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世界能源結(jié)構(gòu)包含“能源體系結(jié)構(gòu)”和“能源系列結(jié)構(gòu)”兩個(gè)層次，分別對(duì)應(yīng)能源結(jié)構(gòu)的代際和代內(nèi)轉(zhuǎn)型。人類(lèi)發(fā)展已臨近文明奇點(diǎn)，這輪能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型布局需要同時(shí)兼顧從石油主導(dǎo)的傳統(tǒng)能源系列向天然氣主導(dǎo)的低碳能源系列轉(zhuǎn)型，以及從化石能源體系向核能能源體系轉(zhuǎn)型，涉及千年之大變局。作為工業(yè)文明紀(jì)元的最后一種世界主導(dǎo)性能源，天然氣承載著能源文明，并在世界能源體系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型中充當(dāng)著重要的橋梁作用。

經(jīng)合組織主要國(guó)家的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型具有“中高基值、雙增長(zhǎng)和單替代”特征；如果為雙替代，則分段錯(cuò)峰。其中，不參與結(jié)構(gòu)調(diào)整的能源轉(zhuǎn)型基系主要包括清潔化石能源、水電和安全核能，三者在國(guó)家一次能源結(jié)構(gòu)中的占比為50%～60%；雙增長(zhǎng)主要指天然氣和可再生能源；單替代主要指煤炭等不符合低碳發(fā)展的化石能源。這些國(guó)家的碳排放達(dá)峰主要為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、人口結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排技術(shù)四大因素的綜合效應(yīng)，其中首要因素是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)步。需要圍繞保障能源供給安全、傳承能源文明和創(chuàng)建核能時(shí)代新優(yōu)勢(shì)開(kāi)展能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。

中國(guó)一次能源消費(fèi)將長(zhǎng)期保持溫和增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2050年將達(dá)到38億～43億噸油當(dāng)量；同期將實(shí)現(xiàn)從“煤炭為主體、石油為主導(dǎo)”的中高碳能源系列向“清潔化石能源為主體、多能并舉”的低碳能源系列轉(zhuǎn)型；清潔化石能源和零碳能源在一次能源結(jié)構(gòu)中占比約為60%。建議充分發(fā)揮天然氣、可再生能源、小型核反應(yīng)堆在能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型中的橋梁作用，采用“1+4+10”的立體戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)，沿5條戰(zhàn)略發(fā)展路線，分3個(gè)階段，并行推進(jìn)、有機(jī)協(xié)同。

能源是人類(lèi)文明的基石，伴隨文明發(fā)展而演替，這種演替主要通過(guò)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型得以實(shí)現(xiàn)。新一輪世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型大體始于1998年，內(nèi)因是傳統(tǒng)能源系列老化、頁(yè)巖氣革命、可再生能源技術(shù)進(jìn)步及核聚變技術(shù)發(fā)展，外因是人類(lèi)對(duì)能源需求的持續(xù)增長(zhǎng)及環(huán)境可持續(xù)發(fā)展對(duì)低碳經(jīng)濟(jì)的需求，總體表現(xiàn)為從中高碳能源系列向低碳清潔能源系列進(jìn)化。2019年，煤炭在中國(guó)一次能源結(jié)構(gòu)中的占比高達(dá)57.64%，中國(guó)的煤炭消費(fèi)和碳排放分別占世界總量的51.7%和28.8%，均居世界首位。2020年9月，中國(guó)政府對(duì)國(guó)際社會(huì)莊嚴(yán)承諾，碳排放力爭(zhēng)在2030年前達(dá)峰，努力爭(zhēng)取2060年實(shí)現(xiàn)碳中和。國(guó)家能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型迫在眉睫。然而，在重塑能源結(jié)構(gòu)之前，還有若干基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性問(wèn)題亟待厘清。筆者基于近年來(lái)的全球大數(shù)據(jù)研究與能源實(shí)踐，就能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的若干問(wèn)題進(jìn)行了思考。

