能源革命:从化石能源到新能源

为了预测世界总体能源发展的态势,从分析能源发展历史入手,明确了能源利用方式将在木柴向煤炭、煤炭向油气之后经历油气向新能源的第三次重大转换。尽管全球化石能源供应量总体比较充足,但关键技术突破和生态环境保护需求加快并推动了化石能源向新能源的转换。世界能源消费正在迈入石油、天然气、煤炭和新能源"四分天下"的时代,其在一次能源消费结构中的比例分别为32.6%、23.7%、30.0%和13.7%,中国能源消费也将由煤炭独大,逐步进入煤炭、油气和新能源"三足鼎立"的时代。对全球能源发展的预判结果表明:①石油迈入"稳定期",产量高峰将出现在2040年前后,高峰年产量约45×10~8 t;②天然气步入"鼎盛期",产量高峰将出现在2060年前后,高峰年产量约4.5×10~(12)m~3(40.5×10~8 t油当量),将在未来能源可持续发展中发挥支柱作用;③世界煤炭产量稳中有降,煤炭发展进入高效清洁化"转型期",污染物排放量将大幅降低,其占一次能源消费结构的比重也将有所下降;④新能源开发利用渐入"黄金期",占一次能源消费结构的比重将大幅提升。结论认为:①我国能源生产和消费具有自身特点,能源发展需从国情实际出发,加强煤炭资源清洁高效利用是解决我国能源环境问题的关键;②我国石油产量需达2×10~8 t,以保障国家能源安全;③加快致密气和页岩气等非常规资源开发步伐,力争实现2030年我国天然气产量超3 000×10~8 m~3的目标;④加强新能源资源的开发利用,2030年我国有可能实现非化石能源占一次能源消费结构比重20%的目标。     

The potential of domestic production and imports of oil and gas in China: an energy return on investment perspective

Concerns about China's energy security have escalated because of the country's high dependency on oil and gas imports, so it is necessary to calculate the availability of domestic oil and gas resources and China's ability to obtain foreign energy through trade. In this work,the calculation was done by using the energy return on investment(EROI) method. The results showed that the EROI_(stnd)(i.e., standard EROI) of China's oil and gas extraction decreased from approximately 17.3:1 in 1986 to 8.4:1 in 2003, but it increased to 12.2:1 in 2013. From a company-level perspective, the EROI_(stnd)differed for different companies and was in the range of(8–12):1. The EROI_(2,d)(EROI considering energy outputs after processed and direct energy inputs) for different companies was in the range of(3–7):1. The EROI of imported oil(EROI_(IO))declined from 14.8:1 in 1998 to approximately 4.8:1 in 2014, and the EROI of imported natural gas(EROI_(ING))declined from 16.7:1 in 2009 to 8.6:1 in 2014. In 2015, the EROI_(IO) and EROI_(ING) showed a slight increase due to decreasing import prices. In general, this paper suggests that from a net energy perspective, it has become more difficult for China to obtain oil and gas from both domestic production and imports. China is experiencing an EROI decline, which demonstrates the risk in the use of unsustainable fossil resources.     

我国化石能源勘探、开发潜能与未来

当前我国正处在快速工业化、经济腾飞,并步入一个世界科技大国向世界科技强国迈进的前夜,需要大量的资源和能源乃必然的发展轨迹。然而,我国地大但物并不博。为此,在我国快速发展中、在多元共享世界能源的同时,必须立足本土,建立起可靠的、稳定的且能保障长期供给的能源战略后备基地已刻不容缓。研究与分析当今世界和我国油、气、煤等化石能源发展的历程,结果表明:①第二深度空间(5000~10000m)化石能源勘探和开发乃21世纪中叶前后的重要领域,此类能源是一次性能源消费的主体;②非常规油气、特别是页岩油气藏在最大限度地减少污染、强化高新科技应用于降低成本前提下,大力勘探、开发、利用乃未来化石能源发展的必然轨迹;③煤炭、煤层气与煤能转化,制油、煤制气,地下燃烧发电和煤化工产业的研发在能源结构中的主导地位不会改变。基于上述认识,在21世纪中叶前后乃至更长时期内,我国的能源匹配模式应为“第二深度常规油气”+“煤层气与煤能转换”+“非常规页岩气”。     

A review of China’s energy consumption structure and outlook based on a long-range energy alternatives modeling tool

