【摘要】當前，能源安全形勢日趨嚴峻，新能源高比例滲透沖擊電力系統(tǒng)穩(wěn)定，碳中和時間窗口不斷收窄，傳統(tǒng)能源與新能源獨立并行、缺乏協(xié)同的發(fā)展模式亟待改善。立足我國能源發(fā)展現(xiàn)實并兼顧長遠，多能融合成為破解困局的關鍵路徑。研究表明，化石能源“富碳缺氫”與可再生能源“產(chǎn)氫無碳”，在物質(zhì)及元素層面構成天然互補。鑒于我國西北地區(qū)煤化工基地與風光資源空間高度重疊，技術產(chǎn)業(yè)深厚積累且綠電持續(xù)降本，多能融合已具備從技術走向現(xiàn)實的基礎。技術層面，新能源應由單一發(fā)電向綜合利用拓展，以合成氣/甲醇平臺和氫能平臺為樞紐，推動煤炭由燃料向原料轉變，實現(xiàn)能量與物質(zhì)協(xié)同優(yōu)化；實施層面，應著力打造多能融合先行示范區(qū)，構建“就地轉型—增量開拓—存量優(yōu)化”的區(qū)域聯(lián)動格局，為加快建設能源強國、保障國家能源安全提供堅實支撐和示范樣板。
【關鍵詞】多能融合 能源安全 綠色低碳 “雙碳”目標 技術路徑
【中圖分類號】TK01 【文獻標識碼】A
【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2026.07.003
【作者簡介】劉中民，全國政協(xié)常委，中國工程院院士，中國科學院大連化學物理研究所所長、研究員、博士生導師，低碳催化技術國家工程研究中心主任，國家能源低碳催化與工程研發(fā)中心主任。研究方向為能源化工領域應用催化研究與技術開發(fā)，在分子篩結構酸性位的精確調(diào)控機制、甲醇反應化學動力學，以及催化反應工程等方面取得重要研究成果，組織開發(fā)甲醇制烯烴（DMTO）技術、合成氣制乙醇（DMTE）技術等，并在全球率先實現(xiàn)工業(yè)化。
多能融合的提出背景與理論邏輯
融合是新時期能源轉型的典型特征。主導能源類型的更替是能源轉型的關鍵。人類社會發(fā)展歷經(jīng)從薪柴到煤炭、再到油氣的能源轉型，其進程總體呈現(xiàn)由效率提升和經(jīng)濟性改善共同驅動的趨勢，新型能源在市場競爭中自然勝出。由此，“替代”成為長期以來傳統(tǒng)能源轉型的基本脈絡。
當前，全球能源與產(chǎn)業(yè)體系正經(jīng)歷深刻變革。傳統(tǒng)的以化石能源為主體的供給模式正在向清潔低碳、安全高效、靈活智能的新型能源體系轉型。在這一過程中，“融合”成為區(qū)別于以往能源結構調(diào)整的顯著特征，不再是單一能源品種的線性替代，而是多種能源在技術、產(chǎn)業(yè)、空間等多維度上的深度耦合。究其原因，一是轉型的關鍵驅動力不再局限于“技術—經(jīng)濟”競爭，而是更多呈現(xiàn)為碳約束條件下生態(tài)壓力、政策規(guī)制和技術進步的共同作用。實際上，當前化石能源在效率或經(jīng)濟性上并未全面失去優(yōu)勢，煤油氣在能量密度、可儲存性和可調(diào)度性等方面的優(yōu)勢，對能源系統(tǒng)仍具有重要價值。二是以風電、光伏為代表的可再生能源屬于典型的技術驅動型能源，其成本下降更多遵循學習曲線而非資源耗竭曲線，規(guī)模擴張往往伴隨邊際成本遞減。由此，能源競爭的關鍵維度正在由資源占有轉向技術迭代與系統(tǒng)集成，傳統(tǒng)能源與新能源之間并非簡單的此消彼長關系，二者需在不同功能維度上重新分工、協(xié)同配置。
超越替代、深度融合是破解轉型系統(tǒng)性矛盾的內(nèi)在要求。單一替代邏輯之所以難以支撐新發(fā)展階段能源轉型，根本原因在于其難以同時回應安全穩(wěn)定、綠色低碳和經(jīng)濟可承受這三重目標。一方面，化石能源作為主體能源的地位，在短期內(nèi)難以發(fā)生根本改變；另一方面，隨著風電、光伏等新能源裝機規(guī)模快速增長，可再生能源的間歇性、波動性等對電網(wǎng)安全和系統(tǒng)穩(wěn)定的挑戰(zhàn)較大。二者之間并非簡單的替代關系，而是存在深度耦合的內(nèi)在需求，傳統(tǒng)能源需要為新能源的規(guī)模化發(fā)展提供靈活調(diào)節(jié)能力，新型能源則需要為傳統(tǒng)能源的清潔化轉型提供綠色電力和綠氫支撐。
長遠來看，從能量供給角度，可再生能源替代化石能源的方向是明確的，其間歇性、波動性等約束，也有望隨著儲能、電網(wǎng)和調(diào)度技術進步而逐步緩解。然而，必須同步考慮化石資源作為碳及碳氫化合物所兼具的能源與物質(zhì)的雙重屬性。基于化石資源的能源化工，支撐著從基礎化學品到合成材料的龐大物質(zhì)生產(chǎn)與供應體系，包括可再生能源發(fā)展本身所需要的關鍵材料，如風電葉片依賴碳纖維和環(huán)氧樹脂，儲能電池離不開電解液、隔膜等化工材料。為此，未來能源體系的分析框架，應由“能量替代”拓展為能量、物質(zhì)供應雙功能，在推進能量供給清潔化的同時，引導化石資源從能源向原料轉化，使各類能源資源的能源屬性與物質(zhì)屬性各得其所，超越單一替代邏輯的局限。
