1 能源的清洁低碳化利用是中国实现可持续发展的必由之路
1.1 粗放式的经济增长模式导致能源消费总量持续攀升
自改革开放以来，中国经济总量不断创造新的纪录，2014年已突破10万亿美元，成为继美国之后又一个超越10万亿美元的经济体。长期粗放式的经济增长模式，加上行业产能的过度扩张，中国能源、资源消耗量居高不下。2014年，中国人口约占全球总人口的20%，GDP占全球经济总量的13%。而根据普氏资讯统计数据，中国取得此成绩的同时，也消耗了全球近60%的水泥、54%的铝、50%的镍、49%的煤炭、48%的铜、46%的钢铁及12%的石油。在铜、煤等主要工业原料的消耗量方面，中国已多年位居世界第一，并于2009年首次超越美国成为全球第一大能源消费国。与之相反，中国能源利用效率却远远落后于德国、日本等发达国家。按照2014年每1万美元GDP消耗的一次能源总量，中国为2.87吨油当量(1吨油当量= 41868kJ/kg)，美国为1.32吨油当量，日本、德国、法国均低于1吨油当量，英国更是低至0.64吨油当量，不足中国的1/4，而全球平均水平也仅为1.66吨油当量。
同时，在“富煤、贫油、少气”的资源禀赋理念下，煤炭作为主要能源，长期占据我国能源消费结构的主体地位。2014年，煤炭在我国一次能源消费结构中的比例高达66%，相比之下，石油的比例为18%，而天然气的比例则不到6%。从全球来看，煤炭在一次能源供给中的比例只有30%（图１），如果不包括中国，那么这个比例则不到20%；而石油和天然气的比例则分别高达33%和24%。在美国、日本、德国、英国等发达国家一次能源结构中，石油的比例均超过36%，天然气利用比例超过20%，中国的能源消费结构转型亟需加速。
1.2 能源清洁低碳化利用是产业结构升级的客观需要
进入21世纪以来，在扩大内需政策的带动下，以钢铁、冶金、能源等为代表的重工业得到迅速发展，工业销售产值不断攀升，重工业占工业总产值的比重长期保持在60%以上，居高不下，这也导致我国产业结构整体上呈现“重型化”的特征。但随着我国经济进入新常态，经济增速和需求增速均放缓，以钢铁、水泥、平板玻璃、电解铝、多晶硅等重工业为代表的多个行业产能过剩矛盾日益凸显。以钢铁行业为例，2014年全国粗钢产量为8.2×10^8t，占世界总量的49.4%，较之于超过11×10^8 t的粗钢产能，产能利用率不足75%。尽管面临严重的产能过剩问题，但产能扩张仍在持续。如2014年炼钢炼铁新开工项目仍然高达2 037个，导致近几年新增产能大于淘汰的落后产能。
我国产业结构已在深刻调整，以农林牧渔为主的第一产业比重逐年下降，而以服务业为主的第三产业比重则不断攀升，已连续4年超过第二产业。以2014年为例，第一产业比重降至9.2%，第三产业比重增至48.1%。根据世界银行统计数据，在全球最大的几个经济体中，美国、日本、德国、法国、英国第一产业的比重约为1%，第三产业的比重均超过70%，其中美国、法国、英国更是在78%以上。与之相比，第三产业在中国经济中的比重仍然偏低。产业结构升级与能源转型之间是相互依存的，为实现产业结构的不断优化升级，能源转型刻不容缓。
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1.3 能源清洁低碳化利用是解决环境问题的必然要求
