第一章能源科学技术现状与发展战略
第一节 全人类共同的挑战
能源是国民经济的支柱产业，也是经济持续稳定发展和人民生活改善的保障。进入21世纪以来，经济社会飞速发展，科技创新日新月异，支撑经济社会可持续发展的能源资源及其利用方式遇到了前所未有的挑战。充分运用以基础性、前瞻性、交叉性为核心的多角度研究方法，深入探索能源利用规律，研究能源利用新方法和新技术，对实现我国能源资源开发和利用的跨越式与可持续发展具有重要意义。
一、能源与环境的挑战
（一）人类面临化石能源枯竭的巨大挑战
21世纪以来，全球能源格局发生重大变化。一方面，可再生能源产业高速发展；另一方面，油气资源仍然是全球能源市场的主体。根据英国石油公司（British Petroleum，BP）统计（BP Global，2021），受新冠疫情影响，2020年一次能源消费总量减少4.5%，创1945年以来的*大年度降幅。在能源消费种类方面，在2020年，石油仍占据31%的*大能源结构份额，煤炭占27%的份额，天然气和水电的份额分别上升至25%和7%，除水电外其他可再生能源的份额升至6%，如图1-1所示。由此可预见，在未来相当长一段时间内，全球仍不能摆脱对化石能源的依赖。
截至2020年底，全球已探明石油、天然气和煤炭储量分别为17320亿Bbla、188.1万亿m3和10740亿t。根据全球储量/产量（R/P）计算，2020年，石油、天然气、煤炭探明储量可供开采53.7年、48.8年和141年（图1-2）。2000～2020年，以中东为代表的高油气储量地区储量/产量呈现逐年减小的趋势，全球面临的资源枯竭难题迫切要求寻找替代能源及开发高效节能技术。
（二）能源消耗引发日益严峻的环境问题
化石能源开采、储运、利用过程中产生的大量SO2、NOx、烟尘等污染物是环境污染的主要原因。据美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）地球系统数据记录（Greenpeace，2020），2019年全球煤炭、油气、冶金等主要工业部门共计向大气排放近3000万tSO2。化石燃料的燃烧使用，与SO2污染严重程度密切相关。NOx对陆地、河流和海洋生态系统以及臭氧层均有较大影响，也是PM2.5的主要来源（张玉卓等，2015）。随着排放颗粒物的持续增加，雾霾频率显著增加，严重威胁人类的健康。国际非政府组织（non-governmental organization，NGO）全球碳计划（GlobalCarbon Project，GCP）发布的报告表明（Friedlingstein et al.，2020），2020年全球化石燃料使用以及工业活动产生的CO2排放量约341亿t，受新冠疫情影响，排放量同比下降约6.7%。大量温室气体排放引发了一系列全球气候变化问题，如近几十年频发的厄尔尼诺和拉尼娜等现象。温室效应日趋严重，2016年《巴黎协定》提出，21世纪全球平均气温上升幅度应控制在2℃以内。然而，联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）发布的第六次评估报告（AR6）的第一工作组报告表明（IPCC，2021），1850～2020年由于人类活动的影响，全球地表平均温度提升了1℃以上，实现温室气体排放控制目标存在巨大压力（图1-3）。
二、发展与减排之间的不平衡
从历史来看，工业化的每一个阶段都离不开对能源的利用和开发。维持经济的稳定增长就必须消耗一定规模的能源，同时也会以牺牲一定的环境为代价。
（一）经济发展与节能之间的不平衡
发达国家工业化过程中经济发展与能源消费存在普遍规律：①工业化过程中，无论是GDP还是人均GDP的增长，与总能源消费以及人均能耗增长呈近似线性关系。②能源消费强度（单位GDP能源消费量）与工业化进程密切相关。
进入21世纪以来，我国已进入了工业化前中期的关键发展阶段，根据国家统计局、国家发展和改革委员会发布的数据，2018年、2019年和2020年我国能源消费弹性系数（能源消费增长速度与经济增长速度之比）分别为0.49、0.54和0.96（国家统计局，2021）。这表明，在工业化阶段重工业快速发展时期，我国对能源的依赖程度逐步加大（国家统计局，2019a，2019b），我国经济发展与节能之间的矛盾日益严重，如图1-4所示。
（二）社会发展与减排之间的不平衡
国际经验表明，一个国家的能源消费和温室气体排放，在不同发展阶段的强度是不同的。在实现工业化的过程中，排放强度是增加趋势，实现工业化以后排放就开始减少。发达国家在过去的一二百年里已经实现了工业化，排放了大量的CO2，发展中国家正处在社会和经济发展的快速上升阶段，相应消耗的能源也较多，排放强度也会有所增加。在经济全球化和国际产业分工日益深化的大背景下，产业链低端的发展中国家往往生产和出口大量高耗能和高排放产品。因此，发展中国家的发展需要消耗价廉易得的高密度能源，从而导致发展与减排之间存在严重不平衡。
（三）我国面临巨大减排压力
我国的基本国情决定了我国在应对气候变化，减少包括CO2在内的污染物和温室气体排放进程中面临巨大的挑战。中国作为世界上*大的发展中国家，伴随着我国经济总量的迅速增长，能源消费和碳排放量也呈现了较大幅度的增长。2020年，全球新冠疫情暴发，世界各国的经济均遭受不同程度的打击，高碳工业发展或多或少受到影响。然而，2020年，我国碳排放量达到98.99亿t，
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