1 從人類(lèi)文明發(fā)展的視角看世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型

從人類(lèi)文明發(fā)展的視角看，能源結(jié)構(gòu)包含“能源體系結(jié)構(gòu)”和“能源系列結(jié)構(gòu)”兩個(gè)層級(jí)。“能源體系結(jié)構(gòu)”指能量密度相近、能源生產(chǎn)和能源利用技術(shù)復(fù)雜程度相當(dāng)?shù)囊唤M能源共生關(guān)系，與人類(lèi)文明發(fā)展的特定歷史階段相適應(yīng)。例如，遠(yuǎn)古可再生能源體系、傳統(tǒng)可再生能源體系、化石能源體系、核能能源體系分別對(duì)應(yīng)新石器時(shí)代、農(nóng)業(yè)文明紀(jì)元、工業(yè)文明紀(jì)元和未來(lái)的智慧文明紀(jì)元（見(jiàn)圖1）。而“能源系列結(jié)構(gòu)”則是指在特定能源體系中，各類(lèi)一次能源類(lèi)型之間的結(jié)構(gòu)占比和相互關(guān)系，通常以主導(dǎo)性能源類(lèi)型作為特定能源系列的標(biāo)識(shí)和定代依據(jù)，例如煤炭時(shí)代、石油時(shí)代等（見(jiàn)圖2）；各能源世代的時(shí)間區(qū)間以世界主導(dǎo)性能源更替點(diǎn)為劃代依據(jù)（圖2中的紅點(diǎn)）。兩個(gè)層級(jí)的能源結(jié)構(gòu)逐級(jí)包含。



與之相應(yīng)，“能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型”也具有兩個(gè)級(jí)次。其中，“能源體系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型”與人類(lèi)文明紀(jì)元更替相應(yīng)，屬于跨紀(jì)元轉(zhuǎn)型（或代際轉(zhuǎn)型），是人類(lèi)歷史上最重要、影響最深遠(yuǎn)、顛覆性最強(qiáng)的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。典型如18世紀(jì)工業(yè)革命興起時(shí)，化石能源體系登上歷史舞臺(tái)，開(kāi)啟替代傳統(tǒng)可再生能源體系之旅（1769－1883年）。英國(guó)主導(dǎo)了這次能源體系結(jié)構(gòu)變革，由此拉開(kāi)了世界工業(yè)文明紀(jì)元的序幕，影響人類(lèi)社會(huì)近300年的發(fā)展。“能源系列結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型”則是指同能源體系中的主導(dǎo)性能源更替，例如石油替代煤炭、天然氣替代石油等，屬于紀(jì)元內(nèi)轉(zhuǎn)型（或代內(nèi)轉(zhuǎn)型），影響人類(lèi)社會(huì)50～80年發(fā)展。從化石能源體系向核能能源體系的轉(zhuǎn)型不僅屬于代際轉(zhuǎn)型，而且由于處于人類(lèi)文明“奇點(diǎn)（singular point）”，因而將伴隨影響千年的人類(lèi)歷史劇變。

自寒武紀(jì)大爆發(fā)以來(lái)的5.4億年中，地球生命及人類(lèi)文明轉(zhuǎn)折點(diǎn)的時(shí)間間隔呈指數(shù)規(guī)律遞減，因而在圖1的對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中滿足直線關(guān)系。按照該規(guī)律預(yù)測(cè)，下一個(gè)文明轉(zhuǎn)折點(diǎn)的時(shí)間大體出現(xiàn)在2090年前后。該時(shí)間與圖2中利用能源大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的核能替代天然氣成為世界主導(dǎo)性能源的時(shí)間基本一致。核聚變能和人工智能作為下一個(gè)文明紀(jì)元的兩大類(lèi)標(biāo)志性技術(shù)，其技術(shù)進(jìn)展支持該預(yù)測(cè)。

在核能領(lǐng)域，目前世界主要大國(guó)都在沿小型核反應(yīng)堆、可控核聚變和低能核聚變（low energy nuclear reactions, LENR）三個(gè)方向的幾十條技術(shù)路線進(jìn)行攻關(guān)。其中，小型核反應(yīng)堆為核裂變與核聚變之間的過(guò)渡性技術(shù)形態(tài)，適用于獨(dú)立工業(yè)供能，多種小型核反應(yīng)堆將在未來(lái)10年內(nèi)投入商業(yè)運(yùn)行?？煽睾司圩儗⒅饕娲笮腿济喊l(fā)電等集中供能系統(tǒng)；低能核聚變因具有高能量密度、分布式、微型化、低成本等特征，主要替代分布式、移動(dòng)式、節(jié)點(diǎn)式民居能源（汽柴油、可再生能源、民居燃料等），尤其具有顛覆性。根據(jù)磁約束聚變研究進(jìn)展與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，低能核聚變?cè)?018年前后的重大突破，結(jié)合歷史上新一代主導(dǎo)性能源技術(shù)發(fā)展規(guī)律，預(yù)計(jì)包括中國(guó)在內(nèi)的世界主要大國(guó)的核聚變?cè)?040年前后投入商用是可能的。但各類(lèi)核聚變從宣布技術(shù)革命到成為世界主導(dǎo)性能源還需要漫長(zhǎng)的時(shí)間。歷史上，蒸汽機(jī)/內(nèi)燃機(jī)/燃?xì)廨啓C(jī)（發(fā)電）和LNG技術(shù)，從技術(shù)發(fā)明到商業(yè)化應(yīng)用大體用了20～30年；從商業(yè)化到成為世界主導(dǎo)性能源，分別經(jīng)過(guò)了116、107和85年（預(yù)計(jì)），且時(shí)間間隔在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中也呈直線變化。

