下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
按能源的基本形态分类，能源可分为一次能源和二次能源。一次能源，即天然能源，指在自然界现成存在的能源，如煤炭、石油、天然气、水能等。二次能源指由一次能源加工转换而成的能源产品，如电力、煤气、蒸汽及各种石油制品等。目前，全球一次能源消费结构仍以传统化石能源为主。根据英国石油公司（简称BP）的数据，2020 年石油仍是非洲、欧洲和美洲的主要燃料；天然气则在独联体和中东地区占主导地位，在这两个地区一次能源结构中的占比超过半数；煤炭是亚太地区的主要燃料（图1.1）。截至 2020 年，全球一次能源消费结构中，石油、煤炭和天然气依旧占据最大份额，三者分别占比 31.3%、27.2%和 24.7%。
图1.1 各地区一次能源消费占比（数据来源于BP，2020）
在全球加速能源转型和碳减排的背景下，天然气作为过渡能源的重要性日益凸显。随着经济和技术的发展，化石能源的发展已经从低效走向高效、从高碳转向低碳，能源替代将是长期以化石能源为主体和新能源快速发展的过渡。天然气作为化石能源中的一种，它的主要成分是甲烷（CH 4 ），燃烧后几乎不会产生硫氧化物及粒状物等空气污染物。与煤炭和石油相比，天然气燃烧效率高、热值高，且在燃烧过程中产生的二氧化碳排放量仅约为燃油的 73%、燃煤的 54%。随着能源结构低碳化的发展，含碳量更低的天然气将取代石油成为主要能源。
得益于勘探技术的进步、勘探范围的扩大、开采技术的提高等因素，尤其是页岩气革命，全球天然气探明储量逐年增加，天然气储量分布相对集中。根据BP能源统计的数据，截至 2020 年底，全球天然气剩余探明可采储量为 188.1 万亿m 3 （目前技术下无法有效采集部分未计入），约 70.4%分布在中东地区和CIS地区（主要为俄罗斯）；探明剩余可采储量前五名的国家分别为俄罗斯（37.4 万亿m 3 ）、伊朗（32.1 万亿m 3 ）、卡塔尔（24.7 万亿m 3 ）、土库曼斯坦（13.6 万亿m 3 ）和美国（12.6 万亿m 3 ），合计占全球探明剩余可采储量的64.01%；我国天然气探明剩余可采储量为 8.4 万亿m 3 ，占全球探明剩余可采储量的 4.5%，排名世界第六（图1.2）。
图1.2 全球 2019 年、2020 年天然气累计探明可采储量（数据来源于BP，2020）
由于天然气资源分布不均匀，天然气产量集中在少数国家。根据BP能源统计的数据，2020 年天然气产能位列世界前十的国家依次为美国、俄罗斯、伊朗、中国、卡塔尔、加拿大、澳大利亚、沙特阿拉伯、挪威以及阿尔及利亚，其天然气产量占全球产量的比重达到72.19%；其中，美国和俄罗斯天然气产量领先，2020 年分别约为 9 146×10 8 m 3 和 6 385×10 8 m 3 ，分别占全球天然气产量的 23.73%和 16.57%（图1.3）。
图1.3 全球 2019 年、2020 年天然气产量（数据来源于BP，2020）
近年来，全球天然气的产量和消费量均呈稳步增长态势，2019 年分别达到 3.98×10 12 m 3 和 3.9×10 12 m 3 的历史最高值；2000—2019 年，产量和消费的复合增速分别达到 2.7%和2.6%。2020 年，受新冠疫情与低油价双重冲击，世界天然气产量为 3.85×10 12 m 3 ，同比下降3.1%。同时，全球范围内的产品生产与贸易也受到疫情的严重影响，一次能源消费总量下降 4.5%，天然气消费量为 3.82×10 12 m 3 ，同比下降 2.1%。
根据BP能源统计的数据，2020 年天然气消费量位列世界前十的国家依次为美国、俄罗斯、中国、伊朗、加拿大、沙特阿拉伯、日本、德国、墨西哥以及英国，其天然气消费量占全球消费量的比重达到 62.3%；其中，美国和俄罗斯天然气消费量领先，2020 年分别约为8 320.2×10 8 m 3 和 4 113.9×10 8 m 3 ，分别占全球天然气消费量的 21.8%和 10.8%（图1.4）。
近年来，天然气短缺较为严重的地区主要是欧洲，由于欧洲能源转型力度较大，同时又由于近两年异常天气频发，风电、水电等可再生能源的发电量严重不足，这导致欧洲地区对天然气依赖度持续上升，进而造成天然气价格飙升。长期来看，能源需求主要受经济增长带动。发达国家天然气消费基本进入平台期，未来增长乏力。根据国际能源署（IEA）、壳牌（SHELL）等机构预测，普遍认为亚太地区是驱动未来天然气需求增长的主要地区，中国和印度是未来天然气需求增长最快的主要国家。中国相对印度经济发展水平高，而且中国实现“双碳”目标能源转型压力更大，因此天然气进口增长潜力更大。
图1.4 全球 2019 年、2020 年天然气消费量（数据来源于BP，2020）
我国天然气消费在 2000 年以后进入快速增长阶段。1978 年改革开放后到 2000 年，我国天然气消费的复合增长率为 4.2%，2000 年至 2020 年的 20 年间的复合增长率达到13.8%，远高于全球同期 2.4%的增速。2020 年，我国天然气消费总量为 3 280×10 8 m 3 ，是全球第三大天然气消费国，但是人均天然气消费量仅为 230 m 3 左右，不足全球 514 m 3 平均水平的一半。我国一次能源消耗以煤炭为主，随着生态文明建设的持续推进，能源消费结构不断优化。近 10 年来，我国天然气消费在能源消费结构中的比重逐步上升。2010 年，我国能源消费结构中煤炭约占 70%，石油约占 18%，天然气约占 4%[图1.5（a）]。由于目前中国天然气在能源消耗中的占比较低，未来具有很强的增长性，加上改变能源结构的需求，对天然气有着迫切需要，这都为天然气的增长提供了非常好的市场环境。到 2020 年，天然气在我国一次能源中的占比翻倍，从 4%左右提高到 8%[图1.5（b）]。
天然气主要应用于发电、城市燃气、工业燃料、交通运输和化工原料 5 个领域，其中前 4个领域是天然气作为能源的应用（图1.6）。目前，交通运输领域的用气量还比较小，但增长很快。在全球气候治理目标下，天然气是最佳的过渡能源已在国际上取得了广泛共识。
目前，我国天然气主要用于城市燃气和工业燃料，两部分占天然气消费的 3/4。我国天然气消费结构与全球平均水平和发达国家相比，主要不同之处是我国用于发电的天然气消费占比较低。根据壳牌公司（SHELL）的统计数据，2020 年全球天然气消费结构中，发电用天然气占比为 31.9%，发达国家更高，其中日本最高，达到 60%。天然气发电运行灵活、爬坡速度快，调节性能出色，而且相较其他化石能源更加环保，因此发达国家天然气发电占比高。但是天然气发电在我国发展相对较慢，2020 年总发电装机容量仅占全国总装机量的 4.4%，主要原因如下：
图1.5 2010 年、2020 年我国能源消费占比（数据来源于BP，2020）
图1.6 2020 年我国天然气消费结构
①燃气轮机技术依旧依赖于进口。燃气轮机的核心技术上，一方面是控制软件，另一方面是轮机的生产和制造，因为起步晚，所以我国在这两个方面都处于劣势。没有自主生产的成熟化燃气轮机，我国的大部分燃气轮机就只能依赖于进口。针对于进口的燃气轮机来说，我国首先将其作为了模板，然后开始了自主开发成熟燃气轮机的相关技术。正是为了成熟化的国产燃气轮机技术服务，很多装机的国产燃气轮机并没有达到预定的发电目标，很大程度上都仅仅作为与进口燃气轮机的技术比较，所以真正能够发电的进口燃气轮机在数量上也是不足的，这便造成了我国装备的燃气轮机虽然位列世界第三，但是发电量却低的事实。
