碳中和目标下天然气产业发展的多情景构想Word文档格式.docx
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中国在2020年召开的第75届联合国大会上提出，中国的二氧化碳（CO2）排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。
所谓碳中和，是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，来抵消自身产生的CO2排放量，实现其“零排放”。
但碳中和的意义并非是要在2060年前实现“绝对的零排放”，而是通过技术创新等手段将人为活动排放对自然环境造成的影响降低到可以忽略的程度，达到人为碳源和碳汇新的平衡[1]。
2015年达成的《巴黎协定》设定了到21世纪末将全球平均气温相比前工业化时期升幅控制在2℃以内并力争控制在1.5℃以下的全球目标。
中国到2060年实现碳中和，实际上就是要努力实现以1.5℃目标为导向的长期深度脱碳转型路径[2]，这需要全社会经济体系、能源体系、技术体系等方面做出巨大的改变，这其中最重要的是深化能源体制改革，实现能源利用最大程度上的减排。
中国作为世界上最大的发展中国家以及碳排放大国，要在未来40年内完成从碳排放达峰到碳中和的转型，需要建立起以新能源和可再生能源为主体的可持续能源体系。
但我国现有的能源结构仍以煤炭等化石能源为主，化石能源占一次能源消费的85%以上，外加我国现有的能源资源禀赋现状，化石能源仍是今后相当长时间内保证国家能源安全的现实选择。
国际能源署（IEA）统计的2006—2019年中国分能源品种的CO2排放量情况如图1所示[3]，可以看出，天然气的碳排放量要远远低于煤炭和石油，是更为清洁的化石能源。
碳中和目标导向下的能源转型重点在于退煤，天然气替代煤炭对全球碳减排产生的积极作用已在以往的统计数据中得到了证实，2016—2019年，全球“煤改气”减少的CO2排放量达4×
108t，相当于这一时期碳排放总增量的25%[4]。
因此，对于中国以煤炭为主的能源消费现状，天然气对煤炭的替代将对碳中和目标的实现发挥重要作用。
另外，可再生能源消费市场的扩大是碳中和时代下的必然发展趋势，但是受技术限制，我国距可再生能源的大范围普及使用还需要一定的时间，天然气作为能源消费结构从高碳化石能源向可再生能源发展过程中的过渡燃料，短期来看，2060年碳中和目标的实现离不开天然气。
但长期来看，相比可再生能源，天然气全产业链碳足迹强度仍然不低，且是不可再生资源。
因此，天然气除作为原料的市场需求外，其他方面的需求很可能逐步被可再生能源取代，其未来的发展也将面临不可预估的挑战。
图1 中国分能源品种CO2排放量图（资料来源于IEA[3]）
2 天然气发展前景探讨
2.1 未考虑碳中和目标的未来能源消费结构情形
根据IEA、英国石油公司（BP）等多个国际能源机构所公布的能源展望，笔者整理了有关中国未来能源需求的预测情景（表1）。
相关的预测数据是根据历史和当前的政策、经济与市场环境，以及不考虑碳中和目标情形下对中国未来能源消费基本走势的预估。
对各机构给出的不同情景下三大化石能源消费量、可再生能源消费量及一次能源消费量的预测结果求均值，以此来表示未来中国能源消费的基本发展趋势，并计算三大化石能源及可再生能源占一次能源消费的比例，来表示不考虑碳中和目标下未来中国能源消费结构的基本情形，计算结果如图2所示。
表1 国际能源机构所公布能源展望中的预测情景表
图2 三大化石能源和可再生能源占一次能源消费的比例图
由图2可知，未来30年，中国煤炭消费在一次能源消费中的占比将显著下降，到2050年为30%左右；