能源消费量的快速增长，带来碳排放的激增。改革开放初期，中国碳排放总量只有11.3×10^8 t，占全球碳排放总量的7%；2005 年，中国碳排放总量增加到63.3×10^8 t，占全球碳排放总量的21%，超越美国成为全球最大的碳排放国；2014年，中国碳排放总量达到了97.6×10^8 t，全球近27.5%的碳排放来自于中国（图2）。化石燃料燃烧是碳排放的最主要来源，国际能源署（IEA）的统计显示，中国2013年化石能源燃烧共排放CO2近90.0×10^8t， 其中75.4×10^8t来自煤炭，11.5×10^8t来自石油，3.0×10^8t来自天然气。此外，中国也是全球碳排放增量最大的国家，过去几年来占全球增量的比例一直在50%左右。作为全球碳排放总量和增量最大的国家，中国面临的碳减排国际压力日益增大。控制碳排放总量的增长，成为能源清洁低碳化利用的重要目标。
严重的环境污染问题源于重化工业的快速发展以及高度依赖煤炭的能源结构，其中以PM2.5为代表的空气污染尤为突出。根据国家环境保护部的数据，2014年74个监控城市中约90%的空气质量不达标（图3），京津冀地区空气质量达标天数仅有156天，PM2.5平均高达93μg/m^3，而国际卫生组织公布的健康标准为10μg/m^3。
发达国家的发展路径显示，能源清洁低碳化利用是解决一系列环境问题的必由之路。自19世纪以来，英国伦敦作为世界工业发展的中心之一，对煤炭的需求居高不下，最终导致了震惊世界的“伦敦烟雾事件”，而燃煤产生的大量污染物排放则是造成该事件的最直接原因。此后，英国政府确定了低碳发展的路线，颁布了完善的法案间接推动能源结构的转型，煤炭占总能源消耗量的比例不断降低，天然气等清洁能源的比重大幅上升，伦敦也成为环境治理成功的典范。2015年末英国关闭了最后一个煤矿，彻底结束了煤炭时代。德国等发达国家控制碳排放的成功经验也进一步证明了能源清洁低碳化利用的有效性。目前，中国以煤为主的能源消费结构带来的能源和环境问题日益凸显，从根本上遏制CO2及其他各种污染物的排放，必须推动能源消费结构的转型，包括大力发展太阳能、风能等可再生能源和天然气等低碳清洁能源，降低对煤炭的过度依赖等。
2 能源清洁低碳化利用的路径选择
2.1 多头并举，推动能源清洁低碳化
当前，西方发达经济体正从油气时代向天然气和可再生能源时代转型，而中国仍处于以煤炭利用为主的煤炭时代。在诸多矛盾叠加的时期，如何加快能源消费结构的转型是我国“十三五”乃至未来较长时期的重要任务。中共中央十八届五中全会公报明确提出了推动低碳循环发展，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系。《能源发展战略行动计划（2014—2020年）》《国家应对气候变化规划（2014—2020年）》和《煤炭清洁高效利用行动计划(2015—2020年)》等中央政府文件也先后密集出台，为推动清洁低碳化发展制定了切实可行的目标和实施路线。
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2.1.1 能源清洁低碳化，必须要大力推动产业结构升级
“重型化”是我国产业结构近年来的一个显著特征，不仅出现了电力、钢铁、水泥等高耗能行业产能严重过剩的问题，而且也导致了一系列突出的能源与环境问题。目前，火电中煤电的装机容量占90%以上，但2014年火电的平均利用仅有4706 h，利用率约为53%，粗钢的产能利用率低于75%，水泥产能利用率同样低于70%。能源消耗量方面，中国消耗了全球接近23%的能源，但仅创造了全球13%的GDP。实现能源消费结构的转型，必须要推动产业结构的升级。产业结构升级是产业结构高级化的一个过程，其本质是在特定的经济、资源条件下，按照一般的产业结构演进规律，不断提高产业机构层次和发展水平的一种经济活动。发达国家产业结构演进史显示，产业结构升级不仅包含三次产业中由第一、第二产业向第三产业转移的趋势，也包含各个产业内部的高级化过程。具体来讲，中国一方面需要大力发展第三产业，推动三次产业向第三产业转移；另一方面还必须逐步推动各个产业内部的高级化。对于第二产业，逐步调整其内部结构，提高劳动生产率，促使第二产业由低级向高级、低附加值向高附加值转变，并加快制造业转型升级，强化工业制造领域的核心竞争优势；第三产业则要向现代服务业拓展，重点发展生产性服务业，加快现代服务业与先进制造业的深度融合。