②天然气价格依旧处于上升趋势。虽然天然气对比煤炭能源体现出了诸多优势，但事实上天然气的价格却不低，这在很大程度上限制了天然气的持续使用。因为我国能拥有的天然气矿源不多，所以我国的天然气绝大部分都依赖于进口，这对天然气在我国的普及来说还是十分不利的。目前，我国的大部分天然气来源国都是俄罗斯以及中亚国家。这些国家除了要供应我国的天然气外，还要供应欧洲的天然气，这使得天然气的价格屡屡攀升。面对价格逐渐提高的天然气，我国选择了有幅度地使用天然气发电，这使得天然气发电的占比大幅降低。除了天然气本身的价格趋高外，天然气在运输以及储存上的成本也在提高。总体来看，价格已经明显不如煤炭，这也是导致天然气在使用上受限制的原因之一。
随着 2004 年“西气东输”管道建成，我国天然气产量突破 400×10 8 m 3 ，之后我国天然气产量进入高速增长阶段，年均复合增速为 6.6%，基本是 1978 年改革开放后的 2 倍。2020年，我国天然气产量超过 1 900×10 8 m 3 ，已经是全球第四大产气国。按照《“十四五”现代能源体系规划》，2025 年我国天然气产量预计达到 2 300×10 8 m 3 以上。根据我国气田开发情况，国家能源局预测我国天然气产量将继续稳步增长，预计在 2040 年及以后较长时间将稳定在 3 000×10 8 m 3 以上水平。但是我国天然气储量比较有限，根据BP统计数据，我国天然气资源探明储量仅为 8.4×10 12 m 3 ，占全球探明总储量的 4.5%，人均储量不足世界人均值的1/5，储采比为 43.3，低于全球 48.8 的平均水平。
据国家发展和改革委员会运行快报统计，2021 年，我国天然气表观消费量达到 3 726×10 8 m 3 ，同比增长 12.7%。同口径比较，2020 年，我国天然气表观消费量为 3 240×10 8 m 3 ，增长 5.6%，2021 年天然气表观消费量回升明显（图1.7）。2021 年，国内天然气需求增速前高后低，一、二季度增速高涨，三、四季度则由于能耗双控、国际LNG现货价格走高、冬季气温偏高等因素，需求增速明显放缓。分领域看，工业与发电用气引领天然气需求增长；分地区看，我国中西部、长三角、西南等地区天然气消费增速较上年有明显上升。
图1.7 我国近年天然气产量图
2021 年，随着全球央行实施大规模量化宽松措施，以及疫情好转和需求复苏，天然气市场强势复苏，叠加全球碳中和步伐加速迈进，天然气价格持续上涨，并不断刷新历史最高水平。
2021 年，亚太天然气JKM（东北亚现货基准价格）均价为 18.51 美元/ mmbtu，比上年上涨 14.16 美元/ mmbtu，涨幅高达 326%。其中，2021 年 10 月 6 日JKM价格上涨至 56.33 美元/ mmbtu，创历史新高。欧洲TTF期货（荷兰天然气期货）均价为 16.34 美元/ mmbtu，比上年上涨 13.09 美元/ mmbtu，涨幅高达 403%。2021 年 12 月 21 日，受气温骤降、俄罗斯对欧输气量下降影响，欧洲TTF期货价格一度攀升至 59.61 美元/ mmbtu，创历史最高水平。美国亨利枢纽（Henry Hub）期货价格平均为 3.73 美元/ mmbtu，比上年上涨 1.6 美元/ mmbtu，涨幅为 75.1%。2021 年 10 月 6 日，美国亨利枢纽天然气期货价格上涨至 6.31 美元/mmbtu，创 7 年以来新高。
2021 年，全球范围内能源供需矛盾不断加剧，中国“电荒”、英国“油荒”、欧洲“气荒”、印度“煤荒”等频频上演，全球范围内的能源危机不断发酵，煤炭、石油、天然气三大传统化石能源价格纷纷创近年新高或历史新高。随着疫情好转，传统能源需求激增，天然气需求超预期增长，但上游资本支出大幅下滑，能源生产恢复滞后，造成全球供应紧张形势不断加剧；与此同时，各国环保政策不断加码，煤炭供应下降，且新能源供给不足，导致能源供应出现缺口。由于传统能源供需矛盾激化，全球能源供给危机持续发酵，天然气价格持续高位运行，天然气成为最贵的一次能源。按 2021 年 12 月 31 日天然气价格测算，JKM价格（28.79 美元/ mmbtu）在进行热值转换后，相当于油价 170 美元/桶、煤价 685 美元/ t，是油价的 2.2 倍和煤价的 4 倍；欧洲TTF期货价格（22.99 美元/ mmbtu）相当于油价（含碳排放交易价格，即碳价）的 1.6 倍和煤价（含碳价）的 1.8 倍。
由于亚太地区一直是全球液化天然气（LNG）主要进口区域，近 10 年来，亚太LNG进口量占全球LNG贸易的比重一直维持在 70%左右，亚太天然气JKM价格过去 10 年一直是全球LNG定价标杆，欧洲天然气TTF期货价格多数时候跟随亚太天然气JKM价格波动。但JKM采取咨询机构普氏公司的窗口交易形式，市场参与率低，流动性较差。2021 年，欧洲天然气市场成为美国LNG出口的重要调节阀，欧洲天然气期货吸引大量基金和投机者涌入，TTF天然气期货成为重要的能源投资标杆，交易活跃度不断提升，开始引领JKM价格走势。
2021 年，TTF期货首行合约成交量平均为 4.1 万手，远高于 2020 年的 2.1 万手和 2019年的 1.6 万手；2021 年，TTF期货首行合约持仓量平均为 11.1 万手，较 2020 年增加 19%，较 2019 年增加 50%。TTF期货价格最初仅反映欧洲当地市场水平，之后影响力逐步外溢，并对JKM价格构成显著影响。在普氏窗口缺少成交时，价格通常会参考TTF期货成交水平。特别是 2021 年下半年以来，市场关注焦点为欧洲地区天然气库存大幅下降、俄罗斯减少对欧输气等问题，TTF期货价格由 2021 年 10 月底的 21.98 美元/ mmbtu一路攀升至 2021年 12 月 21 日的 59.61 美元/ mmbtu。尽管亚太天然气市场基本面没有明显变化，但是JKM价格跟随TTF期货价格波动较为明显，从 2021 年 10 月底的 30 美元/ mmbtu左右震荡上涨至 2021 年 12 月下半旬的 45 美元/ mmbtu左右。TTF价格涨幅远超JKM价格。
JKM和TTF的价差反映了东西方套利水平，是市场贸易商和投资者关注的重要价格指标。过去几年，JKM价格通常高于TTF价格，二者价差为正值。2021 年 12 月，受冬季气温骤降、俄罗斯天然气管道反输、俄乌紧张局势升级等因素影响，TTF价格快速上涨，且涨幅超过JKM价格，JKM与TTF的价差转为负值。
2021 年，全球范围内碳达峰和碳中和进程显著提速，欧盟绿色转型持续加码，欧洲碳价屡创新高。2021 年 5 月，德国提出实现碳中和的时间从 2050 年提前到 2045 年；7 月，欧盟委员会公布欧洲绿色新政提案，提出每年收紧 42%的碳配额、2035 年禁售燃油车、2026 年起正式实施碳关税等，使得欧洲碳配额期货价格一路高涨。欧盟碳配额期货价格从年初33.69 欧元/ t飙升至年底的 80.65 欧元/ t，涨幅高达 139%，其中 2021 年 12 月 8 日一度上涨至 88.88 欧元/ t，截至 2021 年底，创下历史最高水平。高昂的碳价使得火力发电成本大大增加，叠加风力发电供给不足，对天然气发电需求构成较强支撑。2018—2020 年，欧洲碳价和荷兰TTF天然气价格相关性仅为 47%，2021 年则大幅提高至 86%。
中国的碳减排也提上日程，2021 年 7 月，中国的全国碳排放权交易市场正式上线运行。为减少碳排放成本，越来越多的发电厂由燃煤发电改为燃气发电，加上 2021 年三季度一度出现“煤荒”，也推动天然气价格上涨。