多能融合是立足中國國情的現(xiàn)實路徑。中國具備推進多能融合的資源稟賦和產(chǎn)業(yè)基礎。“富煤貧油少氣、可再生能源豐富”是我國的能源資源稟賦。依托數(shù)十年技術發(fā)展及工業(yè)化積累，我國能源工業(yè)聚焦“富煤貧油少氣”的化石能源資源稟賦，建立了規(guī)模龐大的煤、油、氣開采工業(yè)，建成全球規(guī)模最大的清潔煤電供應體系、較為完整的煤化工和石油化工產(chǎn)業(yè)鏈、全球領先的特高壓輸電網(wǎng)絡、規(guī)模巨大的鋼鐵水泥等物質(zhì)產(chǎn)業(yè)，以及從硅料到風電整機、新能源汽車的完整新能源及下游裝備制造鏈條，為國家發(fā)展提供必需的能源動力與基礎材料。面向“雙碳”目標，單純的替代路徑既難以承接現(xiàn)有規(guī)模龐大的化石能源工業(yè)體系，也難以充分發(fā)揮化石資源的物質(zhì)屬性；而單純延續(xù)既有高碳路徑，又無法滿足碳約束的硬性要求。這使得我國必須在兼顧傳統(tǒng)能源與新型能源體系的特性的基礎上，積極穩(wěn)妥推進能源轉型。全球沒有現(xiàn)成經(jīng)驗可以借鑒，必須依靠我國自身的產(chǎn)業(yè)基礎與科技創(chuàng)新能力走出一條新路。這是充滿挑戰(zhàn)的新機遇。
中國科學院能源領域專家立足我國資源稟賦、產(chǎn)業(yè)基礎與發(fā)展階段，經(jīng)過長期研究，系統(tǒng)提出多能融合理論與框架，[1]該理論與框架為我國未來能源發(fā)展提供了可行方案。本文立足這一研究基礎，聚焦傳統(tǒng)能源清潔高效利用與新能源安全替代如何協(xié)同發(fā)展這一問題，提出以深度融合推進協(xié)同發(fā)展的整體思路與可行路徑。
傳統(tǒng)能源與新能源深度融合的緊迫趨勢
傳統(tǒng)能源與新能源長期在各自技術和產(chǎn)業(yè)體系中獨立發(fā)展。面對當前能源安全、綠色低碳與碳中和等多重戰(zhàn)略要求，兩個體系分立并行的局面已不可持續(xù)。推動二者由并行發(fā)展轉向深度融合，成為能源轉型的關鍵所在。
能源安全的復雜性與緊迫性不斷加劇。“十五五”規(guī)劃綱要指出，面對國際風云變幻和各種風險挑戰(zhàn)，必須“勇于面對風高浪急甚至驚濤駭浪的重大考驗”。當前，我國發(fā)展處于戰(zhàn)略機遇和風險挑戰(zhàn)并存、不確定難預料因素增多的時期，能源安全的復雜性、緊迫性不斷加劇：一是地緣政治博弈趨向極端化，“斷鏈脫鉤”持續(xù)升級并趨向長期化，局部沖突時有爆發(fā)，極端條件下的能源安全保障面臨新的挑戰(zhàn)；二是傳統(tǒng)油氣供需矛盾仍在加劇。我國石油、天然氣消費總量持續(xù)上升，油氣對外依存度分別超過70%和40%。近期俄烏、美以伊局勢升級，通過威脅源頭供應、阻塞關鍵海峽通道等，給我國油氣的穩(wěn)定獲取帶來挑戰(zhàn)，凸顯“缺油少氣”帶來的結構性約束。
新能源跨越式發(fā)展對現(xiàn)有能源體系構成挑戰(zhàn)。我國具有超大規(guī)模市場優(yōu)勢，同時，新能源技術快速進步，帶動風電、光伏裝機規(guī)模爆發(fā)式增長。“十四五”期間，我國風電光伏每年新增裝機先后突破1億、2億、3億、4億千瓦關口，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。未來，高速甚至超預期發(fā)展仍可能持續(xù)，但風電、光伏等可再生能源出力具有間歇性、隨機性、波動性的固有特性，在大規(guī)模、高比例利用過程中，隨著風電、光伏新能源發(fā)電量占總發(fā)電量比重（以下簡稱新能源電量滲透率）的提升，須配套相應體量的調(diào)節(jié)性資源，這將帶來電力系統(tǒng)成本快速上升。根據(jù)國網(wǎng)能源研究院測算，當新能源電量滲透率超過15%后，整個電力系統(tǒng)的成本將達到快速增長臨界點[2]。即使未來新能源場站的成本下降，也很難完全對沖因消納新能源而上升的系統(tǒng)成本。2025年，我國風能、太陽能發(fā)電占總發(fā)電量比重達22%，對現(xiàn)有電力系統(tǒng)的安全與成本都形成挑戰(zhàn)。
