摘 要:面对碳达峰碳中和目标，中国能源转型亟需统筹能源品种替代与系统重构。能源转型包含增量叠加转向存量替代、含能物质存量转向自然能量流两个相互关联的过程，重点在于推动燃料与原料并重、能量流与物质流协同。为此，需以多能融合理念为牵引，构建储能、氢能、合成气-甲醇与二氧化碳利用四大技术平台，发展信息和价值协同机制，打通能量物质转化接口，促进能量物质协同。同时，创新规划统计体系，建立能源—原料联合平衡框架，聚焦技术分层攻关，因地制宜开展区域示范，完善核算交易机制，以系统协同推动多能融合落地见效，支撑新型能源体系建设。
关键词:多能融合 能源转型 燃料与原料 能量流与物质流 新型能源体系
【中图分类号】 TK01 【文献标识码】A
能源是现代化的重要基础和动力，能源保障和安全事关国计民生。当前，围绕能源开发、转换、输送和使用，已形成规模庞大、链条复杂的产业体系。习近平总书记指出“能源产业要继续发展，否则不足以支撑国家现代化”[1]，强调“加快建设新型能源体系，注重传统能源与新能源多能互补、深度融合”[2]。这既是对能源战略地位的高度凝练，又是对新时代能源发展提出的明确要求。立足2035年基本实现社会主义现代化的关键节点，我国能源体系建设既要满足经济社会发展日益增长的合理需求，又要肩负起推动绿色低碳转型、引领产业升级、提升国家竞争力的时代重任。建设与现代化强国相适应的新型能源体系，不能仅盯着各类能源的数量增减，需从全局和战略高度出发，回答能源从何处来、以何种物理形态进入社会经济循环、最终承担什么样的功能作用等问题，唯此方能在纷繁复杂的转型变局中牢牢把握正确方向。
对能源转型的认知需从“做加法”转变为“看系统”
当前，对新型能源体系的认识多集中于新能源装机增长和能源结构调整，对新型能源体系的认知亟需从“做加法”转向“看系统”。新型能源体系之“新”，不仅在于能源品种变化，更在于能源供给化学物理基础、资源依赖方式和系统运行条件的变化。这一变化并非单一维度的调整，而是至少包含两个相互关联的过程。
第一个过程是能源发展由增量叠加逐步转向存量替代。回溯近两百年的全球能源史，工业化、城镇化带来的用能增长，主要依靠煤炭、石油和天然气大规模燃烧来满足；石油化工和煤化工虽拓展了原料用途，但规模始终居于次要地位，占比较小。根据国际能源署数据，2024年全球非能源利用（Non-Energy Use）能源占一次能源供应比重仅6.8%。新增需求不断由新的能源品种满足，传统能源份额逐步下降，但绝对消费量继续增长。过去的能源转型以品种叠加和结构调整为主要形态，旧能源体系并未收缩或退出。本轮转型则有所不同。在碳达峰碳中和目标和技术进步共同作用下，风电、光伏等低碳能源快速扩张，能源体系逐步由各类能源共同增长，转向发展低碳能源与压减高碳燃烧并行的局面。2025年一季度，我国风电、光伏累计装机达到14.82亿千瓦，首次超过火电装机，表明新能源已不再只是增量补充，而开始在电力供给中承担更重要的主体性功能。[3]需要强调的是，装机超过并不等于发电量和系统功能已经完全替代；新能源占比继续提高，还取决于电网、储能、调节电源和需求侧响应能力。这种替代首先发生在煤、油、气的燃料功能上，而原料功能的替代要困难得多。究其原因，能量需求可以经电气化满足，物质需求所依赖的碳骨架则不能。风、光、水、核的主要输出是电力，热、动力、照明均可由电转化而来；在深度电气化条件下，人类社会大部分能量需求可由新能源满足。但化学品与材料的生产难以照此解决。流程工业的工艺需求不止于热和动力，如冶金需要还原剂，有机化工需要碳骨架。还原需求可通过电解水制得的绿氢实现间接电气化；碳骨架则没有电的替代方案——电力不携带碳原子，氢也不含碳，有机产品所需的碳只能取自含碳资源。现阶段，碳原子主要来自化石资源。生物质受土地与生态承载制约，废弃材料循环受收集成本制约，捕集二氧化碳的转化利用受能耗与技术成熟度制约，三者虽有接续潜力，但在相当长时期内难以成为主力碳源。因此，随着低碳能源承接更多燃料功能，化石资源大规模直接燃烧的用途将持续收缩，其原料价值将相应上升。