近年来，全球LNG主要航线运费总体保持平稳上涨态势，LNG运输市场主要以LNG项目船以及中长期租船为主，现货船相对较少。但近年来LNG现货交易日趋活跃，特别是2021 年，受突发事件及市场形势等影响，全年LNG运费出现剧烈波动，呈现“两头高、中间低”格局。以亚太航线为例，2021 年 17.4×10 4 m 3 LNG运输船在 3 月至 8 月的平均日租金为7.1 万美元，而在 9 月至次年 2 月的平均日租金高达 16.6 万美元。
具体来看，2021 年 1 月初，大西洋市场LNG运费一度超过 30 万美元/日，达到 32.25 万美元/日。从 3 月份开始，随着气温回暖以及供应恢复增长，船运市场供应紧张态势显著缓解，LNG现货租船费用逐渐回落至正常水平，日租金维持在 5 万~8 万美元。从 9 月开始，随着北半球进入冬季需求旺季，全球主要天然气消费国加大LNG采购力度，推动LNG船舶运费持续走高；12 月初，亚太地区LNG船舶日租金上涨至 30 万美元，较 9 月初的 7.5 万美元增长近 400%，接近年初历史高位，之后再度快速回落至约 6 万美元。
纵观全球，世界天然气产业发展主要分为 6 个阶段：早期的天然气产业（1821 年以前）、天然气的商业化使用（1821—1915 年）、现代天然气产业的兴起（1916—1949 年）、现代天然气产业的成熟（1950—1970 年）、天然气产业的发展（1971—2000 年）、新型天然气产业的出现（2001 年至今）。
在古希腊、古印度、古波斯和中国的文献资料中，都有过天然气的记载。早期人类发现，在旷野和湖泊中会出现一种气体，能被闪电击中而自燃产生火焰。随着人类活动的扩展和对自然现象的认识加深，天然气逐渐被人类为生活所用。18 世纪末—19 世纪初期，英美两国陆续出现了使用天然气照明等商业行为。但由于缺乏一些必要的技术手段，未能形成大规模的商业化应用，对天然气产业发展未产生积极推动作用。到 20 世纪初，美国出现了天然气矿井，开始了商业化、大规模运作，天然气产业由此诞生。
早在汉代，四川自贡境内便开始利用天然气进行盐卤生产活动。在开采盐井的过程中，地底的天然气逸出，遇火燃烧，人们将这样的井称为“火井”。自贡燊海井的“燊海”二字，就是指这口井既出产海水一样多的卤水，还出产可以熊熊燃烧的天然气。该井每天喷出万余担黑卤水，产天然气 8 500 m 3 。自贡燊海井开凿于清道光三年（1823 年），完工于1835 年，不仅是世界上第一口超千米深井，更是中国古代钻井工艺成熟的标志。
英国最早开始将天然气用于街灯和家庭的照明。1732 年，英国的卡立舍·斯帕丁提出利用煤矿中排出的甲烷给怀特黑文街道提供照明。到 1813 年，英国伦敦和威士敏斯特燃气照明与焦炭公司取得了有史以来第一个市政煤气照明合同。而美国的天然气照明工业则始于 1816 年，马里兰的巴蒂尔摩开始将天然气用以街灯照明。但是，此时使用的天然气大都是从煤矿中提炼而来，即煤层气。相比自然的天然气而言，此时的天然气效率低下且对环境极为不利。由于没有引起世人的注意以及对其缺乏相应的了解，此时人们对于天然气的商业化使用非常有限。
天然气在 19 世纪初被用以照明后，其商业化进程逐渐加快。1821 年，美国出现了第一家天然气公司。随后，整个 19 世纪，世界各国尤其是欧美等国，陆续成立了多家燃气照明公司。此时的天然气不再仅仅是煤矿中获得的极少且效率较低的煤层气，越来越多的天然气井被发现。到 19 世纪中后期及 20 世纪初期，天然气的消费不断增加，天然气贸易也随之出现。
1821 年，一个名叫威廉·哈特的年轻人为了获取天然气，在纽约的佛雷多尼亚凿下了一口9 m深的井，成功地取得较大量的天然气，并且创办了佛雷多尼亚天然气照明公司。这是美国第一家天然气公司，它为纽约小镇上的居民提供照明燃料。威廉·哈特因而被认为是美国的“天然气之父”。随后，天然气逐渐开始被商业化、规模化使用，但仍然多用于照明。由于当时主流的燃料还是以容易获得的木材、煤炭为主，且天然气的开发需要相应的配套设施，否则容易导致爆炸，因而天然气产业并未出现大规模的开采和商业贸易。
1859 年，在伊利湖附近的宾州，一位名叫德雷克的上校在泰特威斯尔（Titusville）的小村庄挖出了第一口天然气井，这被很多产业界学者认为是美国天然气产业开始的标志。而与此同时，天然气逐渐被工业和家庭广泛使用，且相比煤炭而言，燃烧天然气更高效、更清洁。1885 年，罗伯特·本生发明了本生灯——一种能安全燃烧混合天然气和空气的装置。本生灯的大范围推广也使得人们开始把天然气应用于烹饪和取暖，从而拓展了天然气的需求。在这样的背景下，美国的燃气公司犹如雨后春笋般相继成立。据不完全统计，截至1890 年，美国天然气公司共计达 400 余家。匹兹堡俨然成为美国的天然气产业中心。但是，由于天然气在长途运输过程中对管道的要求越来越高，因而限制了其进一步发展。
19 世纪中后期，世界各地，尤其是欧美等国，陆续出现了多家燃气公司，天然气的用途也逐渐不局限于照明工业。随着天然气需求的增加，天然气贸易也随之出现。1886 年，随着美孚石油托拉斯的成功，约翰·洛克菲勒创办了美孚燃气托拉斯，并且迅速购买JN·普在匹兹堡的输气权和销售权。1891 年，加拿大和美国间铺设了一条从安大略巴特尔铺到纽约布法罗的输气管线，这标志着天然气国际贸易的出现。但是，当时的天然气产业正处于发展初期，因而贸易量极小，没有规模可言。
能源与水、粮食一起构成人类赖以生存的三大要素。世界能源发展正步入新的历史时期，能源的清洁低碳发展是必然趋势。非常规油气革命推动了美国最近 40 多年来“能源独立”战略梦想的实现。2008 年，美国政府提出了“绿色能源再造美国”的能源大战略，特别是以页岩油气与致密油等为代表的非常规油气“四个创新”最具有革命性（“四个创新”指连续型油气聚集为核心的地质理论创新、水平井体积压裂为核心的技术创新、平台式“工厂化”开采的生产方式创新、市场竞争机制为核心的管理创新）。美国的非常规油气革命正在改变全球油气乃至能源格局，深刻影响全球政治与经济发展。中国政府也提出了“推动能源消费革命，抑制不合理能源消费”“推动能源供给革命，建立多元供应体系”“推动能源技术革命，带动产业升级”“推动能源体制革命，打通能源发展快车道”的能源革命战略。
人类利用能源的方式在继木柴向煤炭、煤炭向油气的转化完成之后，将经历油气向新能源的第三次重大转换。自原始人类首次使用火种开始，能源便成为人类生存的必需资源。在人类初期，容易获取的木材满足了取暖、烹饪等基本生存需求。随着煤矿开采技术的进步，煤炭得到了广泛应用。1769 年瓦特发明蒸汽机，1875 年法国建成世界上首座燃煤发电厂，人类文明的进步促进了煤炭产业的快速发展，并于 18 世纪 80 年代在一次能源消费比例中超过了木柴，成为总量最大的一次能源。这是木柴向煤炭的第一次重大转换。1886年，戴姆勒发明内燃机后，油气作为高效能源资源的需求量得到了大幅提升。油气地质理论、钻井和炼化等技术的进步，促使油气产量大幅提升，在一次能源消费结构中的比例快速增长，1965 年占比超过 50%，取代煤炭成为世界第一大能源，完成了煤炭向油气的第二次重大转换。
随着经济社会对能源需求量的持续增加和低碳社会要求的提出，传统化石能源向非化石新能源的第三次重大转换将成为必然。近年来，煤炭、石油等高碳能源利用带来的生态环境问题日益突出。20 世纪初期，英国伦敦的“雾都”和当前我国大范围雾霾天气的形成，煤炭等高碳化石能源的大规模利用是其主要原因。随着人类对绿色生态环境需求的提升，天然气和新能源作为清洁能源在一次能源结构中的比例将逐步增大。全球一次能源正在迈入石油、天然气、煤炭和新能源“四分天下”的格局。但也需清醒地认识到，在可预见的未来，新能源仍难以独担重任。