2.1.2 能源清洁低碳化，必须控制能源消费总量
快速攀升的能源消费总量，尤其是以煤为主的化石能源消耗总量，是导致中国碳排放总量和增量高居世界第一的主要原因。以2014年为例，中国一次能源消费总量为42.6×10^8吨标煤(1吨标煤.2kJ/kg)，其中煤炭为28.1×10^8吨标煤、石油为7.3×10^8 吨标煤、天然气为2.4×10^8吨标煤，按照此能源消费结构，如果能源消费总量增加1%，则导致碳排放量至少增加9000×10^4 t。因此，推动能源利用清洁低碳化，控制能源消费总量是关键。
控制能源消费总量，必须要设定能源消费量的控制目标。《能源发展战略行动计划（2014—2020年）》指出，到2020年，一次能源消费总量控制在48×10^8吨标煤左右，煤炭消费总量控制在42×10^8t左右。在此目标下，根据能源的使用去向，有序开展能源消费总量的控制工作。首先，加快产业结构升级、淘汰落后产能，从根源上解决能源消费量的过快增长问题；其次，积极推进低碳技术研发，努力消除科技水平落后对“高碳”向“低碳”发展的制约；最后，完善能源价格机制、能源税费制度，充分发挥价税在调节能源消费总量中的作用。
2.1.3 能源清洁低碳化，必须优化能源消费结构
化石能源燃烧排放的CO2是造成气候变化的主要原因。以1吨标煤为单位，煤炭的燃烧约排放2.66t的CO2石油排放2.02 t的CO2，天然气排放约1.47t的CO2，煤炭的CO2排放额约为天然气的1.8倍。按照2014年能源消费总量计算，在能源消费结构中提高1%的天然气比重，降低1%的煤炭，则将减少碳排放近5 000×10^4 t。因此，推动能源清洁低碳化，必须优化目前的能源消费结构。
调整优化能源消费结构，需要综合考虑我国煤炭、石油、天然气等各种能源的资源禀赋，以及由此形成的经济发展对不同能源的偏好。鉴于目前我国以煤为主的能源消费结构短期内难以从根本上改变，《能源发展战略行动计划（2014—2020年）》提出，到2020年，非化石能源占一次能源消费量比重达到15%，天然气比重达到10%以上，煤炭消费比重控制在62%以内。为实现此目标，煤炭清洁化利用是现实选择，大力发展非化石能源是战略之举，石油作为动力燃料主力的地位中短期内不会动摇，而天然气在我国能源清洁低碳化过程中将扮演桥梁作用。
2.2 煤炭清洁化利用是现实选择
我国基于“富煤、贫油、少气”的认识和以供定需的计划经济管理，形成了以煤为主的能源消费结构现实，能源低碳清洁化要兼顾现实与未来，辩证地解决存量和增量问题，煤炭清洁高效利用就是基于这一事实。根据国家统计局《2015 年国民经济和社会发展统计公报》，2015年中国煤炭消费总量约为39.7×10^8 t，即使《能源发展战略行动计划（2014—2020年）》目标全部实现，2020年煤炭消费总量控制在42×10^8 t，在一次能源供给中的比例仍然接近60%。因此在未来一段时间内煤炭作为主体能源的地位仍难以改变。而IEA的统计结果也显示，2013年煤炭燃烧导致的碳排放在中国燃料燃烧碳排放总量中的比例高达84%。高效清洁化利用煤炭资源必然成为我国能源清洁低碳化的首要选择。事实上，技术进步为煤炭清洁化利用提供了可能。虽然煤炭本身是高碳能源，其利用必然伴随CO2排放，但不断创新的技术正在改变这种状况，比如煤炭洗选等提质加工技术、超（超）临界发电等高效燃煤发电技术的大规模应用。2015年，全国发电装机容量为15.1×10^8kW，发电量为5.8×10^12 kW·h，其中火电占全部装机容量的65.7%，占全国发电量的73.0%。如果燃煤发电标准煤耗从314 g/（kW·h）降低至300 g/（kW·h），每1×10^8 kW·h 燃煤发电量将减少碳排放近3700 t。另外，工业锅炉燃煤和散煤的“气代煤”空间更大，去产能和城镇化战略将为推动这一替代创造政策环境。
