能源等清潔能源的使用比例。雖然目前工業(yè)占據(jù)天然氣消費的較大比例，但由于天然氣使用比例總體偏低，現(xiàn)有的工業(yè)用氣改變不了工業(yè)碳排放的局面。所以，根本路徑仍是需要加大天然氣消費的市場占有率，大面積涵蓋高能耗制造業(yè)，并加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，降低高耗能部門在工業(yè)整體中的占比，積極推動中國工業(yè)的清潔化發(fā)展。

4.2.3.3 居民用氣終端

中國與其他國家相比，居民用散煤量占煤炭總量的比例非常大，且散煤燃燒排放的污染物約為電煤的10 ～20 倍，對空氣質(zhì)量的影響極大[19]。近年來“煤改氣”“煤改電”等政策的實施已有效改善了散煤燃燒的影響，居民用氣也隨之增加。但受到國內(nèi)天然氣供應(yīng)不足、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后及相關(guān)政策不健全等因素的影響，“煤改氣”節(jié)奏開始放緩，散煤復(fù)燒的現(xiàn)象開始出現(xiàn)。碳中和目標(biāo)的提出再一次強(qiáng)化了節(jié)能減排的決心，天然氣行業(yè)需加強(qiáng)供應(yīng)穩(wěn)定，加快基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加速天然氣價格市場化，為“煤改氣”政策的順利實施、減碳目標(biāo)的達(dá)成提供保障。

4.2.3.4 化工終端

化工終端的用氣需求主要是利用天然氣做化工原料。隨著CCS 技術(shù)的普及和發(fā)展，CCS 與天然氣化工的結(jié)合，由此發(fā)展出的“天然氣制藍(lán)氫”業(yè)務(wù)，將在提高天然氣消費和減少碳排放方面發(fā)揮重要作用。氫能是世界上最干凈的能源，資源豐富，可持續(xù)發(fā)展，是未來能源發(fā)展的新方向。氫氣可由化石燃料產(chǎn)生，主要來源是天然氣，其生產(chǎn)過程會伴生大量的CO2，通過CCS技術(shù)將其產(chǎn)生的CO2捕獲封存，這樣產(chǎn)生的氫氣稱為“藍(lán)氫”?！八{(lán)氫”的發(fā)展可極大拓寬天然氣在化工領(lǐng)域的發(fā)展渠道，提高制氫過程清潔化，并產(chǎn)生新能源氫能，可多方面促進(jìn)碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)。

5 結(jié)論

1）對于天然氣發(fā)展前景的探討主要分為兩個方面：①基于國際能源機(jī)構(gòu)所公布能源展望中的預(yù)測情景，探討了基于現(xiàn)有預(yù)測數(shù)據(jù)，不考慮碳中和目標(biāo)下的未來能源消費結(jié)構(gòu)，并判定目前天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情形及速度，對碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)并不能起到顯著的積極作用；②依據(jù)現(xiàn)有碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下能源轉(zhuǎn)型路徑的相關(guān)研究，量化預(yù)估不同假設(shè)情景中2060 年的碳排放量及天然氣消費情況，經(jīng)計算，在現(xiàn)有研究的假設(shè)情景下，直至2060 年，中國需減排70×108～80×108t CO2來達(dá)成碳中和目標(biāo)，天然氣消費也呈達(dá)峰后大幅下降的趨勢。

2）為全面探討天然氣發(fā)展前景，就天然氣消費未達(dá)峰持續(xù)上升的情況設(shè)置了多個情景構(gòu)想，并預(yù)估不同情景下天然氣消費發(fā)展情況。計算結(jié)果顯示，在2060 年，煤炭和石油消費占一次能源消費比例均不超過8%時，天然氣將擁有較為可觀的發(fā)展前景，消費量會保持上漲趨勢。

3）從天然氣上游生產(chǎn)、貿(mào)易運輸與下游消費3個方面探討了碳中和目標(biāo)下天然氣產(chǎn)業(yè)的實現(xiàn)路徑，并根據(jù)未來天然氣消費情況，將碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下的天然氣發(fā)展前景分為消費量在達(dá)峰后下降和未達(dá)峰持續(xù)上升兩種情景。在達(dá)峰后下降的情景中，強(qiáng)調(diào)天然氣應(yīng)以探索更為有效的低碳轉(zhuǎn)型路徑，尋求更高質(zhì)量的發(fā)展為重點，實現(xiàn)路徑主要側(cè)重于在上游生產(chǎn)端降低碳源排放，在貿(mào)易運輸端促進(jìn)碳中和LNG 等貿(mào)易行為的可持續(xù)發(fā)展；在未達(dá)峰持續(xù)上升的情景中，強(qiáng)調(diào)天然氣發(fā)展應(yīng)以提高其消費比例、釋放發(fā)展?jié)撃転橹攸c，實現(xiàn)路徑側(cè)重于在主要用氣行業(yè)加速提高天然氣使用量，以及在主要碳排放產(chǎn)生行業(yè)利用天然氣進(jìn)行高碳化石能源替代，以此降低碳源總量。

4）碳中和目標(biāo)的提出增加了天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不確定性，只有多參與主體共同努力，積極促進(jìn)天然氣產(chǎn)業(yè)全過程清潔化，才能為天然氣在能源大變革進(jìn)程中開辟出一條可持續(xù)發(fā)展道路。