从能源资源类型、生产方式和利用方式来看，世界能源发展总趋势由高碳向低碳发展、由简单生产向技术生产发展、由直接一次向多次转化发展。
煤炭单位热值的碳含量为 26.37 t/ TJ，原油为 20.1 t/ TJ，天然气为 15.3 t/ TJ，而水电、风电、核能、太阳能等几乎不含碳。煤炭向油气、油气向新能源发展的过程中，各类型能源所产生的污染物量和碳排放量将逐渐变低，适应和满足了生态环境绿色发展的需求。
从能源发展的大趋势来看，原始人类从自然界中直接获取木柴作为能源，从煤矿开采到油田开发，越来越体现工程技术的重要性，核能、风能、太阳能等新能源资源的开发均为技术密集型产业。从某一类型能源的开发历程来看，也体现了技术的重要性。以油气开采为例，早期石油开采以直井为主，水平井技术和水力压裂技术的应用使大量低产井获得了有效开发。近年来，水平井分段压裂技术的应用更是推动了一场能源领域的“页岩油气革命”。
第一次工业革命以前，作为能源的木柴和煤炭以直接热利用为主；随着 1769 年蒸汽机和 1875 年内燃机的发明，能源利用向动力方向拓展；1831 年法拉第发现电磁感应之后，能源利用方式又向电力方向发展，开启了能源利用的电气化时代。
伴随着社会文明的进步和科技水平的提高，全球能源正在形成“石油”与“天然气”、“常规”与“非常规”、“化石”与“非化石”协同发展的新格局。
从国际能源发展形势和石油公司勘探开发动向来看，“稳油增气”是大势所趋；天然气将形成对石油的“第一次革命”，进入天然气发展时代。
“常、非”并举已经被纳入各大石油公司的发展战略，坚持常规油气为勘探主体，搞透非常规关键技术理论，循序渐进实现有效开发。从长远来看，页岩气、页岩油、天然气等非常规资源潜力很大，一旦取得技术突破，必将形成对常规油气的“第二次革命”，尤其是“天然气革命”，可能比页岩气革命更具有颠覆性。
传统化石能源不可再生，可再生的非化石新能源必将完成对传统能源的“终极革命”。若认可石油工业的 300 年发展期限，从 1859 年世界石油工业开启至今已经过去 160 多年，目前只剩下不足 150 年，这可能是化石能源的生命周期。风能、太阳能、地热能、氢能等，均展现出广阔的发展前景。或许，在化石能源枯竭之前，“新能源革命”就将到来。
截至 2021 年底，世界一次能源消费中，石油占比31%、天然气占比 24.4%、煤炭占比 26.9%、新能源占比 17.7%（图1.8）。天然气和新能源合并占比为42.1%，在实现第三次能源转换过程中发挥着重要桥梁作用。两者消费比例大幅提高，已超过石油成为全球最重要的化石能源。
能源发展基本规律和第三次能源大转换，促使全球 4 种主体能源分别进入各自的新时代。
图1.8 世界一次能源消费结构
截至 2021 年底，以油气当量计，全球经济剩余可采储量为 2 074.27×10 8 t，技术剩余可采储量为 4 352.38×10 8 t。总体呈现稳步增长态势，近 10 年平均增长率为 8.1%。海洋深水、陆上深层和北极地区是未来油气持续发展三大领域。
2021 年，全球天然气剩余探明天然气可采储量为188.1×10 12 m 3 ，储采比为49.8，产量为4.31×10 12 m 3 。页岩气等非常规天然气大幅提高了世界天然气产量规模，在一次能源消费结构中的占比从 15.6%升至 23.7%。
2021 年，世界煤炭探明可采储量为 9 842.11×10 8 t，其中无烟煤和烟煤为 5 094.91×10 8 t，次烟煤和褐煤为 4 747.20×10 8 t。按现阶段开采水平，中国现有煤炭探明可采储量可供开采 211 年。煤炭在一次能源消费结构中比例的进一步降低及地下气化清洁的利用，将助推“清洁、低碳、安全、高效”的现代能源体系建设。
2021 年，新能源消费 21×10 8 t油当量，占一次能源消费量的 15.9%，同比增长 4.0%。新能源开发利用的成本不断下降，智能能源网络体系、网络大数据体系、石墨烯、纳米材料及电池储能等技术日新月异，新能源开发利用已成为全球能源增长新动力。
常规石油工业以传统油气地质学为基础，分析地质条件、成藏要素与动态过程，围绕“圈闭”评价油气藏。而非常规油气工业以非常规油气地质学为理论基础，聚焦源岩油气、致密油气和滞聚油气“进源找油”，对连续型或准连续型油气聚“甜点区（段）”进行研究。实现石油工业革命，应“常、非”并举，做足常规，搞透非常规，循序渐进有效开发，助推世界石油工业再发展 150 年以上。全球常规与非常规油气资源比例为 1∶4。目前，世界石油工业已进入常规油气高位稳定生产、海洋油气持续增长及非常规油气快速发展的新时期，形成“常规”与“非常规”新格局，带来理论革命、技术革命、管理革命三大革命。
常规“油气藏”是在单一圈闭中聚集的油气，具有统一的压力系统、统一的油气水边界。油气储层孔隙度、渗透率较高，分布受明确的圈闭界限控制，有自然工业稳定产量。页岩颗粒直径小于 0.062 5 mm，传统认为只能作为油气烃源岩，是常规油气的隔盖层，唯一作用是生油气，与致密砂岩一同被看作油气“勘探禁区”。非常规油气源储共生，在盆地中心或斜坡大面积分布，圈闭界限和水动力效应不明显，储量丰度低，是传统技术不能开采、需要利用新技术改善储层渗透率或流体黏度才能经济开采的连续型“甜点区”。四川盆地涪陵、威远、长宁及富顺-永川奥陶系五峰-龙马溪组 4 个页岩气甜点区，在 4 500 m以内“甜点区”面积约为 20×10 4 km 2 ，探明地质储量达 9.8×10 12 m 3 。
非常规油气资源经济有效开发的关键是不断探索低成本开采工艺与开采方式，从传统的寻找圈闭向寻找大面积甜点区转变，从传统的直井开发向水平井体积压裂转变，从传统的单井开采向平台式多井“工厂化”开采转变。受限于低渗透非常规油气低丰度连续分布、渗流能力差且无自然稳定工业产量，应优选“甜点区”压裂形成“人造高渗透区、重构渗流场”，形成高丰度“人工油气藏”。我国在鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地玛湖等低渗透致密油、致密气、煤层气开采方面，采用“平台式”钻井与“工厂化”生产的开发方式，探索大规模注液、能量补充和渗吸置换压裂的工业化试验，开展水平井井间驱替、井间能量补充、多场变化研究，在国内致密油、页岩气等 5 大区块开展 235 井次先导试验，积极探索采用水平井井群式开发模式，采出程度可达 15%，高于同类储集层 5%~8%。致密油的开采效果比以往常规技术提高了两倍，逐步实现非常规油气的规模效益开发。
随着美国页岩气革命及致密油规模开发，全球石油产量过剩造成低油价。过低油价倒逼全球油企降本增效，开展管理革命和技术进步不断逼近最低生产成本。政府对石油行业的财税支持直接反映管理改革效果，美国联邦政府 66 年间对本国石油天然气财税支持成本达 5 540×10 8 美元，占所有能源业补贴成本的 54%。其中，直接财税优惠分别占石油和天然气各自总支出的 85%和 90%。
从 1859 年世界石油工业诞生，到近些年美国依靠“页岩革命”加速实现“能源独立”，非常规油气发展影响全球战略，重塑国际能源版图。
2021 年，美国天然气消费 8 267×10 8 m 3 ，年产 7 345×10 8 m 3 ，对外依存度由 2000 年的16.0%下降到 0.7%。预计美国依靠非常规能源优势在 2026 年一次能源生产达到 24×10 8 t油当量，实现“能源独立”。
