李 孥 王建良,2 劉 睿 唐 旭,2

1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 2.中國(guó)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(guó)在2020 年召開(kāi)的第75 屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出，中國(guó)的二氧化碳（CO2）排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。所謂碳中和，是指企業(yè)、團(tuán)體或個(gè)人測(cè)算在一定時(shí)間內(nèi)直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放總量，通過(guò)植樹(shù)造林、節(jié)能減排等形式，來(lái)抵消自身產(chǎn)生的CO2排放量，實(shí)現(xiàn)其“零排放”。但碳中和的意義并非是要在2060 年前實(shí)現(xiàn)“絕對(duì)的零排放”，而是通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新等手段將人為活動(dòng)排放對(duì)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(shí)期升幅控制在2 ℃以?xún)?nèi)并力爭(zhēng)控制在1.5 ℃以下的全球目標(biāo)。中國(guó)到2060年實(shí)現(xiàn)碳中和，實(shí)際上就是要努力實(shí)現(xiàn)以1.5 ℃目標(biāo)為導(dǎo)向的長(zhǎng)期深度脫碳轉(zhuǎn)型路徑[2]，這需要全社會(huì)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(shí)現(xiàn)能源利用最大程度上的減排。

中國(guó)作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家以及碳排放大國(guó)，要在未來(lái)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(guó)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(fèi)的85%以上，外加我國(guó)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(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保證國(guó)家能源安全的現(xiàn)實(shí)選擇。國(guó)際能源署（IEA）統(tǒng)計(jì)的2006—2019 年中國(guó)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(diǎn)在于退煤，天然氣替代煤炭對(duì)全球碳減排產(chǎn)生的積極作用已在以往的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中得到了證實(shí)，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(shí)期碳排放總增量的25%[4]。因此，對(duì)于中國(guó)以煤炭為主的能源消費(fèi)現(xiàn)狀，天然氣對(duì)煤炭的替代將對(duì)碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)發(fā)揮重要作用。

圖1 中國(guó)分能源品種CO2 排放量圖

另外，可再生能源消費(fèi)市場(chǎng)的擴(kuò)大是碳中和時(shí)代下的必然發(fā)展趨勢(shì)，但是受技術(shù)限制，我國(guó)距可再生能源的大范圍普及使用還需要一定的時(shí)間，天然氣作為能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)從高碳化石能源向可再生能源發(fā)展過(guò)程中的過(guò)渡燃料，短期來(lái)看，2060 年碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)天然氣。但長(zhǎng)期來(lái)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(chǎng)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(lái)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(lái)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)情形

根據(jù)IEA、英國(guó)石油公司（BP）等多個(gè)國(guó)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(guó)未來(lái)能源需求的預(yù)測(cè)情景（表1）。相關(guān)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)是根據(jù)歷史和當(dāng)前的政策、經(jīng)濟(jì)與市場(chǎng)環(huán)境，以及不考慮碳中和目標(biāo)情形下對(duì)中國(guó)未來(lái)能源消費(fèi)基本走勢(shì)的預(yù)估。對(duì)各機(jī)構(gòu)給出的不同情景下三大化石能源消費(fèi)量、可再生能源消費(fèi)量及一次能源消費(fèi)量的預(yù)測(cè)結(jié)果求均值，以此來(lái)表示未來(lái)中國(guó)能源消費(fèi)的基本發(fā)展趨勢(shì)，并計(jì)算三大化石能源及可再生能源占一次能源消費(fèi)的比例，來(lái)表示不考慮碳中和目標(biāo)下未來(lái)中國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的基本情形，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

表1 國(guó)際能源機(jī)構(gòu)所公布能源展望中的預(yù)測(cè)情景表

圖2 三大化石能源和可再生能源占一次能源消費(fèi)的比例圖

由圖2 可知，未來(lái)30 年，中國(guó)煤炭消費(fèi)在一次能源消費(fèi)中的占比將顯著下降，到2050 年為30%左右；石油消費(fèi)占比趨于平緩，天然氣消費(fèi)占比在2040 年之前有所上升，2040 年之后呈緩慢下降趨勢(shì)，可再生能源顯著提升，但在2050 年占一次能源消費(fèi)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(fèi)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(cè)情形下的中國(guó)能源發(fā)展進(jìn)程遠(yuǎn)不能在2060 年之前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。