石油消费占比趋于平缓，天然气消费占比在2040年之前有所上升，2040年之后呈缓慢下降趋势，可再生能源显著提升，但在2050年占一次能源消费的比重仍不足40%。
现有碳中和目标导向下能源转型的相关研究结果表明[5-6]，碳中和情形下的一次能源消费比例中，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，该预测情形下的中国能源发展进程远不能在2060年之前实现碳中和目标。
天然气消费占比在2030年之后趋于平缓，维持在11%～12%，没有明显的上升或下降趋势，这表明，在未来以可再生能源为主要目标的能源发展进程中，天然气的发展潜力得不到有效释放，所面临的发展前景也有所局限。
实现碳中和目标需要能源系统的颠覆性变革，以及在经济、社会和金融等各个领域持续开展创新，促使高碳化石能源需求提早达峰，加速可再生能源发展进程。
天然气作为清洁的化石能源，促进其高质量发展，对碳中和目标导向下的新兴能源系统的形成将有重要作用。
2.2 基于现有研究的碳中和目标导向下天然气发展前景
近年来，为建设清洁低碳、安全高效的能源体系，中国一直致力于提高天然气的消费使用比例，天然气消费量从2000年不足300×
108m3扩大到目前的超过3000×
108m3，20年内的年均增速高达10.3%，远高于同期能源消费总量6.5%的增速[7]。
中国的天然气市场正处于蓬勃发展时期，且众多“煤改气”“油改气”等项目在持续推进，其消费需求不断攀升。
但2060年碳中和目标所要求的强化减排，将对未来天然气发展产生诸多不确定影响，天然气需求有可能很快达峰回落。
因此，为了解碳中和目标导向下天然气发展前景，笔者根据现有的研究假设，通过量化预估的方式来探讨未来天然气发展的基本趋势。
大气中CO2浓度是碳源排放和碳汇吸收两者相平衡的结果。
《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）将碳源定义为向大气中释放CO2的过程、活动或机制，大气中的CO2主要由人为活动导致的化石燃料燃烧产生；
UNFCCC将碳汇定义为从大气中清除CO2的过程、活动或机制，碳汇主要包括森林碳汇和海洋碳汇。
随着技术的发展，还可以通过捕获化石燃料和生物质能燃烧释放的CO2并将其存储在地下的负碳技术，即碳捕获封存（CarbonCaptureandStorage,CCS）来完成碳汇。
因此，未来的碳汇主要由三个部分组成，陆地碳汇、海洋碳汇以及CCS碳汇。
碳汇相比碳源更不易因人为因素的驱动而产生改变，更容易对其进行估算。
因此，笔者通过估算碳汇的方式来得到2060年的碳源量，与现有的排放情形进行对比，由此分析中国碳减排的基本发展趋势，并结合碳中和目标导向下化石能源的消费结构，倒推预估2060年天然气消费量，由此量化探讨其发展前景。
笔者梳理了现有对碳中和目标导向下能源转型的相关研究，总结不同能源发展假设情景，并根据相关情景中提供的数据计算在不同假设情景下CO2的排放量以及天然气消费情况。
2.2.1 情景一：
《中国长期低碳发展战略与转型路径研究》——清华大学气候变化与可持续发展研究院[5]
该研究强调，中国2060年实现碳中和本质上就是实现1.5℃目标为导向的长期深度脱碳转型路径。
因而2060年碳中和情形下的能源发展情况可视作与实现1.5℃能源转型的情况相同。
该研究中1.5℃目标导向下CO2净零排放情景的一次能源消费构成的基本情况为：
到2050年，非化石能源占比超过85%，煤炭比例将低于5%。
该情景下的碳汇量情况为：
陆地碳汇量7.8×
108tCO2（本文碳汇量均指CO2），CCS碳汇量8.8×
