“雙碳”目標下川渝地區天然氣與新能源融合發展研究

曾鵬升 趙靚 宮航 胡金燕 紀文 程思杰 周莉

（1.西南油氣田分公司安全環保與技術監督研究院；2.國家能源高含硫氣藏開采研發中心安全環保技術研究所）

為應對全球氣候變化，我國已提出“二氧化碳（以下簡稱CO2）排放力爭于2030 年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”為明確目標?！笆奈濉睍r期，將加快發展非化石能源，大力提升風電、光伏發電規模，非化石能源占能源消費總量比重提高到20%左右；國內單位生產總值能源消耗和CO2排放分別降低13.5%、18%。“雙碳目標”充分體現我國低碳發展的決心和信心，實現碳達峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革，是國家的重大戰略決策。

1 碳達峰、碳中和實施的認識

碳達峰是指溫室氣體（我國專指CO2）排放量在一段時間內達到歷史最高值，之后進入平臺期并可能在一定范圍內波動，然后進入持續緩慢或快速下降階段，是溫室氣體排放量由增轉降的拐點。碳中和是指企業、團體或個人測算在一定時間內，直接或間接產生的溫室氣體排放總量，通過植樹造林、節能減排等形式，抵消自身產生的CO2排放量，實現CO2“零排放”。從碳達峰到碳中和的過程，就是經濟增長與碳排放從相對脫鉤走向絕對脫鉤的過程。

中國2020 年碳排放量為世界第一，達到100×108t，占全球31%[1]。“雙碳”目標的提出為我國應對氣候變化明確了方向，同時也對油氣傳統能源行業的發展帶來了一定挑戰和機遇[2]。碳達峰到碳中和的實施路徑可以歸納為能效提升、零碳排放、負碳技術三大方面，而新能源技術又是作為零碳排放中的重要措施。發展新能源產業是提高能源安全、引領產業轉型升級、實現綠色發展的重要途徑。

我國距離新能源的大范圍普及使用，最終替代化石能源還尚需時日，天然氣作為低碳化石能源，在能源消費結構從高碳化石能源向可再生能源發展過程中，起著至關重要的能源保障作用，碳中和目標的實現離不開天然氣[3]。川渝地區作為國內天然氣生產和供應基地，在天然氣增儲上產的同時，與新能源全面融合發展是天然氣行業綠色低碳發展的重要方向。

2 川渝地區天然氣行業面臨新形勢

2.1 川渝地區天然氣產能規模擴大

川渝地區石油天然氣行業以生產和供應天然氣為主，根據全國油氣資源評價結果，四川盆地天然氣總資源量達39.94×1012m3，可采資源量為12.45×1012m3，2020 年底，已探明地質儲量為6.02×1012m3，探明率僅為15%，仍處于勘探早中期，是我國天然氣勘探開發最具潛力的盆地。2020年，四川盆地生產天然氣約565×108m3，居全國之首，較2019年增加60×108m3，增幅占全國天然氣增量的52%?！笆奈濉逼陂g，川渝地區將實施中國“氣大慶”建設行動，加強天然氣產供儲銷體系建設，建成全國最大天然氣（頁巖氣）生產基地。

2.2 生產建設碳減排形勢嚴峻

為持續向社會保障能源供應，川渝地區天然氣行業正處于常規天然氣及頁巖氣快速開發階段[4-5]。隨之而來的是，從井口到凈化、輸配，再到終端銷售等一系列產能配套設施將持續建設，凈化廠、增壓站、脫水站等重點耗能環節增多，能源消費量剛性上升。因此，在天然氣增儲上產的強勁勢頭中，要降低CO2、甲烷等溫室氣體的排放總量和強度，實現碳中和目標，對于天然氣行業綠色低碳發展面臨嚴峻形勢。

2.3 可再生能源消費占比提升空間廣闊

川渝地區天然氣行業生產系統能源消費主要有天然氣、電力、汽油和柴油四大類，用于采氣、增壓、凈化、脫水、輸送等環節，主要耗能設備為鍋爐、壓縮機、加熱爐等。2020年，在川渝地區天然氣行業能源消費中，天然氣消費為主導，電力消耗相對較少（以水電為主）。太陽能、風能、地熱能等可再生能源，在川渝天然氣行業能源消費中占比較低，因此新能源消費比例提升空間十分廣闊，但同時也面臨著能源結構調整的巨大挑戰。

3 川渝地區天然氣行業迎接新機遇

3.1 具有良好的可再生資源稟賦

川渝地區推動新能源發展具備齊全的產業生態鏈，擁有一定對風能、太陽能、地熱能等可再生資源的開發條件。

初步估算，四川省離地50 m高度的風能理論儲量為8 835×104kW，潛在開發量1 500×104kW。綜合考慮風機技術、電網及運輸條件，可開發量約為400×104～500×104kW。四川省風能資源主要集中在川西南地區的涼山州、攀枝花一帶，盆周山區有零星分布。例如：攀枝花市部分區域風功率密度為21～189 W/m2，年平均風速為5.40～7.50 m/s，等級為1 級，個別區域風功率密度170～261 W/m2，年平均風速為3.02～6.33 m/s，風功率等級2級。在風能資源較為匱乏的重慶，其少部分地區也存在較好的風能資源。在重慶的東北部、東南部以及渝中山地，尤其是地勢高突的高山草地、山脊也具有風能資源潛力。