China’s energy consumption experienced rapid growth over the past three decades, raising great concerns for the future adjustment of China’s energy consumption structure. This paper first presents the historical evidence on China’s energy consumption by the fuel types and sectors. Then, by establishing a bottom-up accounting framework and using long-range energy alternatives planning energy modeling tool, the future of China’s energy consumption structure under three scenarios is forecast. According to the estimates, China’s total energy consumption will increase from 3014 million tonnes oil equivalent (Mtoe) in 2015 to 4470 Mtoe in 2040 under the current policies scenario, 4040 Mtoe in 2040 under the moderate policies scenario and 3320 Mtoe in 2040 under the strong policies scenario, respectively, lower than those of the IEA’s estimations. In addition, the clean fuels (gas, nuclear and renewables) could be an effective alternative to the conventional fossil fuels (coal and oil) and offer much more potential. Furthermore, the industry sector has much strong reduction potentials than the other sectors. Finally, this paper suggests that the Chinese government should incorporate consideration of adjustment of the energy consumption structure into existing energy policies and measures in the future.     

煤岩油气(矿)藏品质与油基质开发、加工参数分析

化石能源物理模型和煤岩油气(矿)藏的提出,为化石能源 石油和煤炭两大工业系统的资源开发与加工建立起相关的统一评价参数奠定了理论基础,也填补了H/C原子比为0.9~1.35的化石能源资源在自然界中存在方式和储集场所等方面的认识空白。笔者从煤岩热成烃、与挥发分等参数的对应关系、煤岩组分构成特征、煤岩形成的地质环境和不同组分加工工艺评价参数等方面的分析入手,确定了煤岩油气(矿)藏的品质评价参数和划分方案,提出了我国不同品质煤岩油气(矿)藏的开发与加工技术思路。它区别于煤全岩直接加氢液化工艺,而是通过煤岩油气(矿)藏中油基质的开发,即富集和均质化类似于石油体系中的稠油-特超稠油组分,直接进入现有石油工业重油加工体系,降低转化为石油制品的技术门槛,提高加工工艺的可控性,实现煤炭工业丰富的油基质资源和石油加工两大工业体系的对接,达到资源优势与加工优势互补的目的,并指出中、西部地区可造就成为我国未来石油制成品的重要基地。     

Liquid fuel resources and prospects for ligno-cellulosic ethanol: An Egyptian case study

Fossil fuels (oil, natural gas and coal) presently represent about 90% of the world’s total commercial primary energy demand. Yet, they are depletable sources of energy. Growth in the production of easily accessible oil, the main source of high energy liquid transportation fuels, will not match the projected rate of demand growth, especially in developing countries. In the transport sector, today, the only alternative to non-sustainable fossil fuels is biofuels that are produced from biomass, a stored environmentally neutral solar energy. These fuels are compatible with current vehicles and blendable with conventional fuels. Moreover, they share the long-established distribution infrastructure with little, if any, modification of equipment. The main biofuels presently in commercial production are bioethanol and biodiesel. Industrial countries started production of the 1st generation bioethanol and biodiesel from food products (grains and edible oil) since a few decades and these fuels are currently available at petrol stations. Second generation bioethanol from ligno-cellulosic materials is on the research, pilot and/or demonstration stage. This paper discusses the current situation regarding liquid fuels in Egypt which are experiencing imbalance between total production and demand for gasoline and diesel fuels. The quantified need for nonconventional sources is presented. Based on a thorough assessment of current and prospective generated agriculture residues as distributed over the political areas, mapping of the number and capacity of plants to be installed for production of bioethanol from available residues namely rice straw, sugar cane residues and cotton stalks has been developed. Annual capacities of 3000, 10,000 and 20,000 tons ethanol/year until year 2021 have been proposed. Capital and operating requirements and economic indicators have been estimated. It has been concluded that at current price of ethanol of about $0.6/kg, the simple rate of return on investments is about 2.8%, 11% and 16% for the 3000, 10,000 and 20,000 tons annual capacity ethanol respectively.     