單一子系統(tǒng)內(nèi)部優(yōu)化難以支撐能源系統(tǒng)整體躍升。化石能源系統(tǒng)與新能源系統(tǒng)各自完成了長期技術迭代。煤電超超臨界技術不斷逼近熱力學與工程經(jīng)濟性的邊界，煤化工現(xiàn)代化改造持續(xù)降低物耗和能耗；風電和光伏在過去十年實現(xiàn)了顯著降本。然而，兩大系統(tǒng)均面臨內(nèi)部優(yōu)化邊際收益逐步遞減的問題。各自系統(tǒng)逐步逼近自身最優(yōu)邊界后，如繼續(xù)沿各自體系內(nèi)部追求增量改進，所需投入將越來越大，但對系統(tǒng)整體性能的提升作用卻越來越有限。要進一步實現(xiàn)跨越式效率提升，僅靠單一的子系統(tǒng)內(nèi)部挖潛將難以實現(xiàn)，必須通過跨系統(tǒng)重構和系統(tǒng)耦合，尋找新的節(jié)能減排空間。例如，通過多能融合體系，在系統(tǒng)層面打通電、熱、氫、化工等能量與物質(zhì)通道，構建可靈活切換的轉化路徑等。在電力富余時可轉化為氫或熱進行跨時間尺度存儲，供給緊張時又可通過相關系統(tǒng)反向釋放；電解槽彈性運行、工業(yè)負荷柔性調(diào)整、車網(wǎng)互動，使需求側由靈活性的被動承受者轉變?yōu)橹鲃迂暙I者。由此，系統(tǒng)靈活性不再主要依賴單一能源品種的物理極限，而是更多來自多路徑協(xié)同形成的系統(tǒng)能力。
碳中和時間約束壓縮系統(tǒng)調(diào)整窗口。要在2060年前實現(xiàn)碳中和目標，意味著我國能源系統(tǒng)需要在不到四十年的時間內(nèi)完成由高碳向近零碳的根本轉型，這一系統(tǒng)重構具有現(xiàn)實緊迫性。當前我國碳排放總量規(guī)模較大，能源活動碳排放占比居高，而煤炭利用是能源碳排放的重要來源。電力部門可通過風電、光伏等可再生能源替代逐步去碳，然而，工業(yè)部門，尤其是與物質(zhì)生產(chǎn)相關的流程工業(yè)，其去碳難度明顯更高。以鋼鐵、化工、建材等行業(yè)為例，這類流程工業(yè)的碳排放相當一部分來自工藝過程本身，碳既是能量來源，也是還原劑和原料，難以通過簡單的能源替換加以消除。去碳化的真正難點，在于實現(xiàn)高耗能工業(yè)的流程再造。例如，以綠氫替代灰氫進入化工與冶金流程，以綠電驅動電解與電熱過程，利用二氧化碳與綠氫結合生成化學品與燃料等路徑，均共同依靠綠氫樞紐作用，而相關技術還處于技術經(jīng)濟探索階段。
傳統(tǒng)能源與新能源深度融合的現(xiàn)實基礎
資源稟賦互補為深度融合提供資源基礎。化石能源能否與可再生能源實現(xiàn)融合，首先取決于兩類資源稟賦的互補性。從資源總量來看，我國煤炭資源豐富，風能、太陽能資源總量均位居世界前列，已具備支撐兩類能源大規(guī)模產(chǎn)業(yè)耦合的條件。截至2024年，我國水力資源技術可開發(fā)量達6.87億千瓦[3]，風力發(fā)電和光伏發(fā)電的技術可開發(fā)量分別超過100億千瓦和450億千瓦[4]。按發(fā)電煤耗法折算可超過240億噸標準煤，超過我國石油、天然氣的剩余技術可采儲量。從空間布局來看，我國煤化工產(chǎn)業(yè)主要集中于內(nèi)蒙古、寧夏、陜北、新疆等地，這些地區(qū)也是風光資源尤為富集的區(qū)域，地理上的高度重疊，為化石能源與可再生能源的就地耦合提供了天然的空間條件。
物質(zhì)元素互補為深度融合提供科學基礎。化石能源與可再生能源能夠深度融合，是因為二者在分子及元素層面有互補關系。能源化工過程的核心是碳、氫、氧等元素的轉化與重組。化石能源體系富碳缺氫，可再生能源體系則能夠提供氫、氧與電子驅動力，這為二者耦合提供堅實的科學基礎。
從物質(zhì)維度看，能源化工的核心反應是碳、氫、氧元素的拆解與重構。煤炭等化石原料富碳缺氫，傳統(tǒng)煤化工通常通過水煤氣變換反應補氫，實質(zhì)上是以消耗碳元素為代價獲取氫，部分碳由原料轉化為二氧化碳排放，這也是煤化工高碳排放的根源。可再生電力驅動電解水則可直接產(chǎn)出氫與氧：綠氫能夠彌補化石體系的氫缺口，使碳盡可能保留在目標產(chǎn)物分子中；綠氧可替代部分空分裝置供氧，降低系統(tǒng)能耗。化石體系“有碳缺氫”與可再生體系“產(chǎn)氫無碳”的特征，在元素層面形成天然互補。此外，電力不僅是能量載體，還能以電子形式直接驅動化學反應轉化，為遠期推動“間接補氫”向“直接驅動碳轉化”轉型提供新路徑。
技術與產(chǎn)業(yè)積累為深度融合提供工程化基礎。多能融合發(fā)展能否從原理走向現(xiàn)實，關鍵在于技術創(chuàng)新和工程實現(xiàn)水平。在化石能源一側，我國已建成全球規(guī)模最大、體系較完整的現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)，煤制油、煤制烯烴、煤制乙二醇、煤制乙醇等主要技術路線均已實現(xiàn)商業(yè)化運行，關鍵裝備與催化劑國產(chǎn)化水平持續(xù)提升。石油化工領域，沿海大型煉化一體化基地的加工能力和技術水平處于國際前列，而且隨著新能源汽車快速滲透，成品油需求逐步進入平臺期甚至下行區(qū)間；高端化工原料需求持續(xù)增長，“減油增化”已成為行業(yè)的重要趨勢。而甲醇石腦油耦合制烯烴、芳烴等技術的突破，可有效提升工藝能效和碳原子利用效率，為煤化工與石油化工耦合提供較強的技術和產(chǎn)業(yè)對接基礎。