在四川省川西高原的甘孜州、阿壩州、涼山州和攀枝花市地區，具有較為豐富穩定的太陽能資源。例如：攀枝花市平均日照時數2 730 h，多年平均太陽輻射量為5 886.04 MJ/m2[6]。按年總輻射量在5 000 MJ/m2以上，日照時數在2 000 h以上的可利用土地面積估算，全省太陽能資源理論可開發量約1.4×108kW，技術可開發量約8 000×104kW。位于高原上甘孜州的稻城縣、石渠縣、巴塘縣、理塘縣、甘孜州和爐霍縣一帶為總輻射最高值區大于6 000 MJ/m2，太陽能資源最為豐富，一年中可利用日數大于200天。重慶太陽能屬Ⅳ類太陽能資源區，年輻射總量為3 390～4 200 MJ/m2，年日照時數為1 000～1 400 h，渝東南、渝東北局部地區光照條件相對較好，技術可開發量為400×104kW。

四川盆地擁有地熱資源總量約1 525×108tce，熱流范圍35～69 mW/m2，地溫梯度在20～30 ℃/km。四川省深層地熱資源主要分布在川西高原和四川盆地，川西高原區的地熱資源以中高溫對流型為主，具有較高的地熱發電潛力；四川盆地西部的成都平原存在著規模巨大的淺層地溫能資源，而東部則存在深層地熱資源。

川渝地區水電資源豐富，2020 年四川水電累計發電量達3 541×108kWh，約占全國水電發電量的26.1%、四川省發電總量的89.0%[7-8]。

3.2 具有優勢齊全的產業生態鏈

川渝地區天然氣行業集輸儲配系統完善，擁有全國最為完善的天然氣管網，四川盆地輸氣干支管道近5×104km，上接氣田、下連用戶、覆蓋川渝、聯通全國，環形骨干管網與國家多條輸氣干網連接，形成了“川氣自用、外氣補充、內外互通、戰略儲備”的格局，是國家西南地區能源戰略通道的樞紐。川渝地區將進一步建成滿足氣田生產、市場供應、應急調峰和富余氣外輸需求的完善管網體系。川渝地區擁有成熟的終端燃氣用戶和加油加氣站網點，利于風光分布式能源與氫能的全產業鏈布局。隨著光伏與風電技術的日趨成熟、成本不斷降低，在分布式能源布局中能夠構成多能互補的靈活能源供應。川渝地區水能資源豐富，是全國最大的水電基地，在水電制氫方面擁有巨大的資源和價格優勢。目前，四川已有從事氫能產業的企業及科研院所超100家，覆蓋氫氣制備、儲運、加注、燃料電池、整車制造等全產業鏈主要領域，氫能產業基礎良好，是國內可再生能源制氫、燃料電池、儲氫瓶、氫氣壓縮機、加氫系統、氫能源汽車試點的重要地區，在氫能車輛示范領域處于西部領先地位。

3.3 具有特色的余壓余熱資源

川渝地區擁有上下游齊全的天然氣產業鏈，在井口、凈化廠、輸配氣站、地下儲氣庫等運行過程中，需要經過多級調壓，再進行降壓輸送，因此擁有數量眾多的調壓點，潛在的油氣田獨特壓差資源較為豐富，實現壓力能的回收利用，是內部清潔能源替代的重要措施。根據國家發改委等十三個部委聯合發布的《“十三五”全民節能行動計劃》中，將余壓利用能量系統優化工程納入節能重點工程，在政策上也有利于從井口到最終用戶全過程的天然氣壓力能推廣應用。此外，還有數量眾多的燃氣式壓縮機組余熱、鍋爐及加熱爐煙氣余熱等資源，可實現余熱資源回收利用。

3.4 具有契機的成渝雙城經濟圈建設

隨著成渝地區雙城經濟圈建設提速，并堅定不移走生態優先、綠色發展之路，城市的快速發展必然帶動能源消費的提升，電力缺口將進一步加劇，電力消納能力加強，這對川渝地區天然氣發電與可再生能源發電融合互補提供了機遇，將進入氣電大規劃、大布局、大發展區域。兩地政府提出將川渝地區打造成為國內國際知名的氫能產業基地、示范應用特色區域和綠氫輸出基地，形成“一軸、一港、一區、三路”的“1113”發展格局，提供綠色經濟氫源。為川渝地區天然氣行業提供了低碳轉型，占據氫能發展高地提供了良好契機。

