嚴(yán)陸光，黃常綱，譚宗穎，馮 霞

(1.中國科學(xué)院電工研究所，北京100190;2.中國科學(xué)院文獻情報中心，北京100190;3.中國科學(xué)院院士工作局，北京100864)

1 前言

我國一次能源消耗長期以來一直以化石能源為主，煤約占我國能源消費總量的70%、石油約20%、天然氣約3%，如圖1所示。能源消耗仍在急劇增長，2020年前，雖化石能源所占份額將有所下降，但其數(shù)量還在增長，難以改變能源消耗以化石能源為主的局面。保證我國化石能源可靠安全的供應(yīng)仍是我國能源工作的重要方面。

圖1 我國化石能源占能源消費總量的比重Fig.1 Percentage of fossil energy in total energy consumption in China

化石能源的大量使用面臨著資源逐漸耗竭、環(huán)境污染嚴(yán)重與二氧化碳溫室氣體排放，以及開采、運輸、儲存等一系列重大問題，引起了全世界廣泛重視。鑒于化石能源使用仍在繼續(xù)增長，保證其生產(chǎn)與儲運的安全也是全國人民關(guān)注的一件大事。國家領(lǐng)導(dǎo)與安全監(jiān)管機構(gòu)十分重視有關(guān)安全問題，中國科學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)提出希望有關(guān)院士與專家能對有關(guān)安全科技問題進行研究，提出咨詢建議。

在以往的長期工作中，有一些院士與專家積極參加和主持過我國化石能源的研發(fā)、規(guī)劃和發(fā)展戰(zhàn)略研究，以及化學(xué)能源生產(chǎn)與儲運過程中的安全工作，在學(xué)部咨委會領(lǐng)導(dǎo)下，由院士工作局協(xié)助動員組織了部分院士專家共十余人進行多方面安全問題的深入調(diào)查和研究，提出加強我國化石能源生產(chǎn)與儲運過程中的安全工作的咨詢建議，力爭為國家今后的部署發(fā)揮一定作用。

2 我國近期化石能源發(fā)展的展望與特點

化石能源包括煤炭、石油與天然氣三大類，是20世紀(jì)人類消耗的主要能源。根據(jù)“中國統(tǒng)計年鑒”［1］多年來正式發(fā)表的統(tǒng)計數(shù)據(jù)及中國能源研究會2010年7月發(fā)表的“中國能源戰(zhàn)略”及‘十二·五’能源發(fā)展論壇文集”［2］中有關(guān)文章報道及一些報刊中公布的重要數(shù)據(jù)，表1～表4中分別匯總了“我國一次能源消費總量及構(gòu)成的發(fā)展”;“我國煤炭的發(fā)展”;“我國石油的發(fā)展”和“我國天然氣與油氣管道的發(fā)展”四個方面在1978年 ～2010年的簡要數(shù)據(jù)，并給出了2020年的預(yù)期值。

表1 我國一次能源消費總量及構(gòu)成的發(fā)展Tab.1 Total primary energy consumption and it’s composition in China

表2 我國煤炭的發(fā)展Tab.2 Coal development in China

表3 我國石油的發(fā)展Tab.3 Petroleum development in China

表4 我國天然氣與油氣管道的發(fā)展Tab.4 Development of pipeline for petroleum and natural gas

對未來一次能源需求的預(yù)測，因其與國家經(jīng)濟和社會的發(fā)展速度、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整、強化節(jié)能的效果、能源供應(yīng)的能力等一系列因素有關(guān)，其預(yù)測值相差較大。我們從各種估計與討論中，選取了看來可能比較接近實際的預(yù)期值，即:全國一次能源年總能耗將由2010年的32億噸標(biāo)煤增至2020年的約45億噸標(biāo)煤，年均增長約 1.3億噸標(biāo)煤，比 2001～2010年的年均增長1.8億噸標(biāo)煤明顯下降。煤炭年總產(chǎn)量將由2010年的32億噸，最少增至2020年的40億噸以上，其在全國一次能源中的份額將由69%降至約60%。石油的年總消耗量將由2010年4.4億噸最少增至約5.5億噸，其份額將大體保持恒定，略有下降至約17%。天然氣年總消耗量將由約1000億 m3上升至約3000億 m3，其份額將有明顯增長，由約4%增至約8%。核電與可再生能源的份額將由2010年的9%增至2020年的約15%。

由上述各表數(shù)據(jù)與預(yù)測可以看出，我國未來十年化石能源發(fā)展的主要特點是:

(1)煤炭一直是我國的主要一次能源，自1978年以來，其所占能源消費總量中的份額約在70%以上，主要靠國內(nèi)生產(chǎn)。2010年年產(chǎn)量已達32億噸，約合22億噸標(biāo)煤，如圖2所示。