非常规油气引领全球能源战略革命。目前，已形成 4 类非常规油气生产“两大版图”，即 2021 年西半球的美国年产致密气 1 200×10 8 m 3 、煤层气 302×10 8 m 3 、页岩气 4 772×10 8 m 3 、致密油 2.2×10 8 t和东半球的中国年产致密气 360×10 8 m 3 、煤层气 49×10 8 m 3 、页岩气 90×10 8 m 3 、致密油 150×10 4 t。初评中国页岩油技术可采资源（700~900）×10 8 t，是石油接替战略性领域和未来发展的主力。预计 2030 年产量达 0.6×10 8 t，占石油总产量的 30%；非常规天然气产量是跨越增长主力，预计 2030 年产量达 1 300×10 8 m 3 ，天然气总产量的 52%。
世界能源转型革命必将完成可再生的非化石能源对传统不可再生化石能源的“终极革命”。或许还等不到化石能源枯竭，“新能源革命”就将提前到来。新能源是以新材料和新技术为基础，使传统可再生能源得到现代化开发和利用，用取之不尽、周而复始的可再生能源取代资源有限、对环境有污染的化石能源，包括太阳能、风能、生物质能、地热能、氢能和核能等。按照资源预测，石油工业发展生命周期将超过 300 年，现在还剩下不到 150 年发展期。与传统化石能源相比，全球新能源资源量可利用千万年。随着社会发展和科技进步，新能源产量和消费占比不断增加，以新能源为主是未来能源消费必然趋势和必然选择。
社会文明发展和科学技术进步是驱动能源转型的两大动力。从原始社会到封建时代、到工业革命、到现代文明，社会文明发展催生交通、信息和文化娱乐繁荣，对能源的需求达到了前所未有的高度。高碳能源副产物引发一系列环境生态问题，能源生产和消费的生态需求迫使能源转型。科学技术进步不仅实现了石油工业 160 多年跨越式发展，而且推动了能源利用的多样性、环保性和去碳化。油气地质理论和工程装备技术不断创新，从常规油气圈闭成藏理论到非常规油气连续型聚集理论，从寻找常规圈闭“油气藏”到评价非常规“甜点区”，从常规油气直井钻井技术到纳米、气驱提高油气采收率，科学技术进步推动油气资源发现与利用，促使世界能源发展不断转型，终将完成从化石能源到新能源转换的历史使命。
全球新能源消费占比不断增加。2021 年，全球一次能源消费 595×10 8 t油当量，新能源消费 105×10 8 t油当量，占 13.6%，同比增速 4%。中国新能源消费 21.37×10 8 t油当量，占全球新能源消费的21.0%，占全国一次能源消费的14.0%，增速为8.3%。近10 年来，全球新能源以水电、核电为主，太阳能、风能等消费增势强劲，地热、生物质能等缓慢增长，核电消费呈下降趋势。
新能源投资增加、生产成本下降，太阳能、风能和智能技术是新能源主要的投资领域。2021 年，全球对能源转型的投资总额达到 7 550×10 12 美元，创下新纪录。包括风能、太阳能和其他可再生能源在内的可再生能源仍然是最大的投资领域，在 2021 年实现了 3 660×10 12 美元的新纪录，同比增长 6.5%。包括电动汽车和相关基础设施支出在内的电气化交通是第二大投资领域，投资额为 2 730×10 12 美元。随着电动汽车销量的飙升，该行业在 2021 年以 77%的惊人速度增长，并在 2022 年（以美元计算）超过可再生能源。投资增长带来行业技术进步、成本下降和更多的就业岗位，全球约 810 万人就业于新能源领域。新能源发电装机容量越大，生产成本越低，成本下降接近化石能源成本范围。
新能源革命到来速度或将超出预期。到 2024 年，3 种情景下预测新能源实现“四分天下”格局：若保持当前全球能源政策不变，预测新能源占一次能源消费的 21.2%，以核电、水电和生物质能为主，二氧化碳排放 42.7×10 12 t；若采取新政策扶持和加大新能源研发利用，预测新能源占比 25.4%，二氧化碳排放比上一情景减少 7×10 12 t；若采取激进可持续发展政策，预测新能源占一次能源消费的 39.3%，二氧化碳排放大幅减少 17.4×10 12 t，达到年排放18.3×10 12 t。推动能源结构转型是实现中国“能源自主”的必要选择。预计 2100 年前后，依靠可再生能源和新能源实现“能源自主”，化石能源约占一次消费的 30%，非化石能源占70%，二者实现历史地位转换。
越来越多的指标表明，能源转型正在加速，这可能对未来几十年的能源供求产生深远影响。
加快能源转型的政策决定需要与有利基础设施的发展相一致。早期的基础设施规划将是至关重要的，因为它的碳锁定效应是由长寿命和惯性造成的。需要更多地关注新出现的基础设施问题，如电动汽车的智能充电、配电网加固以及需求变化和智能电网的作用。有必要调动公共和私营部门的资源，开发能够降低投资风险的创新融资模式。风能、太阳能光伏、现代生物能源和太阳热能可以为供应方的可再生能源增长做出贡献。更多的能源效率缓和了需求增长，对可再生能源在最终能源消费总量中的总体增长贡献了约 1/4。与此同时，20%~44%的能源强度改善可归因于可再生能源的增长。这些数字表明，在更高的能源效率和更高的可再生能源份额之间存在重要的协同作用，这两种解决方案都应该共同努力。
到2050 年，可再生能源将占可再生能源部署总量的 58%。可变可再生能源将占总发电量的 60%，比现在的 10%有所上升。如此高份额的可变可再生能源发电需要电力部门的范式转变。领先国家的最佳实践表明，这种系统可以成功运作，尽管需要变革。所需的系统灵活性只能通过动员所有类型的创新的系统方法来实现。技术创新必须与基于新技术特征的新市场设计和商业模式相结合。
许多决策者和分析家还没有充分认识到这种能源转变的潜力。然而，它对实现许多可持续发展目标至关重要，它提供了一个公正和公平增长的前景。到 2050 年，将带来 27 万亿美元的额外投资、1%的GDP增长、0.15%的就业机会和环境效益，使增加的成本相形见绌。其社会经济效益是巨大的，并提供了强有力的政策依据。
化石燃料的发现和利用，不仅推动了人类社会从农业文明向工业文明的迈进，也引发了严重的环境和气候问题。地球在呼唤一个可持续的未来，在新“能源革命”的基础上从工业文明向生态文明转变。对中国环境容量和气候容量的宏观定量分析表明，中国迫切需要转变粗放型发展方式，进行能源革命。可以预见，化石燃料在现在和未来几十年仍将是中国消耗最多的能源。尽管化石燃料的高效和清洁使用非常重要，但这不是能源革命或环境和气候问题的根本解决方案。页岩气等非常规天然气在缓解环境问题和气候变化方面发挥着重要作用，但“页岩气革命”或“页岩气时代”并不适合中国，因为天然气在中国一次能源结构中的比重最多只能增加 20%。在可再生能源和核能的大力推动下，中国能源结构从化石燃料主导阶段向多能源阶段再到非化石燃料主导阶段的转变是必然的未来。在可再生能源中，非水电可再生能源的比重将逐步提高。其市场竞争力的提高依赖于技术创新。可再生能源将是未来地球的主要能源。尽管受到福岛核灾难的影响，但包括中国在内的全世界都不会放弃核能发展。安全、稳定、规模化发展核电是中国的理性选择。从核裂变电站向核聚变电站过渡是必然的未来。核能将是一种可持续的能源，也是未来地球的又一主要能源。中国需要增强能源安全意识，推进节能减排，转变能源供需格局，即从“以粗放满足过快需求”向“以合理供给满足合理需求”转变。各国需要携手应对全球环境问题和气候变化。能源革命是可持续未来的基础。国际合作范围广泛，合作共赢是克服这些挑战的必由之路。