4 川渝地區天然氣行業新能源發展方向

4.1 發展天然氣融合模式

目前，作為國內最大的天然氣生產基地，四川盆地天然氣年產量已超550×108m3?！笆奈濉贝ㄓ宓貐^電力需求快速增加，電力供應缺口將進一步加劇，電力調峰矛盾凸顯。目前全球平均氣電用氣量占用氣消費結構的40%，國內氣電用氣量占比為18%，而川渝地區發電用氣量僅占當地用氣消費量的1.2%[9-10]，發展氣電已經成為保障川渝電力供應安全的必然選擇。在既有資源稟賦下，大力發展天然發電與水風光發電融合、無碳排放的天然氣制氫、天然氣熱電冷聯產等業務，擁有堅實可靠的資源保障。同時，川渝地區油氣行業下游市場規模廣、類型多，擁有龐大的燃氣終端用戶及加油加氣網點，還有發達的天然氣管網，在發展天然氣管道摻氫輸送與應用、分布式能源等綠色能源業務具有天然基礎優勢和一定的市場抗風險能力。

4.2 優化清潔能源消費結構

川渝地區天然氣行業在生產過程中用清潔電力替代的同時，加快綠色清潔能源開發利用，提升余熱余壓、太陽能、風能、地熱能等清潔能源在自身生產系統的使用比例。四川在全國水電發電量排名位于前列，依托川渝地區水電優勢，提高可再生清潔電能使用占比。通過壓力能回收，實現壓差發電，是內部清潔能源替代的發展方向。通過對天然氣小時流量、溫度、進出口壓力等分析得出，流量在7 000 m3/h以上、壓力比在1.5以上、年運行時間超過6 000 h 的調壓點，具備良好的壓差發電條件，以此篩選出條件良好的壓差發電站點進行試點推廣。但國內壓差發電項目運行時間短，缺乏相關標準和各項評價，需在試點項目中積累成熟經驗再逐步全面推廣。

在風光資源較為豐富的四川西部一帶，可利用成熟的風力、光伏發電技術，通過風光分布式能源布局，應用于油氣行業內站場閥室、凈化廠、井站等的供電、數據傳輸和照明系統等方面。四川盆地是低溫地熱區，加上地熱資源區域位置遠離人口居住區，資源品位不高，開發利用程度低等因素，地熱資源開發經濟性不如華北地區，但隨著地熱開發技術日趨成熟和成本降低，天然氣鉆井眾多，地質地球物理資料豐富，資源量大的優勢得以體現，有條件成為地熱開發的主力軍。同時利用壓縮機組余熱、鍋爐及加熱爐煙氣余熱、氣田采出水余熱等資源，通過發電、供暖、制冷等技術，可對生產和生活清潔用能給予一定補充。

4.3 逐步推廣氫能應用

川渝地區擁有最豐富的天然氣和水電自然資源，對于“21 世紀終極能源-氫能”來說，在天然氣制氫和電解水制氫方面都具有得天獨厚的資源優勢。在安全保障和技術成熟穩定下，利用天然凈化尾氣硫化氫氣體制取氫氣，不僅可以回收尾氣產生清潔能源，還可以減少溫室氣體的排放。同時，油氣行業在川渝地區布局了完善的CNG加氣站和加油站網絡，對加氫站合建提供了用地、規劃、建設成本及運營管理等方面的基礎，在交通應用方面具有廣闊市場空間。加上國內最發達的天然氣干支線管網，川渝地區在天然氣管道摻氫輸送方面具有無可比擬的成本和基建優勢。油氣行業在川渝地區積攢了幾十年的終端工業與民用用戶，對天然氣摻氫應用及分離后的氫氣利用等長期發展提高了風險保障。

在氫燃料電池技術成熟，制氫技術經濟可靠，氫電轉換效率提升的合宜時機下，制氫系統可以利用富余氣量和電量電解水制氫，由高效儲氫系統將氫氣封存，或者通過燃料電池儲存，待需要電力平衡時反饋到電網。還可通過封存氫氣和燃料電池電解水，利用氫氣捕獲大氣中的CO2合成甲烷，在用氣高峰前進行大容量的存儲，以此減輕城市高峰用氣負荷達到局部調峰目的。

4.4 加強清潔能源合作

川渝地區天然氣行業加強與綠色能源和電力企業合作，通過合資合作、合同能源等不同的合作模式，各自發揮自身社會影響力，形成合力共同在清潔能源領域進行探索和合作。充分利用在天然氣資源、終端市場以及天然氣管網方面的優勢，進一步加強綠色能源領域對外交流合作，實現天然氣與風光電等多種能源互相融合，通過氣電融合、壓差發電、氫氣制取和儲輸等，為社會提供形式多樣的清潔能源，拓展清潔能源供應途徑。

5 結語

川渝地區天然氣資源豐富，是我國邁向碳達峰和碳中和的橋梁性能源，未來天然氣作為清潔低碳能源將成為補充基本能源供應、解決新能源調峰問題的現實選擇。在快速發展新能源，天然氣行業低碳轉型的歷史機遇下，川渝地區擁有得天獨厚的天然氣和水電資源，較為豐富的風電、光伏等資源和全國最發達的油氣管網，具備齊全的產業生態鏈。川渝地區天然氣行業在保障油氣能源安全的紅線下，須抓住當前最佳窗口期，突破傳統油氣業務，轉型推動天然氣發電與風光發電、壓差發電、氫能等新能源融合發展，對內提高清潔用能比例，對外提供清潔能源輸送，實現油氣行業綠色低碳可持續發展，錨定目標努力實現碳中和。