第二个过程是能量供给由主要消耗含能物质存量，转向更多利用自然界持续提供的能量流。从宏观工程视角看，人类获取可用能有两种基本方式。一种是开采和消耗含能物质存量。煤炭、石油和天然气可开采、运输和储存，其化学反应释放的能量经转换后形成热、机械功或电能。另一种是利用耐用物质装置捕获自然能量流。太阳辐射、风和水循环势能持续流经特定空间，不能像煤和石油那样以原始形态储存，却可通过光伏组件、风力机和水电设施转换为电能，再由电网输送，并通过储能和调节资源实现优化配置。自然能量流取之不竭，这是其区别于含能物质存量的关键优势。但其能量在空间上分散、在时间上起伏，大规模利用面临挑战，需要系统工程加以解决。风机和光伏组件将流经的能量转换为电能，电网把分散的电力汇集输送，储能和调节资源平抑时间起伏。捕获、汇集、调节三类设施，连同支撑它们的土地、材料和装备，构成这种利用方式的全部物质基础。在此基础上，新型能源体系得以建立，以耐用物质存量持续捕获自然能量流，取代对燃料存量的持续消耗。因此，能源转型改变的是物质作用的方式，并非“去物质化”。由此，能源转型要处理的问题，从品种替代扩展到能量供给、物质供给和系统保障能力的协调。若仍按能源品种和产业部门分别规划，容易在降低燃烧排放的同时忽略工业原料，在扩大新能源的同时形成新的材料、装备和基础设施约束。
多能融合促进燃料与原料并重、能量与物质协同
多能融合是针对能源体系向燃料与原料并重、能量与物质协同变革提出的分析框架和技术路径。多能融合的基本指向，是把能源服务与物质产品需求纳入同一体系，统筹资源的供能、供料和系统支撑功能。其不仅关注电、热、气、氢等载体之间如何转换，也关注碳、氢等元素从何处进入生产过程、最终进入产品还是排向环境。[4]原理上，经济社会运行包含两类相互耦合的物理过程。一类是能量转换，即能量经捕获、转换、输送和使用，为社会提供电、热和动力；能量总量守恒，但在不可逆过程中相对于环境的做功能力逐步降低，最终主要以低品位热散失。另一类是物质转化，即自然物质经开采、分离、反应和制造，改变组成、结构和空间位置，形成化学品、材料、设备和基础设施。物质装置承载能量转换，能量投入驱动物质转化，两类过程相互依存。现有多能互补主要协调不同能源品种和能量载体，重点解决电、热、气、冷、氢及储能的互补配置问题。多能融合进一步把资源的物质属性和工业过程纳入能源体系：既核算能量来源和使用效率，又追踪元素去向、原料来源和产品归属，推动能量流与物质流协同优化。其评价对象不再只是单台设备效率，而是跨行业、跨载体和全生命周期的系统价值。
煤炭、石油、天然气和生物质等以物质形态存在的能源资源，具有能量与物质双重属性，可以承担燃料和原料两类功能。燃料利用以取得可用能为主要目的，碳氢元素经完整反应体系转化为二氧化碳和水并释放净能量；原料利用以元素或分子结构进入目标产品为主要目的，原有结构可以保留，也可经裂解、分离和合成重新构建。主要利用目的和原子最终去向决定两类功能的划分，而非资源固有物性改变。原料功能权重上升后，评价尺度不能只看热值和单程能效，还要看碳、氢元素进入有效产品的比例及最终去向，并计入过程能耗与全生命周期排放。随着燃料权重逐步下降，化石资源利用将集中到原料端。在相当长的过渡阶段内，化石资源仍是工业碳源的主力。战略重点应在严格控制燃烧排放和新增产能锁定的前提下，提高有限化石碳进入有效产品的比例；加快生物质、循环碳和捕集二氧化碳的接续，这决定着化石碳源最终退出的时间表。