天然氣消費(fèi)占比在2030 年之后趨于平緩，維持在11%～12%，沒(méi)有明顯的上升或下降趨勢(shì)，這表明，在未來(lái)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(shí)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(huì)和金融等各個(gè)領(lǐng)域持續(xù)開(kāi)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(duì)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(lái)，為建設(shè)清潔低碳、安全高效的能源體系，中國(guó)一直致力于提高天然氣的消費(fèi)使用比例，天然氣消費(fèi)量從2000 年不足300×108m3擴(kuò)大到目前的超過(guò)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(fèi)總量6.5%的增速[7]。中國(guó)的天然氣市場(chǎng)正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期，且眾多“煤改氣”“油改氣”等項(xiàng)目在持續(xù)推進(jìn)，其消費(fèi)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(duì)未來(lái)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(guò)量化預(yù)估的方式來(lái)探討未來(lái)天然氣發(fā)展的基本趨勢(shì)。

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?！堵?lián)合國(guó)氣候變化框架公約》（UNFCCC）將碳源定義為向大氣中釋放CO2的過(guò)程、活動(dòng)或機(jī)制，大氣中的CO2主要由人為活動(dòng)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(guò)程、活動(dòng)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(guò)捕獲化石燃料和生物質(zhì)能燃燒釋放的CO2并將其存儲(chǔ)在地下的負(fù)碳技術(shù)，即碳捕獲封存（Carbon Capture and Storage, CCS）來(lái)完成碳匯。因此，未來(lái)的碳匯主要由三個(gè)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(dòng)而產(chǎn)生改變，更容易對(duì)其進(jìn)行估算。因此，筆者通過(guò)估算碳匯的方式來(lái)得到2060 年的碳源量，與現(xiàn)有的排放情形進(jìn)行對(duì)比，由此分析中國(guó)碳減排的基本發(fā)展趨勢(shì)，并結(jié)合碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下化石能源的消費(fèi)結(jié)構(gòu)，倒推預(yù)估2060 年天然氣消費(fèi)量，由此量化探討其發(fā)展前景。

筆者梳理了現(xiàn)有對(duì)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(jì)算在不同假設(shè)情景下CO2的排放量以及天然氣消費(fèi)情況。

2.2.1 情景一：《中國(guó)長(zhǎng)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(guó)2060 年實(shí)現(xiàn)碳中和本質(zhì)上就是實(shí)現(xiàn)1.5 ℃目標(biāo)為導(dǎo)向的長(zhǎng)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(shí)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(fèi)構(gòu)成的基本情況為：到2050 年，非化石能源占比超過(guò)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(guó)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(guó)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(fèi)比例構(gòu)成顯示，化石能源消費(fèi)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(fèi)量相同，則天然氣消費(fèi)量占比約為5%。該一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)可視作碳中和情景下的一次能源消費(fèi)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(guò)計(jì)算可以預(yù)估得到2060 年天然氣消費(fèi)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(fèi)總量以及各能源消費(fèi)量給出了較為明確的數(shù)值：一次能源消費(fèi)總量約為47×108t 標(biāo)準(zhǔn)煤，非化石能源消費(fèi)占一次能源消費(fèi)的比例為81%，煤炭消費(fèi)占比7%，石油消費(fèi)占比8%，天然氣消費(fèi)占比4%。根據(jù)該預(yù)估值，計(jì)算該情景下2060 年中國(guó)的CO2排放量約為20×108t，天然氣消費(fèi)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(guó)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(fèi)情況，在不同碳匯類(lèi)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(guó)科學(xué)院大氣物理研究所的相關(guān)研究結(jié)果顯示：中國(guó)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(wú)與2060 年一次能源消費(fèi)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(fèi)結(jié)構(gòu)，結(jié)合碳排放系數(shù)來(lái)計(jì)算當(dāng)達(dá)成碳中和，碳排放量達(dá)到29.5×108t 時(shí)，天然氣的消費(fèi)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(fèi)結(jié)構(gòu)：煤炭、石油和天然氣占一次能源消費(fèi)的比例均為5%。經(jīng)計(jì)算，最大化碳匯量情景下，2060 年達(dá)成碳中和時(shí)天然氣的消費(fèi)量為3 400×108m3。