圖2 我國一次能源的年消耗總量Fig.2 Primary energy consumption in China

雖然我國煤炭資源相對比較豐富，價格比較便宜，國內(nèi)繼續(xù)增大煤炭產(chǎn)量的積極性很高，但由于:①資源有限，不可再生，要考慮能在長時間內(nèi)保持應(yīng)有的重要作用。②產(chǎn)量增長應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)，以避免發(fā)生煤炭質(zhì)量下降、生態(tài)環(huán)境惡化及運輸、安全等一系列重大問題。③煤炭消費引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境污染。④煤炭消費導(dǎo)致二氧化碳等溫室氣體的大量排放，成為全球氣候變暖的重要因素。經(jīng)過多方面的研究探討，形成的大致共識是:我國煤的年產(chǎn)量可繼續(xù)增長至年產(chǎn)約40億噸的峰值，然后大體保持穩(wěn)定，期望能繼續(xù)作為主要能源供應(yīng)百年以上。這樣，其在一次能源供應(yīng)中的份額將由當(dāng)前的70%降至2050年的約40%。在近期內(nèi)(至2020年)，煤炭的份額雖已開始下降，由70%降至約60%，但其年產(chǎn)量還將以年增近億噸的速率繼續(xù)上升，估計達到約40億噸/年的峰值后才會比較穩(wěn)定。保證煤炭可靠安全地供應(yīng)仍是化石能源發(fā)展的主要任務(wù)。

(2)我國石油的年消耗量在2010年已達4.4億噸，2000～2010年的年增耗量近0.2億噸，由于交通運輸?shù)母咚侔l(fā)展，即使積極采取石油替代能源與節(jié)油措施，估計2020年的年耗量也將在5.5億噸以上，其在一次能源中的份額將大體保持穩(wěn)定，可能略微下降至17%。由于資源與開采能力的限制，十一·五期間我國石油的年生產(chǎn)量在1.8～2.0億噸，增長緩慢，由1993年起我國已成為石油凈進口國，2010年進口比例達55%，對外依存度明顯增長，因此保障石油供應(yīng)成為我國能源安全的首要問題。如圖3所示。估計到2020年我國原油產(chǎn)量將在2～2.5億噸之間，對外依存度仍將繼續(xù)上升。任何一個陸上油田的年產(chǎn)量每年可能含有4%～6%的衰減，我國陸上部分油田正經(jīng)歷著這種煎熬。要增大國內(nèi)石油生產(chǎn)，以減小對進口的依賴，近年來，對海洋石油的勘探開發(fā)引起了注意，我國南海深水區(qū)域總資源量達到500多億噸，已有在2020年建立年產(chǎn)5000萬噸的“深水大慶”的建議。如果海洋石油勘探開發(fā)獲得成功，則有可能將我國石油對外依存度控制在60%以內(nèi)，有效解決保障石油供應(yīng)的能源安全問題。海洋石油勘探開發(fā)將是近期應(yīng)大力加強的重要任務(wù)。

圖3 我國石油的生產(chǎn)量和消費量Fig.3 Petroleum production and consumption in China

(3)近年來，我國天然氣得到了良好的發(fā)展，處于快速發(fā)展時期。年耗量每年增加近100億 m3，2010年全年耗量已達1000億m3，占我國一次能源份額約4%，主要依靠國內(nèi)生產(chǎn)。由于我國天然氣勘探和開發(fā)規(guī)模迅速增大，天然氣工業(yè)發(fā)展速度迅速加快，2008年我國探明總地質(zhì)儲量6.4萬億m3，年產(chǎn)量775億 m3。作為更清潔、更優(yōu)質(zhì)、更經(jīng)濟的能源，天然氣受到用戶的廣泛歡迎，今后十年必將繼續(xù)大幅度增長。當(dāng)前預(yù)測，2020年國內(nèi)年產(chǎn)量將增至2000億m3，加上國外進口近1000億 m3，年消耗量將達3000億m3，占一次能源份額將升至8%。如圖4所示。石油與天然氣主要均靠管道輸送，我國管道總量程由2001年的2.46萬公里增至2010年的6.8萬公里，年均增長0.4萬公里。6.8萬公里管道中原油管道約1.9萬公里，成品油管道約1.6萬公里，天然氣管道約3.3萬公里，2010～2020年期間管道總長還將成倍增長。隨著石油、天然氣進口的大幅度增長，正在建設(shè)中俄、中哈、中緬全長約9000公里的三大油氣進口管道，管道的建設(shè)是儲運系統(tǒng)的重要部分。