由此需要把握两个方向。其一，以低碳能量推动物质转化。区分碳源、氢源和过程能量，化石资源、生物质、循环材料和捕集二氧化碳提供碳源，水及其他含氢物质提供氢源，低碳电力为分离、反应、压缩和合成提供过程能量。评价一种原料路径，不能只看生产环节是否使用绿电，还要考察原料来源、物质转化效率、过程能耗、产品寿命、替代对象和最终碳去向。其二，以耐用物质体系支撑能量获取。风机和光伏组件运行时不直接消耗燃料，但其建设需要钢、铝、铜、硅、玻璃、锂和稀土等矿产与材料。国际能源署估算，一辆典型电动汽车所需矿产投入约为传统燃油汽车的六倍，陆上风电单位装机的矿产需求约为同容量燃气电站的九倍，具体数值随技术路线和项目条件变化，但总体上说明清洁能源体系具有新的材料强度和供应链约束。新能源装备的物质投入还包括树脂、复合材料、电解液等化工产品，其中相当一部分目前仍以化石碳为原料，未来可逐步由生物碳、循环碳和捕集二氧化碳替代。能源资源的依赖结构呈现化石碳的份额下降，矿产与材料的份额上升趋势。传统燃料安全约束尚未解除，关键矿产、基础材料、装备制造、电网和储能等新约束又叠加其上，能源安全的对象由燃料供应扩展到材料、装备和基础设施韧性。装备退役后，回收、再生和再制造可部分抵减原生资源需求，其规模受制于材料混杂程度、分离技术和再生能耗。两个方向相互支撑，低碳能量进入物质转化过程，矿产、材料和装备构成自然能量流开发的物质基础。燃料与原料并重，落到资源配置上，就是依据每类资源的物理化学特征、产业需求和环境边界，在燃料、原料和系统支撑之间合理分工。
四大平台构成多能融合技术骨架
多能融合的关键挑战，不在于单一技术的孤立突破，而在于能否构建连接多样化资源与工业过程的系统平台。当能源转型从增量叠加转向存量替代，低碳电力难以满足化工等领域的碳骨架需求，能量流与物质流的协同由此成为难题。储能、氢能、合成气—甲醇、二氧化碳利用四大平台构成其技术骨架：储能拓展多样化功能，氢能发挥还原与原料效能，合成气—甲醇打通多样化碳源转化接口，二氧化碳利用则需审慎评估减排效益。四者各自的效能边界与相互衔接方式，共同决定能源转型路径重构的深度与广度。
拓展储能多样化功能，科学遴选储能技术路径。储能的作用不只是电力系统移峰填谷，还要与工业装置柔性运行、物料缓冲和热量管理协同。电化学储能、抽水蓄能、压缩空气和储热适用于不同时间尺度；储氢、储甲醇和储氨等分子载体可服务更长周期的能量配置和原料供应。技术选择应比较转换效率、响应速度、储存周期、安全性和全寿命周期成本，避免为了“融合”而增加不必要的转换环节。能够直接高效利用电力的场景，应优先直接电气化；只有跨载体转换带来的调节、储运或原料价值足以覆盖损失与成本时，才有必要转换。
发挥氢能平台效能，理性推进绿氢耦合煤化工。电解水制得的低碳氢既可作为能源载体，又可作为还原剂和化工原料，进入合成氨、甲醇、炼化加氢和氢冶金等过程，使低碳电力以可储运、可参与分子反应的形态进入工业体系。氢能平台对低氢碳比的煤基资源尤其重要：传统煤基合成气为满足下游产品的氢碳比要求，常通过水煤气变换以一部分一氧化碳生成氢，同时产生二氧化碳；补入外部低碳氢，可减少对变换反应的依赖，使更多进料碳进入目标产品。相关研究表明，这一路径具有显著减排潜力，但结果高度依赖低碳电力来源、电解效率、装置边界、产品结构和氢氧利用方式，不能将某一情景的减排比例外推为普遍结论。绿氢耦合煤化工已开展工程示范，为连续装置与波动电源协同提供实践基础。但实现全面商业化还存在挑战，如制氢成本、低碳电力的稳定供应、储运安全、设备利用率以及新增可再生电力是否真实匹配等。这些挑战的攻克决定绿氢能在多大程度上降低化石能源利用的碳排放。
搭建合成气—甲醇平台，打通多样化碳源转化接口。煤炭和生物质经气化、天然气经重整可以制取合成气，捕集二氧化碳可在低碳氢支持下制取甲醇，或经共电解、逆水煤气变换等路径转化为合成气。合成气可以进一步合成甲醇、烯烃、芳烃和合成燃料。2010年，采用我国自主DMTO技术的世界首套大型煤制烯烃工业装置在包头投料试车成功，随后进入商业运行，表明甲醇制烯烃已经实现规模化产业应用。其意义不仅在于固化煤制路线，而且建立从一碳平台分子通向大宗化学品的成熟接口，为未来接入生物碳、循环碳和捕集二氧化碳奠定工艺基础。合成气—甲醇平台还可为煤化工与石油化工提供耦合接口。甲醇常温常压下为液体，兼具化工原料、能源载体和储氢载体功能，具备跨区域运输条件。2026年7月，国家管网集团依托甘肃、陕西在役成品油管道完成1000立方米燃料甲醇顺序输送现场试验，实现从室内研究到现场工程验证的关键跨越。[5]这一进展说明既有管网改造具有进一步论证价值，后续仍需开展材料相容性、混油控制、安全规范、需求规模和全寿命周期成本评估。