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

不同情景下碳排放量與天然氣消費(fèi)量變化趨勢(shì)如圖3 所示。IEA 公布的2019 年中國(guó)碳排放總量為98×108t，由上述碳中和導(dǎo)向下不同能源消費(fèi)情景的碳排放情況可知，中國(guó)需要在40 年內(nèi)減排70×108～80×108t CO2，才可以在2060 年實(shí)現(xiàn)碳中和，中國(guó)將面臨前所未有的減排壓力。2019 年，中國(guó)天然氣表觀消費(fèi)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(fèi)總量將比2019 年下降1/3 左右，而情景三2 中的天然氣消費(fèi)量則略高于2019 年。在不同情景下，天然氣消費(fèi)量在達(dá)峰后的趨勢(shì)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(shì)。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(shì)也得不到充分體現(xiàn)。因此，如何在有限的時(shí)間與空間內(nèi)，發(fā)揮出其作為清潔能源的最大價(jià)值，積極助力碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，是天然氣行業(yè)務(wù)須關(guān)注的問(wèn)題。

圖3 碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下CO2 排放量和天然氣消費(fèi)量在不同情景中的發(fā)展趨勢(shì)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(fèi)情況雖有所差別，但其所表示的能源發(fā)展基本走勢(shì)是一致的，均呈現(xiàn)煤炭消費(fèi)比例顯著下降，非化石能源消費(fèi)比例大幅提升，天然氣消費(fèi)先升后降的情形。這是目前對(duì)未來(lái)能源變革前景的主流預(yù)測(cè)，也是實(shí)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(huì)受諸多不確定因素的影響，因此一次能源消費(fèi)可能存在其他的發(fā)展趨勢(shì)。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(guó)能源體系從化石能源向可再生能源過(guò)渡過(guò)程中可以直面能源需求的重要選項(xiàng)。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(fèi)很可能會(huì)呈持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，在新興能源體系中占據(jù)一席之地。由此本節(jié)就未來(lái)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)設(shè)置多個(gè)假設(shè)情景，來(lái)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(fèi)持續(xù)增長(zhǎng)的能源消費(fèi)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(fèi)的預(yù)估量，為47×108t 標(biāo)準(zhǔn)煤，以及2030 年碳達(dá)峰時(shí)天然氣消費(fèi)的預(yù)估量為 5 200×108m3，約占一次能源消費(fèi)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(lái)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(jì)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(fèi)量為0

在極端情景中，到2060 年達(dá)成碳中和時(shí)，煤炭與石油的消費(fèi)量降為0，2060 年所有的碳排放均由天然氣消費(fèi)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(jì)算2060 年天然氣消費(fèi)量約為 14 000×108m3，占一次能源消費(fèi)的近40%，非化石能源消費(fèi)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(fèi)在一次能源消費(fèi)中占比均為5%

在該情景中，煤炭與石油消費(fèi)量顯著下降，在2060 年碳中和時(shí)均占一次能源消費(fèi)的5%。根據(jù)碳排放量與碳排放系數(shù)，可以計(jì)算得到在該情景下，2060年天然氣消費(fèi)量約為8 500×108m3，占一次能源消費(fèi)的25%，則非化石能源消費(fèi)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(shí)的消費(fèi)量，具有十分樂(lè)觀的發(fā)展前景。

3.2.3 情景C：煤炭與石油消費(fèi)在一次能源消費(fèi)中占比均為8%

在該情景中，煤炭與石油消費(fèi)持續(xù)下降，在2060 年碳中和時(shí)均占一次能源消費(fèi)的8%。根據(jù)2060 年的一次能源消費(fèi)量與碳排放系數(shù)，計(jì)算得到2060 年天然氣消費(fèi)量在該情景下約為5 400×108m3，在一次能源消費(fèi)中占比近16%，非化石能源消費(fèi)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(shí)的消費(fèi)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(fèi)在一次能源消費(fèi)中占比均為10%