108t。
其他相关研究显示中国海洋每年可从大气中吸收约2.4×
108tCO2[8]，由此可以估算2060年由陆地、海洋和CCS碳汇量组成的中国碳汇总量约为19×
碳中和情形下，CO2排放量同样为19×
1.5℃目标导向下，2050年一次能源消费比例构成显示，化石能源消费约占一次能源总量的15%，其中煤炭占比为5%左右，石油与天然气则共占比10%，假设石油与天然气消费量相同，则天然气消费量占比约为5%。
该一次能源消费结构可视作碳中和情景下的一次能源消费结构，并假设碳排放均由化石燃料燃烧产生，结合碳排放系数，通过计算可以预估得到2060年天然气消费量约为2200×
108m3。
2.2.2 情景二：
《2060年碳中和目标下的低碳能源转型情景分析》——清华大学能源环境经济研究所[6]
该研究就2060年碳中和情景下的一次能源消费总量以及各能源消费量给出了较为明确的数值：
一次能源消费总量约为47×
108t标准煤，非化石能源消费占一次能源消费的比例为81%，煤炭消费占比7%，石油消费占比8%，天然气消费占比4%。
根据该预估值，计算该情景下2060年中国的CO2排放量约为20×
108t，天然气消费量约为1400×
该研究中并未就陆地与海洋碳汇量给出明确的数据，但就2060年碳中和情景下的CCS碳汇量给出了与情景一不同的假设，该研究预估2060年中国CCS碳汇量将达16×
由此可知该情景下的陆地与海洋碳汇量的和约为4×
2.2.3 情景三：
最大化碳汇量情景
为最大化地讨论碳中和情景下可容纳的碳排放量与天然气消费情况，在不同碳汇类型下取当前最大碳汇量，以组成情景三：
最大化碳汇量情景，由此了解达成碳中和目标所允许的最宽松减排力度。
陆地碳汇量除情景一和情景二的值外，中国科学院大气物理研究所的相关研究结果显示：
中国陆地生态系统年均吸收CO2约11.1×
108t[9]，要大于上述两情景中的碳汇量，因此该情景中的陆地碳汇量取11.1×
108t，海洋碳汇量取情景一中的2.4×
108t，CCS碳汇量取情景二中的16×
108t，最后组成情景三的碳汇总量为29.5×
表2总结了2060年不同情景下的碳汇量组成情况。
表2 2060年不同情景下的碳汇量情况表
单位：
108t
碳中和情景下，碳排放量同样为29.5×
这是就当前研究资料和发展情况而言，碳中和所允许的最大碳排放。
由于该情景下并无与2060年一次能源消费结构相关的支撑资料，所以分别利用情景一与情景二中的一次能源消费结构，结合碳排放系数来计算当达成碳中和，碳排放量达到29.5×
108t时，天然气的消费量情况，并得到以下结果。
1）利用情景一中的一次能源消费结构：
煤炭、石油和天然气占一次能源消费的比例均为5%。
经计算，最大化碳汇量情景下，2060年达成碳中和时天然气的消费量为3400×
2）利用情景二中的一次能源消费结构：
煤炭消费在一次能源消费中的占比为7%，石油占比8%，天然气占比4%。
经计算，最大化碳汇量情景下，2060年达成碳中和时天然气的消费量为2000×
不同情景下碳排放量与天然气消费量变化趋势如图3所示。
IEA公布的2019年中国碳排放总量为98×
108t，由上述碳中和导向下不同能源消费情景的碳排放情况可知，中国需要在40年内减排70×
108tCO2，才可以在2060年实现碳中和，中国将面临前所未有的减排压力。
2019年，中国天然气表观消费量为3064×
108m3，由图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气消费总量将比2019年下降1/3左右，而情景三2中的天然气消费量则略高于2019年。