当前，关于未来向脱碳能源系统过渡的讨论主要是可再生能源解决方案。这种转变的初始条件在不同的地区和国家可能有所不同。然而，也存在利用其他低碳能源和技术组合的创新解决方案的机会。可持续发展是一个有争议的概念，它随着社会、经济和环境目标的不同而不同。因此，需要拓宽“一刀切”式的解决方案模式，以加快中短期行动。我们的论点是，在中短期过渡阶段，天然气可以成为支持可再生能源的重要补充过渡燃料。这意味着零化石燃料作为中短期解决方案的目标需要重新考虑。这将我们带到下一个论点，即低碳化石燃料领域的创新和升级技术将为低碳转型提供重要动力，这一阶段将持续到本世纪中叶。然而，也应评估合适的当地解决方案。这些应考虑到基础设施、当地需求、资源和经济因素以及国家能源政策。
未来 20 年，全球能源将从高碳能源转向低碳能源。然而，石油和天然气将继续主导市场，忽视这一现实将导致误导性的政策行动。关于可再生能源相对于石油和天然气优势的争论可能是由于天然气的逃逸排放风险。然而，在许多国家，可再生能源渗透更快，燃气发电的实际意义需要仔细讨论和更深入地分析。将天然气和石油保持在供需平衡中，将避免在选择多种技术创新和学习发电过程技术以及末端解决方案（如碳捕获和存储）方面的偏见。
逐步淘汰化石燃料并转向基于可再生能源的解决方案的呼吁主导着全球关于低碳能源转型的讨论。一般认为，天然气在近期到长期的未来能源组合中仍然发挥着至关重要的作用。这一立场意味着需要重新评估快速淘汰天然气的目标。到本世纪中叶，天然气仍有机会成为“公正”的未来净零排放能源系统的关键推动者，尤其是在某些国家的政治经济现实和围绕天然气利用的新技术创新的情况下。在这种情况下，“正义”的基本要素可能意味着处于不同经济发展水平的国家对能源转型采取不同的方法。因此，脱碳工作必须考虑社会经济现实和技术应用的不同背景。分析表明，在天然气商业化的背景下，对气候行动采取“一刀切”的方法需要重新思考，应该允许各国根据当地情况定义低碳路径。
如今，随着科学技术的不断创新发展，我国天然气相关利用技术已在不同领域中获得了广泛的应用，如工业生产领域、交通运输领域、城市气化以及燃料电池领域等，多数利用技术已逐渐趋于成熟，在实际应用过程中取得了令人瞩目的成绩，为国家的经济发展提供了重要的物质保障。但我国在研究和开发天然气领域仍处于初级阶段，许多应用技术还存在巨大的发展空间，在未来的发展过程中还需进一步探索与发现。
相较于煤炭、石油、电力等替代能源，天然气热值高，每立方米天然气燃烧热值为 8 000~8 500 kcal （1 kcal≈4 186 J），相当于 10 kW·h电和 1.25 kg标准煤的热值；等热值下燃烧天然气排放的CO、NO、SO和粉尘分别是煤的 50%~60%、10%、0.15%和 0.068%，仅为油的 70%~75%、20%、0.26%和 0.71%。因此，天然气是最好的燃料和最清洁的化石能源，同时也是一种重要的工业原料，将在未来能源由高碳向低碳的转型发展中发挥支柱性作用，并且很有可能在 2040 年前后取代石油成为世界主导性能源。我国也正在积极推动能源革命，通过限煤、稳油、增气等措施使天然气和非化石能源在能源结构中占据更高的比例。而在实现这一能源结构的转型升级过程中，天然气的作用不可替代。由此可见，充分认识和准确把握天然气在能源革命中的重要地位和作用，对科学制定天然气发展战略、助推能源革命意义重大。
能源革命的主要特征是能源供给消费的清洁低碳化发展。人类历史迄今共经历了三次能源革命：第一次能源革命以蒸汽机的发明和大规模使用为标志，煤成为推动第一次能源革命的“动力源”；第二次能源革命以电和内燃机的使用为主要标志，代表着能源利用进入了以电力和石油为主的时代；目前，我们正在经历第三次能源革命，它是以高碳能源向天然气、核能和可再生能源为主的低碳和无碳能源转型为主要标志。能源革命的本质是主体能源的更替或其开发利用方式的根本性转变，具体表现为能源形态、技术手段、管理体制、人类认知等方面出现一系列显著的变化。只有加快推动能源革命，以天然气和非化石能源作为未来的主体能源，才能从根本上化解能源资源和环境的约束，实现能源资源的永续利用，促进人类永续发展。
我国能源革命的长远目标是形成以天然气和非化石能源为主体的能源结构。2014 年 6月 13 日，国家主席习近平主持召开了中央财经领导小组第六次会议，就推动能源革命提出了要求，概括为“四个革命、一个合作”。能源革命是一个由量变到质变的渐进过程，通过着力增加非化石能源、天然气等清洁能源的消费比重，培育绿色低碳的生产方式和生活模式，建设生态文明社会。2021 年，能源消费总量控制在 48×10 8 t标准煤左右，煤炭消费量步入峰值期，石油消费量增速减缓，天然气和非化石能源快速发展，占一次能源消费总量的比重分别达到 10%和 15%左右，成为能源供给增量的主体；2030 年，煤炭消费量逐步下降，石油消费量步入峰值期，天然气消费量持续增长，天然气、非化石能源占一次能源消费总量的比重分别达到 15%和 20%左右，CO 2 排放量达到峰值；2050 年，能源需求量进入饱和期，天然气消费量逐步达到峰值，煤炭消费量继续下降，非化石能源产量稳步增长，逐步成为能源供应的主体。
在大气污染日益严重、低碳化清洁化发展呼声更高、生态文明建设不断深入、非化石能源还不能担当大任的背景下，天然气的利用得到社会的广泛认可。人们普遍认为，天然气是我国能源转型中最重要的支柱性能源，可以在能源大转型过程中发挥主导作用。近年来，国家陆续出台了《天然气利用政策》《页岩气产业政策》等扶持政策助推天然气行业发展。特别是在当前新常态低油价的冲击下，为加快推广天然气利用，2016 年底，国家又出台了《关于加快推进天然气利用的意见》（征求意见稿），全面布局交通、发电、气代煤等天然气利用产业发展方向，进一步明确天然气利用目标及主要任务。由此可见，天然气将在我国能源革命中扮演重要角色。
全球常规天然气资源量达 421×10 12 m 3 ，储产量稳步增长，储采比稳定。常规天然气储量近 30 年以年均 3.1%的速度增长，2022 年天然气剩余可采储量达到 6.7×10 12 m 3 ，储采比一直稳定在 49.8 左右，表明全球天然气产量还有相当大的提升空间。
全球非常规天然气资源量超过 900×10 12 m 3 ，勘探开发已取得革命性突破。据统计，全球致密气、煤层气和页岩气资源量合计为 921×10 12 m 3 ，是常规气资源量的 2 倍多。非常规气在北美已成功开发，深化了全球对天然气资源潜力的认识。此外，据有关专家估计，天然气水合物资源量超过 20 000×10 12 m 3 ，主要分布于海洋、湖泊和陆地冻土带，目前正在进行探索性试验。
中国天然气地质资源量近 90.3×10 12 m 3 ，可采资源量约为 50.1×10 12 m 3 。其中，常规气地质资源量为 38×10 12 m 3 ，煤层气资源量为 16.8×10 12 m 3 ，页岩气可采资源量为 15×10 12 m 3 。此外，中国的海域以及西藏、青海冻土带也有巨大的天然气水合物资源量待评价认识和开发利用。
如今，随着科学技术的不断创新发展，我国天然气相关利用技术已在不同领域中获得了广泛的应用，如工业生产领域、交通运输领域、城市气化以及燃料电池领域等，多数利用技术已逐渐趋于成熟，在实际应用过程中取得了令人瞩目的成绩，为国家的经济发展提供了重要的物质保障。