庫(kù)茲韋爾基于信息技術(shù)大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)進(jìn)展，預(yù)測(cè)2040－2046年為人類(lèi)文明奇點(diǎn)[5]。近年來(lái)，機(jī)器實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)、類(lèi)腦計(jì)算、腦機(jī)接口與意念轉(zhuǎn)化[8]等人工智能關(guān)鍵技術(shù)的重大進(jìn)展支持其判斷。但從人工智能技術(shù)突破到新文明形塑還需要特定的歷史過(guò)程；結(jié)合圖1、2分析，大約要到2090年前后機(jī)器智能才能普遍超過(guò)傳統(tǒng)人類(lèi)智慧，智慧文明初現(xiàn)。故本文傾向于認(rèn)為文明奇點(diǎn)將出現(xiàn)在2040－2090年這一歷史區(qū)間。

從更細(xì)的歷史分析粒度看，人類(lèi)能源發(fā)展史其實(shí)就是一部世界主導(dǎo)性能源更替史，而且世界主導(dǎo)性能源具有能量密度不斷增高、碳排放逐漸減小、更替周期漸次縮短、技術(shù)復(fù)雜性和先進(jìn)性不斷增強(qiáng)的趨勢(shì)。在這個(gè)歷史舞臺(tái)上，領(lǐng)銜主演不斷更替，但配角從不離場(chǎng)，因此能源多元化程度不斷增加。由于人類(lèi)文明持續(xù)進(jìn)化，故該趨勢(shì)不可逆。

預(yù)測(cè)結(jié)果顯示：天然氣將在2032年前后取代石油成為世界主導(dǎo)性能源；核能將在2040年前后登上歷史舞臺(tái)，大約在2087年前后取代天然氣成為世界主導(dǎo)性能源，人類(lèi)由此走向能源自由。當(dāng)前世界正在經(jīng)歷從石油為主導(dǎo)的傳統(tǒng)能源系列向以天然氣為主導(dǎo)的低碳能源系列轉(zhuǎn)型，并為即將來(lái)臨的核能時(shí)代做好準(zhǔn)備。作為工業(yè)文明的最后一種能源形態(tài)，天然氣主導(dǎo)的低碳能源系列充當(dāng)著世界能源體系轉(zhuǎn)型的橋梁，并將伴隨文明奇點(diǎn)50年過(guò)渡期的史詩(shī)級(jí)社會(huì)劇變。只有成功實(shí)現(xiàn)這一輪向低碳能源系列的轉(zhuǎn)型，并掌握核聚變技術(shù)發(fā)展主動(dòng)權(quán)的國(guó)家，才能最終在即將來(lái)臨的智慧文明紀(jì)元躋身世界前列。

2 能源文明與天然氣在能源轉(zhuǎn)型中的橋梁作用

能源文明就是與特定能源形態(tài)相應(yīng)的，人類(lèi)在政治、經(jīng)濟(jì)、金融、軍事、外交、科技、文化和生活方式等各方面所發(fā)生的改變，以及由此創(chuàng)造出的物質(zhì)財(cái)富和精神財(cái)富的總和；包括能源科技共同體、能源領(lǐng)域的生產(chǎn)力與生產(chǎn)關(guān)系、能源消費(fèi)形態(tài)與消費(fèi)文化等。對(duì)于世界主要國(guó)家而言，成功的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型就是通過(guò)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換，在保障國(guó)家能源可持續(xù)、科技可持續(xù)、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)、環(huán)境可持續(xù)、文明可持續(xù)基礎(chǔ)上，借助新的能源優(yōu)勢(shì)創(chuàng)建更先進(jìn)的能源文明，并能通達(dá)終極能源安全（核聚變能）。因此，國(guó)家對(duì)未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的選擇不僅僅是量的滿足，還需要保持能源的先進(jìn)性和可持續(xù)發(fā)展性。