2.3 大力发展非化石能源是战略之举
大力发展非化石能源是实现能源可持续发展的重要措施，也是未来能源发展的主要趋势。非化石能源包括水能、核能、太阳能、风能、生物质能及地热能等可再生能源和新能源。目前，以煤、石油、天然气为主的化石能源占一次能源消费总量的90%左右，但随着资源劣质化时代来临、消费总量攀升、对外依存度居高不下，能源的稳定、安全、可持续发展面临着严峻的考验。在这种形势下发展非化石能源是破解这一难题的战略性措施。2014年，非化石能源在我国一次能源消费总量中的比重达到了10.9%，同期美国的比重为13.7%，经济合作与发展组织（OECD）国家的比重为17.8%，欧盟国家的比重更是高达24.9%。在非化石能源发展取得重要进展的同时，各国也纷纷设定未来发展目标，进一步强化非化石能源的地位，如欧盟《气候与能源2030政策框架》提出2030年前将可再生能源占比提高至27%以上。我国也设定了到2020 年我国非化石能源占一次能源消费总量的比重占到约15% 的发展目标，这对增加水电、风电、太阳能、生物质能装机容量提出了更高要求。
相对于传统化石能源，非化石能源在应对气候变化方面的作用明显，可大大缓解我国面临的碳排放压力。2012年，中国碳排放量为85×10^8t，其中90%的碳排放量来自于化石能源燃烧，化石能源中燃煤带来的碳排放量约占总碳排放量的68%。与化石能源高碳排放量不同，非化石能源的碳排放量要低很多，甚至近乎零排放。世界核能协会对不同发电技术全生命周期的碳排放量进行研究，其结果显示每生产1 kW·h 的电平均排放的CO2量分别为：燃煤（褐煤）为1054 g，燃煤为888 g，燃油为733g，燃气为499g，太阳光电为85 g，生物质能为45 g，核能为29g，水力和风力均为26g 。《国家应对气候变化规划（2014—2020年）》也提出，到2020年单位国内生产总值CO2排放量比2005年要下降40%～45%。
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2.4 石油作为动力燃料主力的地位中短期内不会动摇
石油作为一种基础能源和化工原料，自19世纪60年代以来逐渐取代煤炭成为世界第一能源，于1973年达到了世界能源供给比重48.6%的历史最高水平。此后虽有回落，但始终占据世界能源供给的主导地位。石油是一种不可再生资源，石油峰值论、石油枯竭论常见于大众视野。但事实上，石油产出一直保持增长，特别是深海与非常规石油开采技术的进步，大大拓展了石油的勘探开发范围，一批批石油资源相继被发现，全球原油探明可采储量非但没有减少，反而不断创造新的高位。英国石油公司《世界能源展望2035》预计，2025年全球能源消费量将达到157×10^8吨油当量，其中近30%来自石油，2035年全球能源消费量将达到174×10^8吨油当量，其中近29%来自石油。因此石油仍是世界第一能源。
IEA对2013年全球最终消费量的统计显示，石油产品合计为36.94×10^8吨油当量，其中23.74×10^8吨油当量被用于运输领域，占比为64.3%；在运输领域耗费的25.64×10^8吨油当量能源中，93%来自于石油产品；其对最终消费的预测显示，在新政策背景下，2020年、2030年、2040年，运输领域最终消费分别为28.16×10^8、31.94×10^8、34.67×10^8吨油当量，其中分别有91%、88%、85% 来自石油。2012年，中国运输领域共使用2.40×10^8吨油当量能源，其中2.21×10^8吨油当量来自石油，在新政策背景下，2020年、2030年、2040年石油在运输领域能源消费中的比重分别将达到89.5%、88.3%、85.6%。由此可见，尽管中国新能源汽车等产业发展十分迅速，但在运输领域有根本性变革技术发生之前，石油作为动力燃料主力的地位不会改变。