用好二氧化碳利用平台，审慎评估碳利用减排效益。当前，化石燃料消费下降，但部分工业过程仍会产生难以完全避免的二氧化碳排放。经捕集和纯化的二氧化碳，可在低碳氢与低碳能量支持下转化为一氧化碳、甲醇、合成燃料及部分化学品，也可直接用于矿化和材料生产。但二氧化碳利用不天然等于减排，其气候效益取决于碳源、捕集与转化能耗、替代对象、产品寿命和最终碳去向。进入燃料或短寿命产品，通常只是延后排放；进入长寿命材料并建立回收体系，才可能延长碳的驻留时间。所有路径都应以透明的全生命周期评价为前提。从更长时期看，工业碳源将由化石资源逐步扩展到生物质、废弃物循环碳和捕集二氧化碳。三类来源分别受到土地水资源与生态承载、混杂污染与分离成本、低碳能量与低碳氢投入的约束。未来的关键约束不是是否存在碳元素，而是能否获得低碳、集中、可持续且经济可得的工业碳源。四个平台的共同任务，是在这些边界下以最少的转换环节连接低碳能量与物质生产。
系统协同推动多能融合落地见效
多能融合体系涉及能量流、物质流、信息流和价值流的协同。这种协同超越各类技术的简单叠加，是以系统效率最优为目标，重塑能源化工全链条的运行逻辑。其重点在于打破煤、电、油、气、化之间的行业壁垒，通过跨环节的动态匹配与柔性调控，使不同形态的资源在时间、空间和品位上实现互补利用，最终提升整体系统对波动性外部条件的适应能力与资源利用效率。推动这一协同落地，需要在信息与价值机制、规划统计体系、技术攻关路径和区域示范布局等方面作出系统安排。
信息与价值机制协同，夯实多能融合运行基础。信息和价值机制是使四类技术平台安全、经济运行的支撑条件。研发层面，催化剂与复杂流程开发周期长，机器学习与机理模型结合有助于缩小候选范围、优化设计；生产层面，在线监测与数字孪生可协调波动性新能源与连续化工负荷；系统层面，气象、电价、库存与需求需跨时间尺度联合决策。人工智能可提升优化能力，推动产业向高端化、差异化、智能化转型，实现“由量到质”的根本性转变。[6]但其作用取决于数据质量与安全边界，不能替代基础研究与工程验证。同时，数字化基础设施应纳入能源约束。据国际能源署估计，全球数据中心用电量将由2024年的约4150亿千瓦时，增至2030年的约9450亿千瓦时。算力设施的选址与运行应与电网条件协调，避免简单等同于将数据中心布置到资源产地。价值机制将减排、灵活性和安全等系统价值转化为经济信号，碳定价应覆盖燃料与原料路径的真实排放差异，核清碳源、过程排放与终端处置；全国碳市场已扩展至钢铁、水泥和铝冶炼，化工行业扩围应与产品碳核算衔接。绿氢、绿色甲醇等需统一认证与追溯体系，储氢、备用能力和柔性负荷的调节价值，可通过辅助服务、容量补偿等机制合理定价，需与市场结构和实际贡献匹配。信息工具与价值机制协同，推动能量流与物质流由技术可能转化为稳定运行。将技术可行转化为经济可行和制度可行，还需规划、技术与政策协同发力，形成系统性制度保障。
革新规划统计体系，构建能源—原料平衡框架。现行规划和统计体系大多按煤、电、油气、化工、矿产等部门分别展开，难以反映同一种资源在燃料和原料之间的配置，也难以评估新能源扩张带来的材料和基础设施需求。对此，需在国家和区域能源规划中增加“能源—原料”联合平衡，统筹能源、化工、矿产、交通和国土空间规划；在落实碳排放总量和强度控制的同时，分别核算燃烧排放、工艺排放和产品储碳，避免把原料使用与燃料燃烧简单等同，也防止以“原料化”为名延续高碳、低效率产能。以满足经济社会的能源服务和物质产品需求为入口，反向配置资源与技术，而不是从既有产能出发寻找用途。对直接电气化、氢基路径、碳循环路径和化石原料过渡路径，采用一致的系统边界，比较能源效率、碳效率、成本、安全和资源约束，形成可进入、可调整、可退出的技术路线图。