在不同情景下，天然气消费量在达峰后的趋势变化存在较大差异，但整体呈现达峰后下降的变化趋势。
这表明，在碳中和目标导向下以可再生能源为主体的新兴能源体系中，天然气的发展空间将明显受限，其作为清洁能源的发展优势也得不到充分体现。
因此，如何在有限的时间与空间内，发挥出其作为清洁能源的最大价值，积极助力碳中和目标的实现，是天然气行业务须关注的问题。
图3 碳中和目标导向下CO2
排放量和天然气消费量在不同情景中的发展趋势图
3 碳中和目标导向下天然气发展多情景构想
上述情景所预估的碳中和目标导向下的一次能源消费情况虽有所差别，但其所表示的能源发展基本走势是一致的，均呈现煤炭消费比例显著下降，非化石能源消费比例大幅提升，天然气消费先升后降的情形。
这是目前对未来能源变革前景的主流预测，也是实现碳中和目标的最根本途径。
但除此之外，能源的发展进程会受诸多不确定因素的影响，因此一次能源消费可能存在其他的发展趋势。
天然气作为清洁高效的低碳化石能源，在现阶段减煤进程中发挥着重要作用，也是中国能源体系从化石能源向可再生能源过渡过程中可以直面能源需求的重要选项。
因此，碳中和目标导向下的能源改革进程中，天然气消费很可能会呈持续增长的态势，在新兴能源体系中占据一席之地。
由此本节就未来能源消费结构设置多个假设情景，来分析在不同情景下天然气的发展前景，探寻可支持碳中和目标导向下天然气消费持续增长的能源消费结构。
3.1 数据设置
在2.2节情景二的研究中，给出了2060年碳中和情景下一次能源消费的预估量，为47×
108t标准煤，以及2030年碳达峰时天然气消费的预估量为5200×
108m3，约占一次能源消费的13%，因此，笔者利用情景二中所给出的相关数据进行后续的预估研究。
为最大化地考虑天然气的未来发展空间，本节假设情景中所用到的2060年的碳排放量为上述3种情景中的最大碳排放量计算结果，即29.5×
3.2 情景构想
3.2.1 情景A（极端情景）：
煤炭与石油消费量为0
在极端情景中，到2060年达成碳中和时，煤炭与石油的消费量降为0，2060年所有的碳排放均由天然气消费产生。
根据2060年的碳排放量29.5×
108t，结合碳排放系数，计算2060年天然气消费量约为14000×
108m3，占一次能源消费的近40%，非化石能源消费将占比60%。
在此情景下天然气拥有最大化的发展空间。
3.2.2 情景B：
煤炭与石油消费在一次能源消费中占比均为5%在该情景中，煤炭与石油消费量显著下降，在2060年碳中和时均占一次能源消费的5%。
根据碳排放量与碳排放系数，可以计算得到在该情景下，2060年天然气消费量约为8500×
108m3，占一次能源消费的25%，则非化石能源消费占比为65%。
在此情景下，天然气与现在相比有近2倍的发展空间，并且大幅度高于碳达峰时的消费量，具有十分乐观的发展前景。
3.2.3 情景C：
煤炭与石油消费在一次能源消费中占比均为8%
在该情景中，煤炭与石油消费持续下降，在2060年碳中和时均占一次能源消费的8%。
根据2060年的一次能源消费量与碳排放系数，计算得到2060年天然气消费量在该情景下约为5400×
108m3，在一次能源消费中占比近16%，非化石能源消费则占比为68%。
在此情景下，天然气与现有情况相比有近1倍的发展空间，与碳达峰时的消费量几乎持平，有较为可观的发展前景。
3.2.4 情景D：
煤炭与石油消费在一次能源消费中占比均为10%
该情景下煤炭与石油消费均占一次能源消费的10%，结合碳排放量与碳排放系数，计算得到2060年碳中和情形下天然气的消费量约为3300×
108m3，占一次能源消费的比例为10%，则非化石能源消费占比70%。