天然气作为一种新型优质能源，其所含杂质极少，燃烧时具有较高洁净度的火焰，不会出现杂质污损产品的现象，产品的合格率能够得到有效提高。在生产玻璃的过程中使用全天然气玻璃窑炉，火焰清洁度高，能够直接同产品接触，从而防止对产品质量产生影响，能够有效减少企业使用其他非清洁燃料而投入的隔焰设施。将天然气作为燃料能够有效提高产品的生产效率和质量，能够使经济效益得到显著提升。
天然气在交通运输领域的应用主要体现在当前广泛使用的压缩天然气汽车。这一类型的汽车同普通汽车相比较，具备良好的安全性能、对大气污染程度较低，并且相关燃油费用较低。近年来，雾霾现象严重困扰着人们正常的生产生活，这也为压缩天然气汽车的发展提供了有利条件。截至 2022 年，我国天然气汽车的数量已达到 500 多万台，在今后的发展过程中具有较好的前景。
在相同条件下，每立方米天然气的燃烧热值是每立方煤气燃烧热值的两倍多。从环保的角度来看，天然气要比煤气更加环保。在我国四大油气输送通道建成的背景下，我国城市气化的发展进程将会进一步加快。与此同时，天然气供暖和天然气热水器的出现也有效降低了经济成本，并且实现了节能环保的目的。
20 世纪，我国的天然气基础设施以及天然气管网的建设同世界其他国家相比较为落后，在发展过程中面临着较大的挑战。在进入 21 世纪后，我国对建设天然气基础设施以及建设大规模天然气管网的重要性有了足够的认识。在全球性环保背景下，我国对天然气的需求量有了显著的增加。随着改革开放进程的不断加快，社会主义市场经济有了长足的发展，各领域对清洁能源的需求也不断增加，我国已成为世界上能源消费第二大国。
回顾历史，人类社会经历了从薪柴到煤炭，从煤炭到油气两次能源革命，由此推动了全球两次工业革命。当今世界，能源格局正在深刻调整，新一轮能源革命已经开始。在新能源技术、信息技术和全球碳减排压力的推动下，未来世界的主体能源应当是绿色低碳的，生产消费模式应当是高度智能化的，天然气和非化石能源有可能成为未来的主体能源。
中国的一次能源构成仍处在第一次工业革命后期或第二次工业革命的早期；中国煤耗占世界一半多，其中一半用于大机组发电，另一半即近世界 25%的煤是用于锅炉燃料、炼铁和水泥等终端利用。这是中国能效低、环境污染、严重雾霾和CO 2 排放的主要根源。同时也须看到，迄今为止，煤仍是中国终端用能的主体；不能落实终端燃料用煤的替代方案，“控煤”“限煤”就会“控、限”中国经济的发展。解决这个问题已经成为中国能源转型和能源革命的首要任务。
最终以可再生能源为主的能源转型是毫无意义的。近年来，中国新增水电、风电、光伏装机领先于世界，但是它们只能通过发电来利用，而且迄今为止，其总量只占一次能源的10%，远不足以替代占总能耗 30%的终端燃料用煤。
其实，答案就在历史中。世界主要经济体早在 20 世纪 80 年代就已经在恢复环境的压力下完成了终端燃煤（油）向天然气的转型，并大幅度提升了能效。种种原因使中国错失了这次历史性的机遇。中国要做的绝不是简单的“烧煤改烧气”。当前，中国能源革命对天然气有五大刚性需求：在占总能耗 80%多的工业和建筑物终端用能领域采用分布式冷热电联供DES/ CCHP，使中国能效提高 10 个百分点，以较少的天然气替代过去靠更多的煤提供的能源；以天然气CCHP替代终端燃煤，而不是用较大锅炉取代小锅炉，可有效消除 40%以上的雾霾和环境污染；天然气DES/ CCHP协同电力调峰、保障负荷中心供电；变负荷燃气发电协同可再生能源发电均衡入网；LNG替代汽、柴油，特别是LNG替代柴油用作交通运输燃料、减少尾气所致碳雾霾和石油对外依存度。
自第二次工业革命以来，发达国家占一次能源消耗三成多的石油，其中 70%~80%构成交通运输能源的主力，20%多用作工业燃料和有机化工原料。由于中国的第二次工业革命还在进行中，有机化工工业和私人交通都还在快速增长期间，中国的石油消耗占一次能源的 17%~18%，但来自进口的已占 60%。中国显然不可能重复发达国家“以油代煤”的历史故事，让石油占到 30%，因为新的能源转型已经开始。中国能够、也必须“跨越式发展”，即部分超越“石油世纪”，直接发展电力和氢气燃料电池驱动的乘用车，即EV和FCV；采用LNGV来替代运输车船的柴油。至少在近 15~20 年中，用它们满足交通运输燃料的增量需求。其实这就是各国都在采取的策略，中国有着“后发优势”而已。至于石油化工，则采用煤、油、生物质 3 种原料协同的有机化工工业来取代。
“非常规”致密、页岩和煤层储层（以及潜在的天然气水合物储层）中的天然气是“常规”天然气资源的重要补充，这表明非常规天然气地层也可以为满足全球能源需求做出重要贡献。然而，大量非常规天然气资源并不一定意味着天然气将在未来占据更大的市场份额，并有助于向环境可持续性过渡。政府法规在确定非常规天然气的未来。例如，对页岩气生产的有效监管将有助于减轻过度用水、污染和处置等风险。
关于非常规化石燃料和非化石替代品的长期商业可行性的其他问题仍然没有答案。因此，未来的研究将包括分析非常规天然气和可再生能源生产的总经济成本，包括环境和社会成本。可再生能源以及天然气作为过渡燃料的可行性在很大程度上取决于技术进步。随着时间的推移，技术进步将降低总生产成本。正在进行的大量、经济地生产氢气作为能源的研究也必须继续。
中国工业化进程取得了举世瞩目的成就，国内生产总值跃居世界第二位。但能源消费总量、碳排放总量和年排放量增长也跃居世界前列。以煤炭为主的能源消费结构导致了许多严重的环境问题。全球能源消费的演变表明，以清洁低碳能源为目标不仅是能源发展的大势所趋，也是降低气候变化和生态破坏风险的必由之路。中国需要在优化产业结构、控制能源消费总量、改善能源消费结构等方面共同努力实现清洁低碳能源的目标。另一方面，考虑到我国资源禀赋和消费状况，煤炭清洁低碳利用是现实选择；大力发展非化石能源是战略选择；作为动力燃料的主导来源，石油的作用在中短期内不会动摇，天然气将在实现清洁低碳能源目标的过程中发挥重要的桥梁作用。
西方工业革命 160 年的全球能源使用历史显示了燃料替代的进程，其中一个资源部分或大部分被更高效、用途更广泛且通常更便宜的资源所取代。如果碳减排趋势和氢气继续增加，甲烷会成为全球能源结构中的主要燃料。
在过去的 25 年中，全球天然气需求以年均接近 4%的速度增长。多项预测显示，其增长在接下来的 30 年及以后将继续。如果正确的话，将明确实现全球甲烷经济。在美国，近年来，住宅和商业消费持平，工业需求下降。交通需求增长，尽管基数很小，但天然气在发电中的消耗量近年来翻了一番。有或没有排放限制，天然气在与煤炭和核能竞争的发电领域将继续表现良好。
在应对全球气候变化和发展低碳能源的新时期，中国应加快常规-非常规天然气、煤气、氢气的生产和洁净煤及新能源的开发，实现能源结构向煤、油、气、新能源并存的转变。以非常规油气开发为基础，提高石油工业的产量和延长运营期，以低成本管理促进低油价，重构中国的能源结构和政府结构，以更安全的多元化保障油气供应。
天然气将在“气化中国，美丽中国”中发挥重要作用，天然气发展的战略布局应立足于中国的天然气资源。应通过理论和技术创新推动上游业务。充分利用国内外资源，巩固天然气供应。应加大政策制定和基础设施建设的力度，用天然气替代更多的传统能源，扩大天然气消费。整个产业链要正向规模化发展。
天然气工业的技术创新使天然气储量和产量有了巨大的飞跃，但要满足未来天然气勘探、生产和工程的需求，还有很长的路要走。中国的天然气产业正在进入一个新的时代。中国的政策引导和支持将在能源转型中发挥不可或缺的作用。