石油文明是由其能量、物質(zhì)、金融三重屬性和特殊賦存環(huán)境決定的。石油因物質(zhì)組分比天然氣豐富，碳排放系數(shù)為天然氣的1.32倍，熱值為L(zhǎng)NG的81.96%，因而將先于天然氣向化工領(lǐng)域轉(zhuǎn)移。石油金融屬性的遷移會(huì)涉及國(guó)際金融體系重構(gòu)。但因核能具有無(wú)窮大能量總體，不具備作為國(guó)際貨幣載體的稀缺性，故在石油被替代前，其金融屬性必須先轉(zhuǎn)移，但國(guó)際社會(huì)顯然沒(méi)有為此做好準(zhǔn)備。因此，需要以天然氣為橋梁，以兩者的地質(zhì)共生性和產(chǎn)業(yè)協(xié)同性確保國(guó)際金融載體平穩(wěn)換軌。由于石油賦存于地殼深部，涉及深海、極地、沙漠等特殊地理環(huán)境，世界油氣鉆探前沿必須持續(xù)挑戰(zhàn)科技“無(wú)人區(qū)”，因此油氣行業(yè)自一戰(zhàn)以來(lái)一直是世界科技前沿向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的最重要的工業(yè)領(lǐng)域，并持續(xù)引導(dǎo)人類(lèi)深入探索地學(xué)規(guī)律。

但石油工業(yè)過(guò)去150年僅找到了“前半桶石油”，只解決了與常規(guī)油氣相關(guān)的部分地學(xué)規(guī)律，以線性、顯性規(guī)律為主。進(jìn)入核能時(shí)代之后，人類(lèi)將進(jìn)入智慧文明紀(jì)元并開(kāi)始全面深空探索。因此，從世界科技可持續(xù)發(fā)展角度，在進(jìn)入核能時(shí)代前，需要經(jīng)歷天然氣能源時(shí)代，通過(guò)智能化鉆采機(jī)器實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)和揭示那些發(fā)生在井筒環(huán)空、油藏滲流空間、壓裂過(guò)程等地質(zhì)與工程環(huán)境的大量非線性隱蔽性規(guī)律。

事實(shí)上，油氣行業(yè)恢弘龐大的工業(yè)系統(tǒng)涵蓋了世界大部分科技領(lǐng)域（見(jiàn)圖3）。當(dāng)前世界油氣智能鉆采技術(shù)前沿已實(shí)現(xiàn)單技術(shù)鏈閉環(huán)智能化，機(jī)器智能已從數(shù)字孿生進(jìn)入機(jī)器實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)階段。其中，智能鉆頭、油藏納米機(jī)器人、海底工廠等標(biāo)志性技術(shù)所必須的井下MEMS/NEMS、超硬材料（金剛石）3D打印、井下材料分子制造和原位自組裝、井下激光與脈沖中子等核心技術(shù)，代表一個(gè)國(guó)家工業(yè)制造和信息技術(shù)的頂級(jí)水平。未來(lái)的量子金剛石芯片等井下量子科技、仿生鉆采系統(tǒng)、地下智慧工廠等技術(shù)形態(tài)則展現(xiàn)出對(duì)下一輪世界科技革命廣泛而強(qiáng)烈的需求驅(qū)動(dòng)。因此，需要以天然氣承前啟后，將油氣科技作為人類(lèi)文明進(jìn)化的前驅(qū)體融入新的文明紀(jì)元，以確保能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型時(shí)不會(huì)出現(xiàn)文明斷層或文明倒退。事實(shí)上，石油科技能雄踞世界工業(yè)技術(shù)體系的塔尖，主要受益于在“無(wú)人區(qū)”持續(xù)挑戰(zhàn)世界級(jí)難題。這種挑戰(zhàn)性是可再生能源所不具備的。


因此，從能源文明發(fā)展的角度，唯有天然氣能夠作為跨越化石能源體系和核能能源體系的橋梁，通達(dá)終極能源安全，并實(shí)現(xiàn)能源文明可持續(xù)發(fā)展。

原標(biāo)題： 關(guān)于能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型若干問(wèn)題的思考