摘要：当今世界进入第6次科技革命、第4次工业革命和第3次能源革命“三大革命”叠加发展的新时代。为应对全球气候变化与能源绿色安全转型的新挑战，人类必将抓住突破传统单能源接替发展局限与能源系统间壁垒的新机遇，加快构建煤炭+石油+天然气+新能源+碳中和+人工智能的“煤-油-气-新-碳-智”六位一体的多能协同智慧融合发展新模式。能源科学是立足地球系统演化，从时间和空间尺度研究各类能源的形成分布、评价选区、开发利用、有序替代、发展前景等内容的科学。从中国建设“能源强国”的角度出发，基于全球能源绿色转型、气候变化、碳中和目标、中国能源资源禀赋特征与能源绿色安全转型的研究，提出了“全能源系统”的概念、理论框架、技术路径与发展举措。全能源系统是指地上地下能源形成亲缘有序、叠合共生、协同融合、利用接替的高效安全智慧的大能源系统。倡导树立大能源系统观，其发展思想是构建全油气系统、全煤岩系统、新能源系统、多能源系统、超级能源系统、碳循环系统的“六个子系统”;其发展思路是洁煤降碳、稳油增气、强新增储、多能互融、智能经济、绿色安全；其发展技术是聚焦煤炭清洁化、页岩煤岩地下原位转化、风能、光能、氢能、储能、地热、可控核聚变和智慧管控九大关键方向；其发展路径是按照在筑基融合期夯实多能互补基础、在转型加速期突破核心技术、在体系成熟期建成智慧能源生态的“三步走”规划；其发展意义是或将破解化石能源“不可能三角”固有矛盾，驱动构建以新能源为核心的新型能源体系，助力实现碳中和目标，赋能能源强国建设，在全球能源绿色转型、绿色地球建设中贡献“中国方案”。
中国从能源小国发展成为能源大国,作为全球最大的能源生产国、最大的能源消费国和最大的能源进口国,中国建设“能源强国”正处于世界百年未有之大变局和中华民族伟大复兴战略全局交汇期[1]。构建“全能源系统”战略思想与路径,必将推动多种能源协同融合绿色智慧发展,驱动构建以新能源为核心的新型能源体系,奋力实现中国“能源独立”[2],加快建成“能源强国”。中国能源人肩负着碳达峰碳中和的践行者、科技自立自强的引领者、能源基业长青的推动者、能源强国建设的贡献者的新征程新使命,需为建设社会主义现代化强国和实现碳中和目标提供坚实的能源保障[3]。
当前,人类世界面临“五大安全”:粮食安全、国土安全、信息安全、能源安全、气候安全,其中,粮食安全是人类生存的安全,能源安全是工业发展的安全,二者事关整个人类的生活与生存。煤炭资源的有限性+含碳性+战略储备性,油气资源的稀缺性+不可再生性+难以替代性,新能源的本土性+无限性+零碳绿色性,化石能源的稀缺性+含碳性,“风吹、日晒、水流”新能源取之不尽,用之不竭,大自然“风光”(风能、光能)无限,新能源无限“风光”,新能源进入“风光时代[4]。新能源的地位,已经由“传统能源替补”向“多能融合核心”,再向“能源转型主角”发展。能源工业呈现出化石能源与CCUS(碳捕集、利用与封存)/CCS(碳捕集与封存)协同融合发展、化石能源与新能源接续融合发展、全能源系统与人工智能智慧融合发展3个融合发展趋势[5]。
目前,美国、俄罗斯是以油气为主的能源生产与消费大国,也是能源强国。中国则是以煤炭生产、消费为主的能源大国,还不是能源强国,未来能源转型以新能源为主,将建设成为能源强国。新能源、新浪潮、新使命,新能源是世界能源转型的方向、能源科技创新的前沿、能源强国建设的主力、绿色地球建设的动力，新能
源将支撑中国的能源转型、能源安全、能源独立、能源强国。能源转型不单是因为碳能源自身减少，而是人类自身需要减碳能源，实现绿色发展。化石能源向新能源转型是历史的必然，更是人类必然的选择[6。