目前，世界能源总的形势，首先是随着世界发展中国家的人口与经济增长及工业化进程，能源需求将持续增长，发达国家能源增长幅度很小或基本保持稳定；同时，环境与气候变化要求 21 世纪中叶全球温室气体减排 50%。这就意味着世界能源需求有可能增长一倍，而温室气体要减排一半。目前，化石能源低碳化是能源发展的最主要趋向。天然气以其常规和非常规巨大资源和高储采比成为能源低碳化发展的重要能源。国际大油气公司正调整油气业务的比例向天然气倾斜，调整低碳化石能源天然气的消费比例，将是一个长期重要的发展阶段。
在 21 世纪相当长的时期，化石能源的主要地位和作用不会改变。非水能等可再生能源产业化、规模化还需很长的时间。
世界能源消费结构的变化是社会经济发展的必然结果。自 19 世纪工业革命以来，人类对能源的需求快速增长，能源消费结构也在不断变化，大致经历了煤炭替代传统生物质能（木材）、石油替代煤炭和目前以化石能源为主、多种新能源互补 3 个阶段。
目前，化石能源仍占全世界消费能源的 85%左右。但这些化石能源在使用中释放出了大量的二氧化碳，引起全球气候灾害性变化，而且化石能源为不可再生能源。基于此，以低能耗、低污染为基础，寻求在发展中排放最少的温室气体，同时获得整个社会最大产出的“低碳经济”成为全球热点。寻找低碳能源和新能源，已经成为当务之急。很快，人们就把目光聚焦在了身边的可再生能源，风能、太阳能、地热、生物质能等新能源都成为替代传统一次能源的新目标。
20 世纪 80 年代，美国及欧洲许多国家开始开发可再生能源。20 世纪，美国卡特政府的新能源战略是能源实行自给，停止进口石油、天然气，但没能实现；后来布什政府宣布以氢能作为主替能源，两年后又宣布放弃这一战略；21 世纪，奥巴马政府重新实行新的能源战略，争取 2030 年石油进口减少一半。经过 40 多年的努力，仍未能确定化石能源的主替能源。最初，美国期望生物质能源，但由于受土地、水、油品质量以及环境等因素制约，经过 30年的努力，生物质能源在能源结构中比例仍不到 1%；大型风电经过约 20 年的研发、建造，预计再经过 10 多年可达l%。
近年金融危机期间，发达国家取消或减少了财政支持，严重影响了新能源产业的发展进程。风能、太阳能等可再生能源的产业化、规模化还需很长的时间。
经过近 30 年的努力，化石能源的主替能源仍未形成，依靠化石能源将是长期的。据国际能源署、美国电子工业协会预测研究，考虑发展中国家的能源需求，2030 年化石能源消费比例仍将达 83%，包括水电等能源在内的可再生能源为 11%。在 21 世纪相当长的时期，化石能源的主要地位和作用不会改变，化石能源在全球一次能源消费中仍将保持主体地位。
天然气发展是化石能源低碳化发展的趋势。在天然气资源量丰富的俄罗斯，政府和天然气公司正加速投资天然气开采、建设亚洲及环太平洋地区外输和扩建欧洲外输系统，天然气产量计划由 2009 年的 5 275×10 8 m 3 提高到 2023 年的 1×10 12 m 3 。美国通过各大公司的努力，预计使非常规天然气产量在 2030 年达到 4 000×10 8 m 3 。中国大石油公司或将加速国内常规与非常规天然气的勘探与开采和海外天然气项目合作的参与。
天然气输送的多样化促使其很快成为全球体系的商品能源。随着国际石油价格的不断攀升，每个国家都在为本国的持续发展寻找足够强大的替代能源支持；同时，人们对区域环境的持续关注也让众人的目光聚集到了天然气的采、输、利用领域上。科技进步，包括LNG的生产和海运输送，使天然气供需体系正在从局部地区走向世界，价格也将逐步由地区走向国际化。受世界经济的发展、LNG技术的进步和供应成本下降等多重因素的影响，全球LNG生产和贸易日趋活跃，LNG在行业中的地位急剧上升。特别是亚太地区LNG市场一派兴旺。国际能源署公布的数据显示，自 1995 年以来，全球LNG市场一直保持平均每年 7.5%的增幅。
2021 年，世界能源统计数据显示，2021 年世界管道气贸易量为 7 044×10 8 m 3 ，船运LNG量为5 162×10 8 m 3 ，合计12 206×10 8 m 3 。随着各洲管网的建设和LNG进一步发展，洲际间天然气输送体系将逐渐建成并完善，天然气输送的多样化促使其很快成为全球体系的商品能源。
从世界范围看，天然气利用正从发达国家向发展中国家转变，如中国、印度、南美洲和非洲等，新的管网建设正在加速进行，LNG和海运的技术及输送体系加速了天然气能源的全球化。
就国内而言，中国政府高度重视天然气产业发展。不断加大天然气科研和勘探开发力度，多元天然气资源不断得到发现和开发，储量大幅增长，十几年来剩余可采储量增加了数倍，产量稳步上升。与此同时，我国有较好的外部环境，陆地接壤国多为天然气资源丰富地区，长输管道输配气系统正快速发展。中土、中乌和中哈天然气项目实现后，天然气年输送量将达 600×10 8 m 3 。中俄天然气项目的计划初步确定输气量为 300×10 8 ~400×10 8 m 3 ；中缅天然气管道项目已开工，建成后输气量为 60×10 8 ~120×10 8 m 3 。中东、非洲的天然气资源也可以通过LNG输往国内。天然气产业的发展有利于改善我国能源结构，提高天然气消费比例，减少二氧化碳的排放。
天然气的气态特性使它作为能源具有方便、干净、热效率高等优点。为提高我国天然气在一次能源结构中的比例，应采取以下 4 个方面措施，以提高天然气的利用程度：一是加大天然气勘探开发力度；二是大力建设管网和跨国管道；三是将海外项目的天然气就地加工成LNG，并输往国内；四是逐步调整、理顺国内天然气价格与国际价格接轨机制，实现市场体制下的良性循环。
利用化石能源中相对低碳的天然气已引起世界范围的热议和重视，天然气将成为走向低碳化的桥梁。依靠化石能源将是长期的，调整低碳化石能源天然气的消费比例，将是一个长期的、重要的发展阶段和趋势。今后，世界天然气产量和消费量将会以较高的速度增长。20 年以后，世界天然气产量将要超过煤炭和石油，成为世界最主要的能源，并逐步成为第一能源。
在 3 种情景里，受新兴经济体需求增长的推动，全球天然气需求起初将有所增加（图1.9）。然而，在“快速转型”和“净零”情景下，增长将出现逆转。到 2050 年，全球天然气消费量将分别下降 35%和 60%左右。相比之下，“新动力”情景里，天然气需求在整个展望期内将持续增长，与 2019 年相比增长近 30%。在“新动力”和“快速转型”情景下，展望期内前 10 年左右，受煤改气政策的支持，中国天然气需求强劲。与此同时，印度以及亚洲其他新兴国家也有强劲需求。因此，天然气的整体需求也将增加。而在“净零”情景下，需求增长持续时间较短，将在本世纪 20 年代中期达到峰值，随后便开始下降。2030 年前，亚洲新兴经济体的天然气需求将稳健增长，但以美国和欧盟为主的发达国家需求持续降幅更大。在“快速转型”和“净零”情景下，从本世纪 30 年代初起，随着全球日益向低碳能源转型，全球各主要需求中心的天然气消费量将不断下降，天然气需求也随之下降。而在“新动力”情景下，本世纪 30 年代与 40 年代天然气需求将继续增加，除中国外的亚洲新兴国家和非洲的需求均在增加。在“新动力”和“快速转型”情景中展望期的前半段，新兴经济体（尤其是亚洲各新兴经济体）将继续向工业化迈进，其工业中的天然气使用量也不断增加，推动全球天然气需求持续上升。
图1.9 全球天然气需求预测曲线
在“快速转型”和“净零”情景下，2030 年后，工业与建筑业，尤其是在发达经济体，天然气消耗量减少，同时可再生能源也日益渗入全球电力市场，导致天然气需求不断下降。但由于越来越多的天然气被用来制造蓝氢，从而抵消了部分天然气使用量的下降。相比之下，在“新动力”情景下，全球天然气消费量将继续增加。部分原因在于，世界发电总量稳步增长，而天然气在全球发电量中的占比将基本保持不变。