在可再生能源一側，我國風電和光伏裝機規(guī)模均居全球前列，風能、太陽能發(fā)電成本在過去十年間顯著下降，部分資源優(yōu)勢區(qū)域度電成本已具備較強競爭力，為大規(guī)模綠電供給奠定了基礎。電解水制氫方面，堿性電解槽已實現(xiàn)大規(guī)模國產(chǎn)化，質(zhì)子交換膜電解技術持續(xù)突破。此外，化石能源與新能源融合發(fā)展已由理論推演階段進入工程落地階段。例如，內(nèi)蒙古、寧夏、新疆等地已啟動多個綠氫與煤化工耦合示范項目，在真實工業(yè)場景中驗證融合路徑的技術可行性。
經(jīng)濟性改善為深度融合提供產(chǎn)業(yè)化基礎。融合發(fā)展的可行性最終須接受經(jīng)濟性檢驗。當前，綠氫成本仍高于煤制氫，已成為行業(yè)普遍關注的現(xiàn)實問題。但如果從動態(tài)的、系統(tǒng)的整體收益角度審視其經(jīng)濟性，綠電價格便是綠氫成本的決定性變量。根據(jù)國家能源局2025年公布數(shù)據(jù)，近十年來，中國助力全球風電和光伏發(fā)電項目平均度電成本分別下降60%和80%。隨著技術進步，未來仍有進一步下降的空間。與此同時，碳排放正由外部性成本逐步轉化為顯性成本，碳市場持續(xù)擴容、碳價穩(wěn)步上行的預期不斷強化。綠電降本與碳成本顯性化共同作用，正持續(xù)縮小綠氫與煤制氫間的成本差距。
從項目整體看，綠氫的引入不僅意味著氫源結構替代，還將帶來流程簡化與副產(chǎn)物協(xié)同利用效益。煤氣化過程將從造合成氣轉化為造一氧化碳為主，并有望減少水煤氣變換裝置；電解水副產(chǎn)氧氣可部分甚至全部替代空分裝置供氧，進而降低建設和運行成本；碳排放減少還可在碳市場中產(chǎn)生額外收益。若將這些系統(tǒng)層面的工程簡化與綜合收益納入統(tǒng)一核算，多能融合方案的經(jīng)濟性將優(yōu)于僅基于氫氣單位成本進行簡單對比所得出的結論。總體而言，綠電降本、碳成本顯性化以及流程簡化等因素疊加，正推動多能融合路徑從示范驗證階段走向規(guī)模化應用階段。
國家戰(zhàn)略為深度融合提供政策基礎。多能融合發(fā)展離不開清晰穩(wěn)定的政策框架。碳達峰碳中和“1＋N”政策體系確立了“先立后破”的基本原則與中長期發(fā)展框架；《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出推動多能互補、源網(wǎng)荷儲一體化發(fā)展；《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》將可再生能源制氫確立為重要戰(zhàn)略方向，突出綠氫在工業(yè)脫碳中的關鍵角色；“十五五”規(guī)劃綱要指出，推進非化石能源安全可靠有序替代化石能源，堅持風光水核等多能并舉。
近年來，“多能融合”正在成為能源政策話語中的高頻詞。2025年，國家能源局出臺《關于推進煤炭與新能源融合發(fā)展的指導意見》提出，推進煤炭與新能源融合發(fā)展，鼓勵煤制油氣和煤化工項目開展規(guī)模化綠電、綠氫利用替代和碳捕集、利用與封存（CCUS）技術應用。內(nèi)蒙古、寧夏、陜西等地陸續(xù)出臺專項政策并推動示范項目落地。多能融合由行業(yè)共識轉化為政策文本，標志著這一方向正由企業(yè)探索逐步上升為國家戰(zhàn)略部署。
傳統(tǒng)能源與新能源多能融合的技術框架與發(fā)展路徑
多能融合為協(xié)同發(fā)展提供總體方案。多能融合的關鍵在于，通過技術創(chuàng)新和模式創(chuàng)新，打通化石能源與非化石能源之間、不同能源子系統(tǒng)之間以及能源資源加工利用不同環(huán)節(jié)之間的壁壘，以系統(tǒng)集成方式實現(xiàn)能量效率、物質(zhì)效率、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益的協(xié)同優(yōu)化。
從總體上看，“四主線·四平臺”能夠為多能融合提供思路框架：主線包括化石能源清潔高效利用與耦合替代、非化石能源多能互補與規(guī)模應用、工業(yè)低碳與零碳流程再造、數(shù)字化智能化集成優(yōu)化；平臺則包括合成氣與甲醇平臺、氫能平臺、儲能平臺和二氧化碳利用平臺（見圖1）。
需要強調(diào)的是，本文雖以這一更大的框架為理論背景，但研究聚焦其中與“煤炭清潔高效利用—新能源安全替代”直接相關的部分；生物質(zhì)與二氧化碳利用等內(nèi)容主要作為中遠期碳源接續(xù)路徑進行討論。