該情景下煤炭與石油消費(fèi)均占一次能源消費(fèi)的10%，結(jié)合碳排放量與碳排放系數(shù)，計(jì)算得到2060年碳中和情形下天然氣的消費(fèi)量約為3 300×108m3，占一次能源消費(fèi)的比例為10%，則非化石能源消費(fèi)占比70%。該情景下天然氣消費(fèi)占一次能源的比重小于2030 年碳達(dá)峰時(shí)的13%，這表明該情景下天然氣消費(fèi)在達(dá)峰后開(kāi)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(shì)，則需保證煤炭和石油消費(fèi)占一次能源的比例不能超過(guò)8%。圖4、5 展現(xiàn)了不同情景下的天然氣消費(fèi)發(fā)展趨勢(shì)以及2060 年一次能源的消費(fèi)結(jié)構(gòu)情況。

圖5 2060 年不同情景下的一次能源消費(fèi)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(duì)未來(lái)天然氣消費(fèi)預(yù)估的假設(shè)性討論。該討論中天然氣未來(lái)的消費(fèi)情況主要取決于達(dá)成碳中和時(shí)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(fèi)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(fèi)的持續(xù)增長(zhǎng)是十分困難的。同時(shí)，該討論也提供了一個(gè)天然氣未來(lái)發(fā)展的臨界情況，即煤炭與石油消費(fèi)占一次能源比例均不超過(guò)8%時(shí)，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(fèi)將持續(xù)增長(zhǎng)，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(fèi)下降是能源發(fā)展的必然趨勢(shì)，天然氣作為清潔的化石能源，較之于煤炭與石油有著相對(duì)樂(lè)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(shí)現(xiàn)路徑

4.1 不同前景下天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)

碳中和即為大氣中碳源和碳匯達(dá)到均衡的一個(gè)狀態(tài)。據(jù)IEA 統(tǒng)計(jì)，2019 年世界能源活動(dòng)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(guò)剩，引起氣候變化等一系列問(wèn)題。所以，要實(shí)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(fèi)的發(fā)展趨勢(shì)大致分為兩類(lèi)，一類(lèi)是達(dá)峰后下降（情景一、二、三、D），另一類(lèi)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(shí)現(xiàn)路徑主要涉及上游生產(chǎn)、貿(mào)易運(yùn)輸和下游消費(fèi)三個(gè)方面，其面臨的發(fā)展前景不同，所對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)路徑的方向與重點(diǎn)也有所不同，但都應(yīng)圍繞降低碳源這一根本路徑展開(kāi)。

在第一類(lèi)天然氣發(fā)展前景中，天然氣需求市場(chǎng)的發(fā)展空間有所萎縮，消費(fèi)量在達(dá)峰后開(kāi)始下降。下降的原因可能包括產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)，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(fèi)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(lái)思考減排。以液化天然氣（LNG）為例，對(duì)LNG 全過(guò)程碳排放的統(tǒng)計(jì)研究結(jié)果可知，75%的碳排放源自于LNG 終端消費(fèi)，而上游生產(chǎn)液化產(chǎn)生的碳排放占比15%，海運(yùn)占比3%左右[11]。由此可見(jiàn)，想要實(shí)現(xiàn)天然氣的高質(zhì)量發(fā)展，不僅要保證下游消費(fèi)的低碳化，還應(yīng)在天然氣開(kāi)發(fā)及貿(mào)易運(yùn)輸過(guò)程中保持零碳運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)天然氣發(fā)展的全過(guò)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(diǎn)應(yīng)在上游生產(chǎn)端加強(qiáng)對(duì)碳源的控制，在貿(mào)易運(yùn)輸端積極探索更為低碳的貿(mào)易方式。

中國(guó)天然氣下游消費(fèi)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(gè)方面，在天然氣消費(fèi)達(dá)峰后下降的情景下，天然氣需求市場(chǎng)空間受限，主要用氣行業(yè)也會(huì)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(guò)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(huì)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?，天然氣做燃料的情況下，則有可能會(huì)被新興燃料或者電力所替代，因此，這兩個(gè)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(lái)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(huì)為天然氣留有一定的發(fā)展空間。