中国天然气发展态势及战略预判

北美非常规天然气产量的增长改变了全球供给格局,使天然气供应总体宽松,贸易中心东移。在分析国内外能源发展态势的基础上,结合世界天然气大市场发展态势分析了中国天然气发展的大形势,多方位、多角度研判了中国天然气的发展状况:(1)天然气需求增长强劲,2050年需求量将达到6 500×10~8~7 000×10~8 m~3;(2)2030年天然气产量可能的高、中、低3种峰值情景分别为1 800×10~8 m~3、2 000×10~8 m~3、2 200×10~8 m~3;(3)陆上管道气极限供给能力在1 600×10~8 m~3左右;(4)LNG将成为填补天然气需求量缺口的主要途径;(5)在国产气、管道气峰值基本明确的前提下,未来LNG、储气库气将在我国整个天然气工业产业链中发挥极其重要的作用。进而从中国的基本国情出发,提出了对未来天然气发展战略的初步思考:(1)提速国内油气生产能力、管道输送能力、LNG与储油气库能力等"三个能力"建设;(2)在人工智能和大数据的基础上分析油气供给和消费特征,建立中国油气"安全消费峰值"预警体系;(3)从我国"富煤、贫油、少气"的能源资源国情出发,急速推进煤炭清洁化工业技术和新能源主体工业技术的提前突破;(4)把握国内外能源发展形势,全方位战略布局国家能源安全格局,加快煤炭、油气和新能源"三足鼎立"新时代的到来。     

一种潜在的“石油”资源——“煤岩油气(矿)藏”的认识与开发利用

 在分析化石能源盆地组成和特征的基础上,提出了化石能源物理结构模型,煤岩是由大分子碳基质和中、低分子油基质两相组成,其中碳基质包括骨干相和枝干相,是固定碳的转化基质,而广义的"石油"组分-油基质是热成烃的基础物质,储集在碳基质骨架中,构成"煤岩油气藏"。并依据这一认识,在归纳煤转化现已工业化方法的基础上,提出了将来可能工业化的油煤浆连续焦化技术和煤岩油气藏分散、溶解、相分离技术和油基质加工的工艺路线,以期对煤岩油气藏进行综合开发和利用,使其成为商业化能源。通过资源和储量的初步分析,我国煤岩油气资源大约为常规油气资源的数倍,从而为保障我国石油能源安全开拓了一个新领域。     

A scenario analysis of oil and gas consumption in China to 2030 considering the peak CO<Subscript>2</Subscript> emission constraint

China is now beginning its 13th five-year guideline. As the top CO₂ emitter, China has recently submitted the intended nationally determined contributions and made the commitment to start reducing its total carbon emissions in or before 2030. In this study, a bottom-up energy system model is built and applied to analyze the energy (mainly coal, oil, and gas) consumption and carbon emissions in China up to 2030. The results show that, the total energy consumption will reach a peak of 58.1 billion tonnes of standard coal and the CO₂ emissions will get to 105.8 billion tonnes. Moreover, in the mitigation scenario, proportion of natural gas consumption will increase by 7 % in 2020 and 10 % in 2030, respectively. In the transportation sector, gasoline and diesel consumption will gradually decrease, while the consumption of natural gas in 2030 will increase by 2.7 times compared to the reference scenario. Moreover, with the promotion of electric cars, the transport electricity consumption will increase 3.1 times in 2030 compared to the reference scenario. In order to fulfill the emission peaking target, efforts should be made from both the final demand sectors and oil and gas production industries, to help adjust the energy structure and ensure the oil and gas supply in future.     

Progress in Coal Liquefaction Technologies

1. China’s energy status The proven recoverable reserve of coal in China ranks the third, while those of oil and gas rank the 11th and 19th, respectively in the world. Coal makes up a large percentage in China’s primary energy consumption. The percentage of coal consumption reduced from 76.2% in 1996 to 66.3% in 2002 as a result of the adjustment of energy structure, but the total coal consumption increased to 1.39 billion tons in 2002. Based on China’s energy status and economic developm…     

化石燃料的非线性可变角扫描荧光特征光谱

在三维荧光光谱研究的基础上，采用化石资料非线性可变角扫描荧光特征光谱技术，列出了各类化石燃料（煤、石油、天然气）的荧光图谱模式，并赋予量值化指标，划分了各类化石燃料的参数范围，这些模式和指标反映了各环芳烃的荧光性质，并突出了利于鉴别各种样品的关键峰位。     

替代石油的能源——天然气水合物

天然气水合物作为巨大的潜在能源，其形成演化的研究引人注目。目前科学估算的天然气水合物含甲烷资源占全球化石燃料（煤、石油、天然气）甲烷总资源的53%。但是，由于其独特的性质和赋存环境，天然气水合物对未来世界能源需求的贡献将取决于开采技术的进步和巨大经费的投入。为此文章对天然气水合物在全球的储量及分布情况、国内外研究动态进行了分析研究，并介绍了几种可能的开采方法，提出了值得注意的问题与对策。     