煤炭清潔高效利用的關鍵在于由燃料屬性轉向原料屬性。“先立后破”不僅意味著新能源對化石能源的外部替代，也意味著化石能源體系內(nèi)部的發(fā)展范式需要重構。煤炭傳統(tǒng)利用以燃燒為主，碳直接氧化為二氧化碳，其化學價值未能充分發(fā)揮。若將煤從燃料重新定位為碳源，通過氣化轉化為合成氣，碳便不再主要被燃燒排放，而能夠作為碳源進入甲醇、烯烴、芳烴等產(chǎn)品分子結構中，實現(xiàn)由“燃料碳”向“材料碳”“化學碳”的轉變。
以合成氣／甲醇為平臺，推動化石能源由燃料向原料轉型主要包括以下三條路徑。一是以合成氣為接口，實現(xiàn)煤基合成氣與綠氫的融合利用。煤的氫碳比偏低，作為碳源使用時，需要補充清潔氫，而綠氫可有效填補這一缺口。由煤提供碳源，綠氫替代傳統(tǒng)水煤氣變換環(huán)節(jié)的補氫功能，能夠從源頭實現(xiàn)碳排放的有效削減。基于這一模式制備的綠色甲醇及其下游產(chǎn)品，構成煤化工與新能源深度融合的直接產(chǎn)物。二是通過煤化工與石油化工原料互補與能量耦合，促進煤炭清潔高效轉化。傳統(tǒng)石油化工的加工路線多以大分子裂解為小分子為主，化學鍵斷裂需較高反應溫度與能量輸入，屬于吸熱反應。而煤化工的主要路線是先將煤轉化為合成氣，再轉化為烯烴、甲醇或其他下游產(chǎn)品，是由小分子變?yōu)榇蠓肿樱瘜W鍵增長的過程，具有放熱特征。當甲醇與石腦油在同一體系中協(xié)同催化轉化時，可實現(xiàn)強吸熱、強放熱原位耦合，提高系統(tǒng)能效，大幅降低二氧化碳排放。目前開發(fā)的甲醇石腦油耦合制烯烴技術，烯烴產(chǎn)率可提高15%以上，能耗降低30%。三是中遠期來看，通過綠色甲醇與煤化工、石油化工的耦合，可推動整個化工過程的綠色低碳轉型，既可為石油化工提供低碳化新原料，也能為新能源發(fā)展提供規(guī)模巨大的物質(zhì)轉換體系。
新能源安全替代的關鍵在于由單一發(fā)電轉向綜合利用。新能源規(guī)模化發(fā)展對能源安全將同時產(chǎn)生正反兩方面效應。一方面，風光資源為本土資源，裝機規(guī)模擴大有助于增強國內(nèi)能源自主供給能力；另一方面，其波動性和間歇性又會對電力系統(tǒng)構成更高消納壓力，且這種壓力隨滲透率提高呈現(xiàn)非線性上升。如何增強前者、抑制后者，是新能源由規(guī)模擴張走向高質(zhì)量發(fā)展必須回答的問題。
在電力系統(tǒng)內(nèi)部，儲能技術能夠有效應對秒級至小時級的短時功率與電量平衡問題，但其應用始終局限于電的循環(huán)利用，難以在經(jīng)濟可行的前提下實現(xiàn)跨季節(jié)長時儲能，也難以直接應用于高溫工業(yè)、交通燃料和化工原料等非電終端。由此，新能源利用必須在電力利用“第一曲線”之外開啟非電綜合利用“第二曲線”，即：由單純電力利用走向更廣泛的非電利用，而這一轉變的關鍵樞紐就是綠氫。
氫兼具能源載體與化工原料雙重屬性。在能源側，一方面，電解槽可作為優(yōu)質(zhì)柔性負荷，在電力富余時制氫、緊缺時退出，為系統(tǒng)提供需求側調(diào)節(jié)能力；另一方面，氫能夠進入合成氨、甲醇、冶金還原、航運燃料等非電終端，突破單純電氣化的邊界。而在原料方側，煤化工中的合成氣轉換可為綠氫提供大規(guī)模工業(yè)落地場景，也可為綠氫技術與產(chǎn)業(yè)培育提供平臺。
后化石能源時代的關鍵是推進非化石能源碳與綠氫協(xié)同。化石能源在現(xiàn)代化經(jīng)濟體系中承擔著能量與物質(zhì)供應的雙重功能。在碳中和目標下，若新能源對化石能源的替代僅完成能量層面的替代，而忽略物質(zhì)層面的替代，能源系統(tǒng)轉型將面臨瓶頸。基于此，化石能源的安全替代必須兼顧碳中和情景下能源體系所承擔的能量與物質(zhì)供應的整體功能承接。這正是多能融合理念的主要出發(fā)點之一。
當前階段，煤基碳源與綠氫的深度協(xié)同，在推進化石能源清潔高效利用的同時，也為未來新能源進入物質(zhì)合成體系奠定技術和產(chǎn)業(yè)基礎。例如，在推進煤化工與綠氫深度融合過程中，將逐漸攻克氫能規(guī)模化制取與工業(yè)應用難題，為后化石能源時代的物質(zhì)生產(chǎn)體系提供技術與產(chǎn)業(yè)基礎。從更長遠的視角來看，化石資源的儲量具有有限性，其枯竭是必然趨勢；展望后化石能源時代，綠電與綠氫供應將極為充裕，而碳源反而會成為稀缺要素。屆時，生物質(zhì)作為自然界唯一可再生的碳基資源，將成為物質(zhì)合成體系的主要碳源，輔以少量碳捕集設施覆蓋殘余工業(yè)過程排放，共同支撐含碳化學品與液體燃料的生產(chǎn)。對于不含碳的能源及化工品，如綠氨，可以空氣中的氮為原料與綠氫進行合成。