在第二類(lèi)天然氣發(fā)展前景中，能源需求市場(chǎng)仍為天然氣留有一定的發(fā)展空間，其消費(fèi)量保持上漲趨勢(shì)。該前景下天然氣的發(fā)展應(yīng)以提高消費(fèi)比例、釋放發(fā)展?jié)撃転橹攸c(diǎn)。并且，天然氣作為清潔高效的低碳化石能源，其消費(fèi)比重的增加，對(duì)煤炭替代力度的加大，對(duì)于中國(guó)這樣以煤炭等高碳化石能源為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以及碳排放現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)就是在降低碳源。但截至目前，中國(guó)天然氣消費(fèi)占一次能源比例仍不足10%，遠(yuǎn)低于世界平均水平，在各個(gè)行業(yè)都留存有較大的發(fā)展空間。中國(guó)的天然氣主要終端市場(chǎng)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(fèi)方面促進(jìn)碳中和目標(biāo)的實(shí)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(diǎn)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(jì)數(shù)據(jù)顯示，世界溫室氣體排放的73%來(lái)自CO2，而占比27%的非CO2溫室氣體同樣對(duì)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?lái)源于油氣開(kāi)采和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的泄漏，同時(shí)農(nóng)業(yè)活動(dòng)中也會(huì)產(chǎn)生甲烷排放。據(jù)IEA 統(tǒng)計(jì)，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(shì)是CO2的21 倍左右, 是實(shí)現(xiàn)有效減排需要著重控制的一類(lèi)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(guó)石油公司和意大利埃尼集團(tuán)等都將“減少甲烷”定為實(shí)現(xiàn)凈零排放的目標(biāo)之一。

對(duì)于天然氣行業(yè)來(lái)說(shuō)，僅天然氣生產(chǎn)過(guò)程中排放的甲烷就超過(guò)全球油氣行業(yè)的50%。為實(shí)現(xiàn)天然氣的高質(zhì)量發(fā)展，需有效控制天然氣開(kāi)采過(guò)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(diǎn)。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(kāi)采過(guò)程中的甲烷逃逸，開(kāi)發(fā)逃逸檢測(cè)監(jiān)視系統(tǒng)，使更多的甲烷泄漏能夠被發(fā)現(xiàn)并及時(shí)修復(fù)；③天然氣開(kāi)采過(guò)程中的用能也會(huì)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(guò)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(guó)能源消費(fèi)產(chǎn)生的碳源總量。

4.2.2 貿(mào)易運(yùn)輸

天然氣雖為清潔的化石能源，但其在開(kāi)采、處理、儲(chǔ)運(yùn)及終端利用等方面仍然會(huì)有不少的碳排放產(chǎn)生。為實(shí)現(xiàn)天然氣貿(mào)易全過(guò)程清潔化，碳中和LNG 應(yīng)運(yùn)而生，成為天然氣貿(mào)易碳中和的現(xiàn)實(shí)發(fā)展路徑以及未來(lái)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(kāi)發(fā)或購(gòu)買(mǎi)的碳信用額，對(duì)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(shí)施，即出口商通過(guò)種樹(shù)、參與可再生能源開(kāi)發(fā)項(xiàng)目等，來(lái)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(jià)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(duì)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(chǎng)的新興事物，國(guó)內(nèi)還未對(duì)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(mǎi)家?guī)?lái)有效的經(jīng)濟(jì)效益，導(dǎo)致目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)其接受度非常有限。但隨著中國(guó)2060 年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的提出，國(guó)內(nèi)能源終端消費(fèi)者對(duì)綠色環(huán)保、節(jié)能減排的意識(shí)會(huì)逐漸提高，由此碳中和LNG 為下游買(mǎi)家企業(yè)帶來(lái)的社會(huì)效益也會(huì)逐步顯現(xiàn)，會(huì)為其企業(yè)形象、信用評(píng)級(jí)等帶來(lái)積極的社會(huì)聯(lián)動(dòng)效應(yīng)。同時(shí)也會(huì)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(duì)相關(guān)政策的引導(dǎo)和監(jiān)管，上游供應(yīng)商對(duì)核算信息的公開(kāi)，下游買(mǎi)家對(duì)運(yùn)營(yíng)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(duì)加速中國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，保障能源交易市場(chǎng)的積極健康發(fā)展具有重要的意義。