圖4 我國天然氣的生產(chǎn)量和消費量Fig.4 Natural gas production and consumption in China

總之，我國未來十年化石能源發(fā)展的特點是:煤炭份額有所下降，但年產(chǎn)量仍在增長;石油份額大體穩(wěn)定，海洋石油勘探開發(fā)將起步;天然氣將迅速增長，其份額顯著增大。

3 大力加強化石能源生產(chǎn)安全與儲運安全的重要性

保證化石能源的可靠供應(yīng)是可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，化石能源生產(chǎn)安全與儲運安全是能源工作的重要方面。各種安全災(zāi)害的發(fā)生，對于國家、社會、企業(yè)，以及民眾都有著極其惡劣的影響，安全成為全國人民關(guān)心的重大問題，在未來發(fā)展中要給予充分重視。

(1)煤炭行業(yè)屬于高風(fēng)險行業(yè)，存在著瓦斯、頂板事故、沖擊地壓、水災(zāi)、礦內(nèi)火災(zāi)、礦山滑坡、開采沉陷七種形式的災(zāi)害，對從業(yè)人員的人身安全造成一定威脅，也對企業(yè)的正常運行造成重大影響。從表2中所列與安全事故有關(guān)的數(shù)據(jù)可以看出，多年來煤礦礦難事故頻發(fā)，雖然國家大力加強煤礦整治，礦難減少，已有好轉(zhuǎn)，如:全國煤礦死亡人數(shù)從2002年的6995人減少到2009年的2631人，百萬噸死亡人數(shù)由4.94人下降到0.89人。但安全形勢依然嚴(yán)峻，重特大事故仍時有發(fā)生，2009年煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)仍分別占到全國工礦商貿(mào)事故總數(shù)的16.9%和22.8%，而重特大事故起數(shù)和死亡人數(shù)，煤礦分別占到60.6%和74.0%，煤礦在我國仍是主要事故多發(fā)行業(yè)之一，其百萬噸死亡人數(shù)仍與世界最好水平有量級的差距。世界上很少發(fā)生一次死亡幾十人的礦難，但在我國卻時有發(fā)生，我國煤炭安全生產(chǎn)基礎(chǔ)仍不牢固，要切實轉(zhuǎn)變安全發(fā)展理念，新建礦區(qū)要合理選擇資源，進一步加大安全可靠資源的開發(fā)利用，限制安全風(fēng)險大、難度高的資源開發(fā);認(rèn)真貫徹“安全第一，預(yù)防為主，綜合治理”的方針，強化安全生產(chǎn)主體責(zé)任，加大安全投入，深化隱患排查治理;堅持先抽后采，深化瓦斯治理;采取多種措施，推廣先進經(jīng)驗，使安全生產(chǎn)形勢得以盡快根本好轉(zhuǎn)。

近年來為有效地減少井下各種災(zāi)害導(dǎo)致的人員傷亡，國際上研制成功并投入使用了煤礦安全硐室，它以“變盲目逃生為科學(xué)避災(zāi)”和“變被動待救為配合救援有組織的主動逃生”為設(shè)計理念，在事故發(fā)生后為被困礦工提供緊急避險場所，并維持其生命需求，為救援提供寶貴的時機，降低事故的死亡率，為安全生產(chǎn)創(chuàng)造較好條件。在美國，幾乎所有大型重點煤礦都安裝了煤礦安全硐室，在澳大利亞、加拿大、南非等國煤礦安全硐室也成為一項重要設(shè)備，一些國家還對推廣、使用煤礦安全硐室做出了硬性規(guī)定，已有一些良好效果的事例發(fā)表。我國已研制成了幾臺樣機，推廣使用安全硐室也應(yīng)成為我國提高煤礦安全生產(chǎn)性能的一項重要措施。

(2)我國要增大國內(nèi)石油生產(chǎn)，以減小對進口的依賴，就必須大力加速對資源豐富的海洋石油的勘探開發(fā)。海洋石油的勘探開發(fā)是一項具有高風(fēng)險的系統(tǒng)工程，其作業(yè)環(huán)境十分復(fù)雜、惡劣，救援工作難度大，投資風(fēng)險大，重大事故能產(chǎn)生嚴(yán)重的海洋污染。從而必須對生產(chǎn)安全給予特別的關(guān)注。2010年4月20日，英國石油公司在墨西哥灣的Macondo井發(fā)生井噴爆炸事故，在井噴爆炸發(fā)生36h后，鉆井平臺沉沒，地層油氣通過井筒與防噴器持續(xù)噴出87天，造成11人失蹤，17人受傷，泄漏到墨西哥灣中的原油超過了400萬桶，給墨西哥灣生態(tài)帶來了災(zāi)難，大量海底生物死亡，海洋養(yǎng)殖業(yè)遭到破壞，沿岸沼澤生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，沿岸空氣質(zhì)量惡化等，英國石油公司支付了數(shù)百億美元因漏油所導(dǎo)致的賠償，造成了巨大經(jīng)濟損失，給全世界敲響了警鐘，引起了廣泛的對安全問題的重視。這是美國歷史上最嚴(yán)重的漏油事件，迫使美國放緩海上油氣勘探開發(fā)腳步，使全世界更加重視解決有關(guān)開發(fā)的安全問題。最近，我國渤海海上石油開發(fā)也發(fā)生了泄漏事故，更加引起了廣泛重視。