由此可見，多能融合不僅是解決當前化石能源清潔高效利用與可再生能源規(guī)模化發(fā)展的現(xiàn)實路徑，更是面向后化石能源時代物質(zhì)合成體系重構的系統(tǒng)性戰(zhàn)略準備。這一框架可貫穿能源轉型的不同階段，適用于不同資源稟賦條件的國家和地區(qū)，具有作為能源轉型通用方法論的理論潛力。
以區(qū)域示范先行先試為多能深度融合積累經(jīng)驗
由于多能融合涉及技術耦合、產(chǎn)業(yè)重構與體制創(chuàng)新，難以在全國范圍內(nèi)同步鋪開，應依托條件成熟、代表性強的區(qū)域先行先試，以形成可復制、可推廣的技術及經(jīng)驗模式。[5]按照資源稟賦互補性、產(chǎn)業(yè)存量可改造性、戰(zhàn)略功能差異性等方面篩選，本文提出，將榆林、新疆、環(huán)渤海等三個區(qū)域作為典型示范區(qū)，其中榆林以煤化工綠色轉化為主，代表西部能源基地“就地轉型”方向；新疆以未來低碳化工產(chǎn)業(yè)布局與資源外送通道為主，代表資源富集區(qū)“增量開拓”方向；環(huán)渤海以煉化存量耦合為主，代表東部沿海“存量優(yōu)化”方向。三者各有側重、互為補充，共同打造傳統(tǒng)能源與新能源融合發(fā)展的區(qū)域示范樣本。
榆林多能融合示范。基礎與條件：榆林地處國家能源“金三角”核心區(qū)，煤、油、氣、風、光等多種能源資源在同一區(qū)域高度富集，是國內(nèi)罕見的多能疊合區(qū)。根據(jù)榆林市數(shù)據(jù)，2024年，榆林原煤、原油、天然氣產(chǎn)量分別占全國總產(chǎn)量的13%、5%、10%左右。煤化工方面，榆林已形成較為完整的現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)集群，煤制油、煤制烯烴、煤制甲醇產(chǎn)量分別占全國的14.5%、7%和11%，具備以存量裝置承接多能融合改造的現(xiàn)實條件。同時，榆林位于毛烏素沙地南緣，光照充足、風能較豐富，疊加礦井疏干水等資源，可為電解制氫提供“風—光—水”協(xié)同基礎。2023年國家級能源革命創(chuàng)新示范區(qū)啟動建設，為相關探索提供了較好的政策環(huán)境。
為此，榆林應以煤化工與新能源深度耦合為主線，推動綠電、綠氫逐步滲透煤化工各高碳環(huán)節(jié)，實現(xiàn)傳統(tǒng)能源清潔高效利用與新能源安全替代的協(xié)同推進。具體圍繞能量替代、物質(zhì)替代和系統(tǒng)集成三條子路徑展開。一是以可再生能源直接替代煤化工流程中的化石能源供熱與供電。例如，國能榆林化工公司實施“煤化工與新能源耦合關鍵技術研究與示范”項目，開發(fā)國內(nèi)首套超高溫炭基固體儲熱裝置，將波動性的光伏電力轉換為高溫熱能進行存儲，再持續(xù)輸出符合化工生產(chǎn)要求的高品質(zhì)蒸汽，替代傳統(tǒng)煤炭供熱，實現(xiàn)新能源與傳統(tǒng)煤化工的耦合。該公司還開展全球首套百噸級光電催化合成氨集成工業(yè)示范項目，探索可再生能源從輔助供能向直接驅動反應過程的路徑。
二是以綠氫替代煤氣化路線生產(chǎn)的灰氫作為合成原料，從源頭削減碳排放。煤化工合成環(huán)節(jié)所需氫氣目前大量依賴煤氣化制取，每噸灰氫生產(chǎn)對應約20噸二氧化碳排放，是全流程碳足跡的關鍵。榆橫工業(yè)區(qū)零碳產(chǎn)業(yè)園利用當?shù)毓夥L電及礦井疏干水進行電解制綠氫，設計年產(chǎn)綠氫3000噸，直接供給煤化工合成環(huán)節(jié)，為綠氫規(guī)模化替代灰氫提供首批工程驗證數(shù)據(jù)與運營經(jīng)驗。
三是打通“風光發(fā)電—電解制氫—儲氫儲能—終端應用”全鏈條，為能量替代和物質(zhì)替代提供穩(wěn)定、經(jīng)濟的本地化供給支撐。榆林科創(chuàng)新城建成的世界首個實用化和規(guī)模化氫能零碳智慧能源中心已穩(wěn)定運行超兩年，驗證了氫能在分布式場景下的可靠性。華秦氫能產(chǎn)業(yè)園下線國內(nèi)首臺套固體氧化物電池電堆，20輛氫能重卡在榆林至物流樞紐線路上常態(tài)化示范運行，標志著從綠氫生產(chǎn)、儲運到交通終端應用的完整鏈條已初步成型，為全鏈條商業(yè)閉環(huán)積累關鍵運行數(shù)據(jù)。
榆林模式為我國數(shù)量眾多的煤化工基地提供了一套具有較強可復制性的轉型范式，即利用當?shù)乜傻玫木G電綠氫，逐步替換煤化工流程中的高碳環(huán)節(jié)，在存量裝置基礎上實現(xiàn)漸進式低碳改造。這一經(jīng)驗可向鄂爾多斯、寧東、準東等同類型基地拓展，其可復制性明顯強于環(huán)渤海模式，因而具有更強的全國示范價值。