该情景下天然气消费占一次能源的比重小于2030年碳达峰时的13%，这表明该情景下天然气消费在达峰后开始下降。
因此，若要保证天然气在碳中和情景下有可观的发展前景，保持上涨的趋势，则需保证煤炭和石油消费占一次能源的比例不能超过8%。
图4、5展现了不同情景下的天然气消费发展趋势以及2060年一次能源的消费结构情况。
图4 不同情景下天然气消费量图
图5 2060年不同情景下的一次能源消费结构图
上述各情景的设置是基于现有碳中和研究资料和能源发展情况对未来天然气消费预估的假设性讨论。
该讨论中天然气未来的消费情况主要取决于达成碳中和时的碳排放量，若碳排放量有更为显著的下降，留给化石能源的消费空间则更为紧缺，天然气的发展也将受到约束，要保持其消费的持续增长是十分困难的。
同时，该讨论也提供了一个天然气未来发展的临界情况，即煤炭与石油消费占一次能源比例均不超过8%时，在达成碳中和所允许的最大化碳排放情况下，天然气消费将持续增长，该结果可为以追求天然气最大发展空间为目标的能源结构调整提供一定的参考。
碳中和目标导向下的化石能源消费下降是能源发展的必然趋势，天然气作为清洁的化石能源，较之于煤炭与石油有着相对乐观的发展前景，但仍需积极探索更高质量的发展路径，才能保留其在碳中和能源大变革进程中的一席之地。
4 碳中和目标导向下天然气产业实现路径
4.1 不同前景下天然气产业发展重点
碳中和即为大气中碳源和碳汇达到均衡的一个状态。
据IEA统计，2019年世界能源活动导致的CO2排放量为330×
108t[10]，远远高于碳汇量，由此导致大气中CO2过剩，引起气候变化等一系列问题。
所以，要实现碳中和，最根本路径就是要降低碳源的排放。
前文所讨论的天然气发展前景可根据天然气消费的发展趋势大致分为两类，一类是达峰后下降（情景一、二、三、D），另一类是未达峰持续上升（情景A、B、C）。
天然气产业在碳中和目标导向下的实现路径主要涉及上游生产、贸易运输和下游消费三个方面，其面临的发展前景不同，所对应实现路径的方向与重点也有所不同，但都应围绕降低碳源这一根本路径展开。
在第一类天然气发展前景中，天然气需求市场的发展空间有所萎缩，消费量在达峰后开始下降。
下降的原因可能包括产业结构升级，高能耗行业被逐步淘汰，以及非化石能源在天然气主要消费行业逐步取代天然气等等。
因此，在碳中和目标导向下的能源改革进程中，天然气需积极探索更为有效的低碳转型路径，寻求更高质量的发展，在并不宽裕的发展空间中发挥最大的效用，这就需要从全产业链的角度来思考减排。
以液化天然气（LNG）为例，对LNG全过程碳排放的统计研究结果可知，75%的碳排放源自于LNG终端消费，而上游生产液化产生的碳排放占比15%，海运占比3%左右[11]。
由此可见，想要实现天然气的高质量发展，不仅要保证下游消费的低碳化，还应在天然气开发及贸易运输过程中保持零碳运营，实现天然气发展的全过程清洁化。
因此，在天然气达峰后下降的情景中，天然气产业的发展重点应在上游生产端加强对碳源的控制，在贸易运输端积极探索更为低碳的贸易方式。
中国天然气下游消费的主要行业包括工业燃料、城市燃气、发电以及化工四个方面，在天然气消费达峰后下降的情景下，天然气需求市场空间受限，主要用气行业也会相应萎缩。
2.2节情景一中1.5℃目标导向下的低碳转型路径研究强调，到2050年，非化石电力在总电量中的比例将超过90%。
因此，在发电行业中，燃气发电将被可再生能源发电大规模取代，电力行业也会成为主要用气行业中萎缩幅度最大的行业。
在工业及城市燃气方面，天然气做燃料的情况下，则有可能会被新兴燃料或者电力所替代，因此，这两个行业也存在用气量萎缩的可能。