鄂尔多斯盆地多种能源矿产富集规律的比较

鄂尔多斯盆地蕴藏着丰富的石油、天然气、煤炭和铀。在纵向上,石油、煤和铀矿主要分布在侏罗系,天然气主要分布在二叠和奥陶系,天然气位于石油和铀矿的下方,并紧邻石炭-二叠系煤系的上下层位。在平面上,石油位于盆地中南部,铀矿位于盆地边部(北部和西缘),天然气和煤炭资源在全盆地均有分布,可采的煤炭位于盆地边部。在加里东晚期至海西期的古风化壳上形成的古岩溶和广泛分布的大型辫状河三角洲前缘沉积分别控制了下古生界和上古生界天然气的分布,构造转折期和古气候控制了聚煤期,氧化-还原环境控制了铀矿的聚集。盆地多能源成矿演化具有明显的阶段性,具有商业价值的能源矿产聚集成藏的顺序依次为:煤→铀→气→油。伊陕斜坡是进行石油、天然气、煤炭和非常规天然气勘探的理想地区;天环坳陷、西缘逆冲带可开展油-气-煤-铀矿的联合勘探;伊盟隆起、渭北挠褶带和晋西挠褶带可进行煤炭、煤层气和铀矿的协同勘探。     

“双碳”目标下海洋油气资源高效利用的关键技术及展望

在中国“碳达峰、碳中和”目标下,作为我国油气资源最大增长潜力来源的海洋油气资源的高效利用显得更加重要。以油气资源分子工程与分子管理为指引,分析了中国海洋石油与南海富碳天然气开发面临的机遇和挑战,重点介绍了原油（重油）直接制化学品与材料（DPC）技术、CO₂-CH₄干重整（DRM）技术、CH₄直接转化技术、合成气与烯烃氢甲酰化生产醛醇技术、耦合非化石能源（绿电）制氢（绿氢）的富碳天然气直接生产碳中性燃料和化学品等技术,并结合中国海油的实践探讨相关科学与工程问题,给出了相应建议与展望。     

油气开采企业开展深层煤炭地下气化业务的前景分析

我国主要含油气盆地深层煤炭资源蕴藏量丰富,但长期以来未能得到有效开发利用。煤炭地下气化技术（UCG）属于煤炭资源清洁高效开发和利用的范畴,符合国家“能源革命”的相关要求,国内外的发展经验已经初步证实,UCG在技术、经济和市场方面均是可行的。分析结果认为,油气企业在推动深层UCG发展的进程中具有很大的优势,具体表现在以下方面：①国家政策层面大力支持UCG工业化;②油气开采企业具有一定的资源优势;③油气开采企业具有明显的工程技术优势;④油气开采企业具有类似的生产控制经验;⑤油气开采企业具有市场保障优势和天然气替代效益驱动;⑥油气开采企业具有利用深层UCG建设地下储气库的综合优势。综合宏观的国际形势及UCG业务发展所面临的困难,提出了对我国深层UCG可持续发展的建议：可以由油气开采企业牵头,煤炭开采企业和燃气发电企业参与,集中各家优势力量,实现互利共赢。结论认为,发展深层UCG业务可以将原来无法开发利用的深层煤炭资源转化为现实的、长期的清洁能源供应,这将有力推动中国“能源独立”的进程。     

煤炭地下气化是我国化石原料供给侧创新方向

中国能源需求量巨大,在富煤、贫油、少气、可再生能源总量有限且增速较慢的能源格局下,如何安全、清洁、高效开采和利用煤炭已成为讨论的焦点。为此,剖析了当前煤化工及整体煤气化联合循环发电系统(IGCC)等煤炭利用方式所面临的问题,提出煤炭地下气化技术是一种符合现实需求的选择。研究结果认为,煤炭地下气化技术在安全与环境、优势资源综合利用、经济可行性等多个方面都具有优势,可作为煤化工和IGCC的前端支撑和保障。在当前的发展形势下,应从以下几个环节入手,推动煤炭地下气化技术的发展:(1)加强技术产品的研发,建立可行性研究综合评价体系,制订产业化行业的相关标准;(2)给予煤炭地下气化产品精准的市场定位,关注产品全流程综合经济指标,先技术可行,后经济优化;(3)建立完善的运作及管理模式,严格把控高效、环保、安全、和谐、简洁的产业链目标。结论认为,实现煤炭地下气化的规模化将有力推动我国化石原料供给侧的优化创新。     