新疆多能融合示范。新疆地處向西開放前沿，煤炭預測儲量全國居首，太陽能與風能資源量分別位居全國第一和第二。新疆不僅在全國能源版圖中具有重要戰(zhàn)略地位，也是我國探索多能融合路徑、構建新型能源體系最具戰(zhàn)略優(yōu)勢的先行區(qū)。新疆煤炭預測資源總量2.19萬億噸，占全國煤炭資源總量的40.6%。與資源稟賦相比，其現(xiàn)有煤化工產(chǎn)業(yè)基礎仍相對薄弱。截至2024年，新疆已建成的項目包括煤制氣、煤制烯烴、煤制甲醇、煤制氨及煤制乙二醇等，產(chǎn)能分別占全國總量（煤頭）的 45%、3.4%、8%、2.4%、7.9%，且以大宗基礎化學品為主，高端化及精細化產(chǎn)品布局有限。但這種“資源強、產(chǎn)業(yè)弱”的格局，一方面意味著現(xiàn)實短板，另一方面也意味著后發(fā)優(yōu)勢，使新疆有條件在產(chǎn)業(yè)布局初期便將多能融合嵌入底層架構，從源頭避免高碳鎖定。新能源資源方面，新疆擁有“九大風區(qū)”“四大太陽能資源帶”，風能資源技術可開發(fā)量占全國的15.4%，太陽能資源技術可開發(fā)量占全國的40%。2025年，新能源累計裝機占全疆電源總裝機的55%以上，已建成哈密、準東、南疆環(huán)塔里木三個千萬千瓦級新能源基地，并正加快推進哈密北、若羌等千萬千瓦級新能源基地建設。新疆具備以多能融合為突破口，實現(xiàn)煤化工產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展的現(xiàn)實基礎。
未來，新疆示范可聚焦三條路徑推進發(fā)展。一是以低碳甲醇生產(chǎn)基地建設促進區(qū)域能源資源優(yōu)化配置和協(xié)同發(fā)展。我國以新疆為代表的西部能源資源富集區(qū)，與東部產(chǎn)業(yè)需求核心區(qū)之間存在顯著的空間錯配。立足新疆煤炭與風光資源綜合優(yōu)勢，應加強建設煤化工與可再生能源綠氫深度耦合的低碳甲醇規(guī)模化生產(chǎn)基地，構建“綠電—綠氫—綠色甲醇”梯級轉化體系，依托現(xiàn)有成品油管網(wǎng)實現(xiàn)甲醇順序輸送，并規(guī)劃新建專用甲醇輸送管網(wǎng)，與海運通道銜接輻射至環(huán)渤海及東部沿海經(jīng)濟區(qū)。這一舉措可為東部石化綠色升級提供低碳原料支撐，實現(xiàn)全國能源資源的優(yōu)化配置與跨區(qū)域協(xié)同聯(lián)動。
二是構建平急結合柔性生產(chǎn)體系，統(tǒng)籌綠色高質(zhì)量發(fā)展與能源安全。新疆作為國家能源資源戰(zhàn)略保障基地和煤制油氣戰(zhàn)略基地，應率先推動煤制油氣與新能源深度耦合，并依托“醇—油”耦合制烯烴／芳烴等前沿技術，構建“平急結合”的柔性生產(chǎn)體系。常態(tài)下，以“醇—油”耦合路徑生產(chǎn)烯烴、芳烴等基礎化工原料，并向下游延伸至高端聚烯烴、特種工程塑料、新能源材料、可降解塑料等高附加值產(chǎn)品矩陣，有力支撐新疆“十大產(chǎn)業(yè)集群”建設需求，并向全國輸送，保障戰(zhàn)略性新材料供應鏈安全；緊急狀態(tài)下，通過工藝快速切換主產(chǎn)油品，形成彈性產(chǎn)能響應機制，切實筑牢國家能源安全底線。
三是重構碳氫供給體系開辟綠色高值化發(fā)展新路徑。應推動新型煤氣化制一氧化碳與綠氫深度耦合，實現(xiàn)碳流與氫流的協(xié)同調(diào)控。同時，充分發(fā)揮煤炭適宜生產(chǎn)含氧化合物的特性優(yōu)勢，定向開發(fā)煤制高附加值含氧化合物技術體系，重點突破煤基碳酸二甲酯、乙酸甲酯等綠色化學品產(chǎn)業(yè)鏈，形成多樣化、差異化、高值化的產(chǎn)品布局。通過這一路徑創(chuàng)新，帶動新疆煤化工產(chǎn)業(yè)從基礎大宗原料向精細化學品、綠色化學品轉型升級，構建在全國具有引領示范效應的產(chǎn)業(yè)新高地。
新疆不僅可為國內(nèi)資源富集區(qū)提供可借鑒的轉型范式，同時立足向西開放前沿區(qū)位，也能為深化能源領域國際產(chǎn)能合作提供重要支撐。新疆煤炭與水資源空間錯配特征，與黃河幾字彎煤化工聚集區(qū)高度相似，通過在新疆開展節(jié)水節(jié)能、綠色低碳新工藝驗證，可向同類基地直接推廣；探索形成的“醇—油”耦合技術，能有效破解煤制油的經(jīng)濟性瓶頸，為煤化工能源安全保底作用發(fā)揮提供可復制的系統(tǒng)性方案。