4.2.3 下游消費(fèi)

4.2.3.1 發(fā)電終端

電力行業(yè)是中國(guó)碳排放的最主要來(lái)源，占據(jù)總排放量的41%，面臨主動(dòng)控制碳排放和2060 年碳中和的新形勢(shì)，亟須科學(xué)應(yīng)對(duì)[14]。目前中國(guó)的電力結(jié)構(gòu)仍以火力發(fā)電為主，2019 年中國(guó)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(guó)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(shí)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(shì)。

中國(guó)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(guó)燃?xì)獍l(fā)電裝機(jī)容量已突破0.9×108kW，但仍?xún)H占全國(guó)總裝機(jī)容量的4.5%[15]。主要是由于中國(guó)本土已探明天然氣儲(chǔ)量有限，對(duì)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(guó)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(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，應(yīng)擴(kuò)大燃?xì)鈱?duì)燃煤發(fā)電的替代力度，這要求中國(guó)要加大天然氣自主開(kāi)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(shí)，還應(yīng)加大科技創(chuàng)新力度，提升燃?xì)廨啓C(jī)國(guó)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(méi)有CO2產(chǎn)生，只是相較于燃煤發(fā)電來(lái)說(shuō)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(chǔ)存起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)的全過(guò)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(fèi)的主力，2019 年，工業(yè)用天然氣占全國(guó)用氣量的35%。同時(shí)，工業(yè)也是碳排放產(chǎn)生的主要行業(yè)，主要來(lái)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(guò)程，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019 年僅鋼鐵工業(yè)的碳排放就約占全國(guó)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(guò)程中通過(guò)化學(xué)或物理過(guò)程產(chǎn)生的碳排放兩個(gè)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(fèi)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(fèi)的市場(chǎng)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(mén)在工業(yè)整體中的占比，積極推動(dòng)中國(guó)工業(yè)的清潔化發(fā)展。

4.2.3.3 居民用氣終端

中國(guó)與其他國(guó)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(duì)空氣質(zhì)量的影響極大[19]。近年來(lái)“煤改氣”“煤改電”等政策的實(shí)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(guó)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(kāi)始放緩，散煤復(fù)燒的現(xiàn)象開(kāi)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(jià)格市場(chǎng)化，為“煤改氣”政策的順利實(shí)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(fèi)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(lái)能源發(fā)展的新方向。氫氣可由化石燃料產(chǎn)生，主要來(lái)源是天然氣，其生產(chǎn)過(guò)程會(huì)伴生大量的CO2，通過(guò)CCS技術(shù)將其產(chǎn)生的CO2捕獲封存，這樣產(chǎn)生的氫氣稱(chēng)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(guò)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(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)論

1）對(duì)于天然氣發(fā)展前景的探討主要分為兩個(gè)方面：①基于國(guó)際能源機(jī)構(gòu)所公布能源展望中的預(yù)測(cè)情景，探討了基于現(xiàn)有預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，不考慮碳中和目標(biāo)下的未來(lái)能源消費(fèi)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(duì)碳中和目標(biāo)的實(shí)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(fèi)情況，經(jīng)計(jì)算，在現(xiàn)有研究的假設(shè)情景下，直至2060 年，中國(guó)需減排70×108～80×108t CO2來(lái)達(dá)成碳中和目標(biāo)，天然氣消費(fèi)也呈達(dá)峰后大幅下降的趨勢(shì)。

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

3）從天然氣上游生產(chǎn)、貿(mào)易運(yùn)輸與下游消費(fèi)3個(gè)方面探討了碳中和目標(biāo)下天然氣產(chǎn)業(yè)的實(shí)現(xiàn)路徑，并根據(jù)未來(lái)天然氣消費(fèi)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(fèi)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(diǎn)，實(shí)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(yùn)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(fèi)比例、釋放發(fā)展?jié)撃転橹攸c(diǎn)，實(shí)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(guò)程清潔化，才能為天然氣在能源大變革進(jìn)程中開(kāi)辟出一條可持續(xù)發(fā)展道路。