而在化工行业天然气主要作化工原料来使用，被大规模替代的可能性较低，所以在化工行业仍会为天然气留有一定的发展空间。
在第二类天然气发展前景中，能源需求市场仍为天然气留有一定的发展空间，其消费量保持上涨趋势。
该前景下天然气的发展应以提高消费比例、释放发展潜能为重点。
并且，天然气作为清洁高效的低碳化石能源，其消费比重的增加，对煤炭替代力度的加大，对于中国这样以煤炭等高碳化石能源为主的能源消费结构以及碳排放现状来说就是在降低碳源。
但截至目前，中国天然气消费占一次能源比例仍不足10%，远低于世界平均水平，在各个行业都留存有较大的发展空间。
中国的天然气主要终端市场分为工业燃料终端、居民用气终端、发电终端和化工终端四大部分。
因此，可加大天然气在主要用气终端的使用量，由此在下游消费方面促进碳中和目标的实现。
根据上述分析，天然气产业在不同前景下发展的重点与措施如图6所示。
图6 天然气在不同发展前景下的重点与措施图
4.2 碳中和目标导向下天然气产业发展路径
4.2.1 上游生产
碳中和概念狭义上指的是CO2，更为宽泛的则指温室气体，据IEA的统计数据显示，世界温室气体排放的73%来自CO2，而占比27%的非CO2温室气体同样对大气产生着巨大影响。
甲烷在非CO2温室气体中占据较大比例，是天然气的主要成分。
空气中的甲烷主要来源于油气开采和储运过程中的泄漏，同时农业活动中也会产生甲烷排放。
据IEA统计，2018年全球甲烷排放量为5.7×
108t，相当于171×
108tCO2。
甲烷在百年尺度上增温潜势是CO2的21倍左右,是实现有效减排需要着重控制的一类温室气体[12]。
目前，有关甲烷治理的关注度在全球范围内一直不低，英国石油公司和意大利埃尼集团等都将“减少甲烷”定为实现净零排放的目标之一。
对于天然气行业来说，仅天然气生产过程中排放的甲烷就超过全球油气行业的50%。
为实现天然气的高质量发展，需有效控制天然气开采过程中的甲烷排放，并将其作为天然气生产方面减碳措施的重点。
这要求各参与主体共同努力：
①政府应加大有关甲烷逃逸控制的政策与资金支持；
②企业应积极探索科学有效的控制技术，减少天然气开采过程中的甲烷逃逸，开发逃逸检测监视系统，使更多的甲烷泄漏能够被发现并及时修复；
③天然气开采过程中的用能也会产生碳排放，因此生产用能（主要为电力）应以可再生能源为主，以保证上游生产的全过程清洁化。
天然气的低碳清洁供应，可使天然气行业整体清洁化提高，让兼顾减少碳排放和能源供给保障的天然气发挥出更大的效用，更大程度上减少中国能源消费产生的碳源总量。
4.2.2 贸易运输
天然气虽为清洁的化石能源，但其在开采、处理、储运及终端利用等方面仍然会有不少的碳排放产生。
为实现天然气贸易全过程清洁化，碳中和LNG应运而生，成为天然气贸易碳中和的现实发展路径以及未来能源组合的重要组成部分。
碳中和LNG是基于碳中和的基本原理，利用自主开发或购买的碳信用额，对LNG全生命周期的碳排放进行抵消[13]。
具体包括“碳汇抵补”等概念的实施，即出口商通过种树、参与可再生能源开发项目等，来补偿LNG在下游使用中产生的碳排放。
碳中和LNG将“碳中和”“净零排放”等理念引入了天然气贸易当中，可进一步挖掘天然气这一清洁能源的环保价值，为天然气贸易发展提供一种更为全面的清洁能源方案，积极促进了天然气行业在应对气候变化背景下的可持续发展。
但由于碳中和LNG是能源市场的新兴事物，国内还未对碳中和LNG概念进行广泛的普及，外加碳中和LNG不能为下游买家带来有效的经济效益，导致目前国内市场对其接受度非常有限。
但随着中国2060年实现碳中和目
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