化石燃料演变与可变角扫描荧光光谱特征变化的关系

可变角扫描荧光光谱法是一种新的荧光分析方法，它是在三维荧光光谱和同步荧光光谱的基础上，根据研究者所设计的扫描途径，用计算机控制仪器，对试样进行扫描测试获得特征荧光光谱。用此方法对有代表性的煤、石油、天然气样品进行了测试，发现荧光图谱随着煤阶的增加和油气的演变，呈现有规律的变化。这种变化可以用光谱的特征比值（Ｔ５／Ｔ４）进行度量。考查此比值与煤阶Ｒｏｍａｘ的相关关系，列出了两者关系的数学表达式，初步证明了此比值可以作为表示煤阶的另一个指标。此方法比较简捷，获取的富有特征的图谱及量值化指标，为研究煤、油、气等化石燃料演变提供了很好的判断依据。图２表２参６（梁大新摘     

中国能源消费结构调整与天然气产业发展前景

在当今以化石能源为主的背景下,天然气是最清洁低碳的化石能源,是化石能源向新能源过渡的桥梁。中国一次能源消费总量已位居世界第一,消费结构以煤为主,能源效率低、环境污染严重,加快天然气产业发展既是中国实现能源消费结构优化调整的现实选择,也是强化节能减排的迫切需要。为此,全面总结和分析了现阶段中国能源消费特点及面临的挑战,以及天然气在资源潜力、清洁性、高效性、经济性和利用领域等方面的优势,首次阐明了中国天然气发展的三大革命性目标：①天然气在一次能源消费中的比例超过30%;②建成覆盖全国各地、互联互通、高效安全灵活的现代化管网体系和应急调峰体系;③形成以中国为中心的全球天然气人民币体系。提出了实现中国天然气革命的四大战略举措：①充分发挥资源优势,确保供应量快速增长;②加大天然气利用力度,逐步成为全球最大的消费中心;③加快输配系统建设,形成类似公路网、电网分布特点的天然气管网体系;④加强合作,全力推进天然气人民币体系建设。     

中国LNG产业发展策略刍议

作为天然气产业链的一部分,LNG产业需要制定合理的发展策略,包括:1协调进口LNG和管输气贸易安排,提升中国在国际天然气市场的话语权;2制订液化天然气汽车(LNGV)长期发展战略,争取到2030年中国能用8 000×104 t/a LNG替代近1×108 t/a柴油,减少成亿吨的石油进口量;3对小型LNG液化产能和LNG罐箱车船运输进行统筹协调,与管网协同互补;4统一调度LNG设施,使其在波动很大的天然气管网调峰中发挥重要作用;5开发和推广新型低温冷媒和换冷、储冷技术,有效利用LNG冷能;6中国LNG产业将形成新型低碳产业群,每年具有数万亿元产值,提供数百万个就业机会,制造出新的高端出口品种,年减排数亿吨CO2和10%的细颗粒物(PM2.5)及其他污染,节约数百亿千瓦时的电力。     

我国发展生物柴油产业的挑战与对策

从长远来看，矿物燃料（煤、石油、天然气）终将枯竭，而利用取之不尽、用之不竭的可再生资源生产能源必将兴起。生物柴油就是一种由可再生资源生产的优质清洁燃料，发展生物柴油不仅可以保护环境，减少温室气体排放量，而且可以缓解我国石油进口的压力，推动新农村建设。但由于植物油脂价格飙升，生物柴油产业发展也面临仅生产生物柴油燃料在经济上难以立足的挑战。对发展我国生物柴油的原料资源、生产技术以及生物柴油化工技术开发的现状与未来发展动态进行了分析，提出了促进我国生物柴油产业健康发展的对策：①如果以进口棕榈油等量大植物油为原料，则应采用连续化、大型化生产技术，并配套开发相应的生物柴油化工技术，形成生物柴油化工炼油厂；②如果采用廉价、量小的垃圾油等为原料，则应采用小型、多样化（固定或可移动）并与周边设施（如水、电、蒸气、污水排放等）相适应的技术。