2.5 天然气在我国能源清洁低碳化过程中将发挥重要桥梁作用
天然气在能源结构转型过程中起到一个承上启下的作用，这既是一个现实的选择，也是我们未来适应能源清洁低碳化的考虑。根据IEA 的预测，2020年、2030年、2040年，全球一次能源消费结构中化石能源的比重仍然高达79.3%、76.7% 和74.5%。天然气作为煤炭、石油、天然气三大化石能源中最清洁的能源，其发电产生带来的碳排放量约为煤炭的1/2、石油的2/3，在此背景下，化石能源内部结构的优化即成为能源清洁低碳化过程的关键，天然气将扮演重要的桥梁作用。
全球常规天然气和非常规天然气资源充足。非常规天然气主要包括页岩气、致密气、煤层气。近年来，水平井、水力压裂等技术广泛地应用于非常规天然气资源开采中，带动了北美天然气工业的革命性发展。据IEA《世界能源展望2014》统计，截至2013年底，全球天然气剩余技术可采资源量为806×10^12 m3，其中非常规天然气为342×10^12 m3；BP《世界能源统计年鉴2015》指出，截至2014年底，全球天然气剩余可采储量为187×10^12 m3，储采比高达54.1年。得益于丰富的资源及其相对煤炭、石油的清洁性，天然气在发电、运输等领域的地位将会进一步提升。IEA预计到2020年、2030年、2040年，天然气在全球一次能源消费中的比重将分别达到21.2%、22.7%、24.2%，成为与煤炭、石油并驾齐驱的三大能源之一。
中国常规天然气和非常规天然气资源潜力巨大，截至2014年底，天然气剩余探明可采储量近3.5×10^12m3，储采比达25.7年。较之于常规天然气，中国非常规天然气资源更加丰富，根据2012年国土资源部的调查数据，中国页岩气可采资源量高达25×10^12m3，位居世界第一。此外，中国天然气资源的探明程度只有17%，属于勘探早期阶段，未来勘探潜力仍然巨大。如果要在2020年实现天然气在一次能源中的占比10%以上的目标，则天然气价格机制必须要得到进一步理顺，基础设施建设也要加快。另外，推进天然气交易中心的建设，完善天然气交易体系，对促进天然气的发展也是十分必要的。天然气交易中心的发展有利于形成充分反映供需关系的天然气价格机制，破解天然气定价、进口、资源配置等方面的难题。例如，美国建成了全球最著名的天然气交易市场之一——亨利中心，其现货交易价格已成为天然气交易的重要基准。目前，中国已经初步具备了建立天然气交易中心的基本条件，并成立了上海石油天然气交易中心，但这较之于美国的24个交易中心和加拿大的9个交易中心仍有较大的差距。今后几年，可以根据不同地区的发展优势，结合天然气交易中心的功能定位，如仓储、消费、生产等，在京津冀、长江三角洲、珠江三角洲、川渝等地区逐步建成一批具有不同功能特色的天然气交易中心。
3 结论
能源利用清洁低碳化是全球发展的大趋势，西方发达经济体正处于从油气时代向天然气及可再生能源时代变化的转型期，而中国仍处于以煤炭利用为主的煤炭时代。面对日益凸显的能源与环境问题，推动中国的能源转型，实现能源清洁低碳化利用，成为中国能源发展的重要任务，这需要在调整优化产业结构、控制能源消费总量、改进能源消费结构等多个方面共同发力。在我国能源利用清洁化的进程中，从一段时期来看，煤炭清洁化利用是现实选择，大力发展非化石能源是战略性选择，石油作为动力燃料主力的地位中短期内不会动摇，天然气则将发挥重要的桥梁作用。