聚焦技术分层攻关，推动煤化新能源耦合。煤化工绿色低碳技术升级主要集中在节能降耗和末端碳捕集两个方向，均属于既有流程内的增量改进，优化空间正在收窄。具有突破意义的方向是将绿氢、绿电和二氧化碳循环系统性引入煤化工流程，充分发挥合成气的多能融合平台作用，实现煤化工碳流与新能源氢流的系统耦合。建议重点推进煤化工与新能源融合技术攻关，如新型煤气化制一氧化碳耦合绿氢制合成气技术、绿氢大比例替代煤制氢调节合成气氢碳比技术，在大幅降低煤化工流程碳排放强度的同时为绿氢提供稳定消费场景；煤化工尾气高浓度二氧化碳与绿氢耦合制甲醇、航煤等高附加值化学品技术，使二氧化碳从排放负担转化为合成原料；电解水制氢与煤化工负荷协同调控技术，使融合系统具备百万千瓦级电网调峰能力和柔性生产能力等。对此，分层部署、精准攻关。基础研究层，聚焦煤气化反应机理、催化转化路径、煤热解多相传递等底层科学问题，夯实理论根基；关键技术层，重点突破大型化特种气化炉设计、热载体高效循环、油气尘耦合分离、高容毒宽适应性催化剂等“卡脖子”环节；依托工程示范，建设劣质煤气化、低阶煤分质利用等工业示范装置。
因地制宜区域示范，统筹设施与承载力评估。多能融合是“资源—转化—储运—应用”的全链条集成，需要在真实区域集成示范。西北等风光和碳源相对集中的地区，可探索低碳电力、储能、绿氢、煤化工和甲醇平台协同；东部产业集聚区可侧重存量炼化工艺流程改造、循环碳利用和多样化原料协同；沿海地区可结合进口资源、港口运输和绿色燃料需求建设开放型平台。储氢、二氧化碳和甲醇等基础设施具有网络性和共享性，单个企业往往难以独立承担。需在完成需求评估、安全论证和经济测算后，统筹管廊、储罐、码头、监测和应急设施。甲醇管输目前处于现场工程验证之后的进一步论证阶段，近期可继续开展多工况、长周期和多介质兼容试验，为中长期大规模建设提供评判依据。区域示范还需同步评估水资源、关键矿产、土地、设备供应和电网承载力，将传统燃料安全与材料、装备、网络安全统一考虑。
完善核算交易机制，建立综合效益评价体系。建立覆盖碳源、氢源、电力来源、工艺过程、产品使用和终端处置的核算规则，推动绿氢、绿色甲醇和低碳化学品标准、认证与追溯衔接。对二氧化碳利用、绿氢耦合化工等路径，政策支持需以实际生命周期减排和系统价值为条件，防止把二氧化碳消耗量、绿电使用量或产品储碳量直接等同于减排量。同时，完善跨行业价格和交易机制，使电力现货、辅助服务、绿证、碳市场和绿色产品采购形成协调信号。研究甲醇管网准入与定价规则，建立弹性产能的容量补偿机制，让“平急结合”的保障能力获得回报。对尚处示范阶段的技术，可通过竞争性遴选、里程碑考核和风险共担支持首台套与首批次应用；达到商业化条件后，逐步转向市场化采购和碳约束。政策评价既要看单项技术成本，又要看其对系统调节、原料安全、碳减排和产业链韧性的综合贡献。
注释
[1]《习近平谈能源产业：走绿色低碳发展道路》，新华网，2021年9月14日。
[2]《习近平主持召开新时代推动中部地区崛起座谈会强调 在更高起点上扎实推动中部地区崛起》，《人民日报》，2024年3月21日，第1版。
[3]《我国风光装机历史性超过火电：风电光伏装机超过火电将成为常态》，国家能源局网站，2025年4月25日。
[4]蔡睿、朱汉雄、李婉君、肖宇、刘中民：《“双碳”目标下能源科技的多能融合发展路径研究》，《中国科学院院刊》，2022年第4期，第502—510页。
[5] 《国内首次成品油长输管道顺序输送甲醇现场试验成功完成》，新华网，2026年7月13日。
[6]李政：《三维能源安全体系构建与实践探索》，《学术前沿》，2026年第7期，第45—52页。
责编：韩 拓／美编：石 玉
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