能源转型过渡期面临“四难”挑战：多种能源协同智慧融合难、集中与分布式能源和谐难、不同能源工业能力转换难、突发极端事件应急保供难。世界能源绿色转型革命呈现出“十大趋势”:能源转型具有曲折性与必然性；非常规与新能源是两匹大黑马；新科技革命引领支撑能源革命；要重新认识能源资源禀赋特征；油气在碳中和时仍然不可替代；多能协同融合构建全能源系统；中国将从能源大国到能源强国；新能源革命将破解“不可能三角”;碳中和目标下构建减碳全产业；能源转型有利于地球绿色发展。能源转型的核心逻辑已从“资源约束”转向“需求驱动”,人类主动选择减碳能源以应对气候变化，能源绿色转型成为不可逆的历史必然。加强科技创新驱动，因地制宜大力发展能源新质生产力7,加大煤炭、石油、天然气等传统产业的转型升级、加快新能源等新兴产业的培育壮大、加强可控核聚变等未来产业的布局发展，保障国家能源安全，实现能源绿色转型与碳中和目标。研究全能源系统融合发展新理论、新技术与新战略，目的是为了更好地适应“绿色转型+安全转型”的2个新要求，满足“双碳目标+能源强国”的2个新目标，构建“化石能源+新型能源”全能源系统智慧融合发展新模式1。全能源系统理论与思想突破了传统能源分治模式，形成了涵盖基本概念、基础理论、核心技术、战略举措、国家政策、人才培养等多维度的框架体系。
笔者从中国建设“能源强国”角度出发，基于全球能源绿色转型、气候变化与碳中和目标，结合中国能源资源禀赋特征与能源绿色转型大势,提出了全能源系统理论思想体系,探讨了全能源系统的核心内涵与发展路径,阐述了全能源系统的系统发展观、核心技术与战略举措。通过深度解析全能源系统的科学内涵与实施策略,为煤炭、石油、天然气、新能源、减碳、人工智能等“煤-油-气-新-碳-智”六位一体协同融合发展提供实现新路径。
1 全能源系统提出的时代背景
第6次科技革命、第4次工业革命、第3次能源革命三者叠加而至,提速了多种能源融合发展。全能源系统的提出可归结有八大时代背景:单能源系统产业发展成熟、多能源系统协同融合发展、超级能源系统创新性构建、非常规油气革命取得成功、碳中和目标驱动能源转型、中国新能源革命加速推进、油气与新能源的协同开发、建设能源强国的历史使命,这是全球与中国能源发展到今后相当长时期的必然趋势与必须选择。
1.1 碳中和目标驱动全球气候治理与能源系统重构
全球气候变化与气温上升已成为人类面临的严重威胁,控制CO2等温室气体排放、实现《巴黎协定》1.5°C温控目标,已成为人类永续生存的共同战略目标,需要全球在2050年前后达成净零排放[8]。中国作为碳排放总量位居全球第一的国家[9],2020年正式提出CO2排放力争于2030年前碳达峰、努力争取2060年前碳中和的“双碳”目标。这一承诺彰显了大国责任与主动担当,体现构建人类命运共同体的决心,为全球实现温控目标做出了巨大贡献,也倒逼能源体系从资源依赖型向技术主导型进行重构[10]。碳中和是全人类的一场去碳化的能源革命、生态化的技术革命、绿色化的工业革命,将为人类社会与经济发展带来深刻变革[11]。碳中和目标并非能源发展的约束条件,而是催生全能源系统这一能源发展新范式的战略契机,其本质是以系统观重构能源生态,将减排压力转化为零碳竞争力。
1.2 能源绿色转型加速推动新能源产业规模化
2024年,全球清洁能源消费占比进一步提升,天然气消费占比为23.36%，新能源消费占比为19.42%，清洁能源天然气+新能源消费占比合计达42.78%（表1）。对比中国近50年的能源消费结构变化发现,煤炭消费占比下降幅度最为明显,非化石能源消费占比快速提升,中国低碳化转型速度明显高于世界平均水平[12]。未来,碳中和下的中国能源结构将由“一大三小”绿色转型到“三小一大”,将由2024年中国煤炭消费占比大(占比为52.26%），石油、天然气、新能源消费占比小（占比分别为18.30%、8.87%、20.57%）的“一大三小”格局[9],向2060年煤炭、石油、天然气消费占比小(预测占比分别为5%、6%、9%），新能源消费占比大（预测占比为80%）的“三小一大”转型。全能源系统构建的生态文明逻辑和绿色能源产业体系,将绿色转型从环境成本转化为生态资产,通过能源活动主动参与碳汇增容、生物多样性恢复和土地修复,实现人类能源系统与自然生态系统的再融合。
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