我國從2006年開始進行南海深水石油的勘探開發(fā)工作，已掌握了一定的技術(shù)，但與國外相比還有較大差距，墨西哥灣井噴爆炸事故提醒我們，海洋石油勘探開發(fā)一定要樹立安全第一的思想;重視井控設(shè)備的檢測、維護和保養(yǎng);重視井下復(fù)雜情況的儀表監(jiān)測工作，建立完備的井噴應(yīng)急方案。應(yīng)該大力加強海洋石油勘探、鉆井、完井、測試、采油及集輸流動安全科技問題研究，將安全工作作為一個重要組成部分，在積極推進大規(guī)模海洋石油勘探開發(fā)工作中統(tǒng)一協(xié)調(diào)地進行部署。

(3)今后十年是我國天然氣開發(fā)大幅度增長的重要時期，管道作為長距離輸送油氣的最安全、最經(jīng)濟的主要方式，其總長將成倍增長。由于油氣的易燃、易爆及毒性等特點，一旦管道發(fā)生事故，容易引起污染、中毒、火災(zāi)及爆炸等災(zāi)難性后果，往往造成人員死亡及重大經(jīng)濟損失和惡劣的社會政治影響，國際國內(nèi)管道安全事故屢屢發(fā)生，據(jù)統(tǒng)計我國四川輸氣管每1000公里年事故發(fā)生率平均4.3次，東北和華北輸油管每1000公里年事故發(fā)生率平均超過2.0次。

管道輸運的安全問題需要引起高度重視。管道失效涉及腐蝕、焊接與材料缺陷，設(shè)備和操作，以及外部干擾等其他多方面原因。管道大多數(shù)處于復(fù)雜的土壤環(huán)境、大氣和水中，所輸送的介質(zhì)也或多或少地含有腐蝕性成分，其內(nèi)壁和外壁卻可能遭到腐蝕，內(nèi)壁主要是水腐蝕和介質(zhì)腐蝕，輸送天然氣時主要是汞和H2S氣體，外壁主要是大氣、土壤、細菌和雜散電流腐蝕，防止管道腐蝕是管道工程的重要內(nèi)容。保證管道的安全運行涉及到管道安全預(yù)警、泄漏檢測、管道檢測與修復(fù)、油氣流動安全等問題，要研究相關(guān)的監(jiān)測方法和研制可靠的監(jiān)測設(shè)備，多管齊下，大力促進管道運輸?shù)目萍歼M步，保證管道儲運安全已是當(dāng)前的緊迫任務(wù)。

除上述的煤炭安全生產(chǎn)、海洋石油勘探開發(fā)與管道輸運的安全問題已成為近期化石能源發(fā)展的重點問題加以解決外，還有一些相關(guān)重要的安全問題如供電問題、材料問題，也應(yīng)大力進行研究。

4 結(jié)論

我國已進入建立能源可持續(xù)發(fā)展體系的新的歷史時期，2020年前，雖以煤為主的化石能源份額將有所下降，但其產(chǎn)量還在增長，保證我國化石能源可靠安全的供應(yīng)仍是我國能源工作的重要方面。對我國化石能源現(xiàn)狀與發(fā)展預(yù)測的調(diào)研分析表明，2020年前，我國化石能源發(fā)展的特點是:煤炭份額有所下降，但年產(chǎn)量仍在增長;石油份額大體穩(wěn)定，海洋石油勘探開發(fā)將認(rèn)真起步;天然氣將迅速增長，其份額顯著增大。在發(fā)展中，生產(chǎn)與儲運安全是全國人民關(guān)心的重大問題，應(yīng)給予充分重視，特別是煤炭生產(chǎn)安全、海洋石油勘探開發(fā)及陸上管道儲運安全應(yīng)是需重點解決的問題。

［1］中華人民共和國國家統(tǒng)計局 (National Bureau of Statistics of China).中國統(tǒng)計年鑒-2009(China Statistical Yearbook-2009)［M］.北京:中國統(tǒng)計出版社 (Beijing:China Statistics Press)，2009.

［2］中國能源研究會 (China Energy Research Society).中國能源戰(zhàn)略與‘十二五’能源發(fā)展論壇文集 (Corpus on forum of China energy stratagem and‘12thfive year plan’energy development)［C］.2010.