環(huán)渤海多能融合示范。環(huán)渤海地區(qū)是我國石化產(chǎn)業(yè)核心集聚區(qū)和能源安全重要保障基地，山東擁有全國最大的地方煉油產(chǎn)業(yè)集群，原油加工能力長期位居全國首位，地煉產(chǎn)能占全國總量約70%；區(qū)域乙烯產(chǎn)能超1700萬噸／年，全國占比30%以上，肩負保障國家能源安全、推動產(chǎn)業(yè)轉型升級的重要使命。但受國際形勢和地緣政治沖突等外部不確定性影響，面臨原料保障與成本管控雙重挑戰(zhàn)，同時受裝置老舊、工藝路線傳統(tǒng)等因素影響，加工成本高于沿海新興煉化基地。山東等地的地方煉廠數(shù)量多、單體規(guī)模小，能耗與開工率大多落后于行業(yè)先進水平，且產(chǎn)業(yè)鏈仍集中于油品和大宗化學品生產(chǎn)，區(qū)域石化產(chǎn)業(yè)結構失衡問題突出，綠色低碳轉型相對滯后。為此，環(huán)渤海地區(qū)應面向推動傳統(tǒng)煉油產(chǎn)業(yè)由油向化轉型的主線，開展“醇油耦合”技術示范，實現(xiàn)工藝技術瓶頸突破、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同和綠色低碳轉型。
一是推動存量煉廠適配改造技術突破。圍繞設備兼容、核心催化、工程化落地等三大核心瓶頸開展技術集中示范，攻克高效專用催化劑國產(chǎn)化關鍵技術，提升催化劑催化選擇性、運行穩(wěn)定性與使用壽命，優(yōu)化工藝溫控參數(shù)和反應器等設備選型，切實降低工業(yè)化放大過程中的工藝風險。在條件成熟的石化基地建設百萬噸級醇油耦合制烯烴／芳烴工業(yè)化示范裝置，積累長周期運行數(shù)據(jù)，全面打通醇油耦合技術工業(yè)化落地的技術瓶頸，為石化企業(yè)低碳化高效化改造提供支撐。
二是構建“原料供給—裝置改造—產(chǎn)品延伸”的協(xié)同示范，打破煉化與煤化工產(chǎn)業(yè)分割格局。整合區(qū)域煤基甲醇產(chǎn)能、港口原油進口資源與鋼鐵副產(chǎn)煤氣制甲醇潛力，搭建區(qū)域原料調(diào)配與儲運網(wǎng)絡，依托港口管廊與專用倉儲設施，保障醇油原料穩(wěn)定供應、降低物流成本。推動園區(qū)一體化布局，引導煉化企業(yè)、甲醇生產(chǎn)企業(yè)與高端化工下游企業(yè)集聚，實現(xiàn)化工就地深加工，延伸烯烴、芳烴、綠色油品等高附加值產(chǎn)業(yè)鏈。
三是開展綠色低碳與能效提升示范。以“甲醇—石腦油”、“甲醇—汽油”耦合制烯烴、制芳烴等吸放熱耦合工藝示范，推動過程能耗下降、原料利用率提升、烯芳烴等大宗原料生產(chǎn)成本降低，全面提高產(chǎn)業(yè)綠色低碳水平，彌補區(qū)域石化基礎原料缺口。集成余熱回收、能效優(yōu)化等節(jié)能技術和綠氫、綠電融合技術，提升裝置運行能效，減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)能耗與碳排放。
環(huán)渤海石化聚集區(qū)布局“甲醇—石腦油”、“甲醇—汽油”耦合制烯烴、制芳烴等示范項目，形成的醇油融合示范基地，對引領全國石化產(chǎn)業(yè)高端化、綠色化、協(xié)同化轉型具有重要戰(zhàn)略意義，可有效彌補我國石化基礎原料缺口，降低原油對外依存度。
區(qū)域聯(lián)動構建全國低碳化“一盤棋”。三個示范區(qū)按“中部就地轉型—西部增量開拓—東部存量優(yōu)化”因地制宜展開，分別對應煤化工降碳、低碳化工布局和煉化轉型三類核心命題，共同勾勒出傳統(tǒng)能源與新能源深度融合由區(qū)域試點走向全國推廣的實施路線。從空間格局看，西北地區(qū)煤炭與風光資源高度重合，煤化工裝置與可再生能源基地具備就地耦合條件，是融合發(fā)展優(yōu)先落地的空間載體。東部沿海石化集群距離大規(guī)模風光基地相對較遠，需通過綠電、綠氫跨區(qū)域配置支撐沿海石化低碳轉型，是重要拓展方向。三區(qū)聯(lián)動，有望在保障國家能源安全基本盤的同時，為“雙碳”目標下煤炭清潔高效利用與新能源安全替代協(xié)同發(fā)展探索出一條可行、可控、可推廣的多能融合之路，促進全國低碳化“一盤棋”局面的形成。
以多能融合促進能源轉型的對策建議
多能融合是一項跨能源品種、跨產(chǎn)業(yè)鏈條、跨空間尺度的系統(tǒng)工程，從技術突破到產(chǎn)業(yè)落地，需要政策體系的系統(tǒng)性支撐。
加強頂層設計和統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。將多能融合納入國家能源發(fā)展規(guī)劃和科技創(chuàng)新規(guī)劃的重要框架，由國家層面統(tǒng)籌煤炭、石油、天然氣、可再生能源與氫能協(xié)同發(fā)展路徑，打破按能源品種分頭管理的體制邊界。可探索建立跨部門協(xié)調(diào)機制，以合成氣／甲醇、氫能平臺為紐帶統(tǒng)一規(guī)劃資源配置、產(chǎn)業(yè)布局與碳排放指標，并在“十五五”能源規(guī)劃中進一步明確相關部署，增強政策連續(xù)性。
強化關鍵核心技術攻關。組織重大科技專項，支持變革性催化技術、煤氣化耦合綠氫制合成氣、醇油共煉、二氧化碳加氫制化學品以及多能系統(tǒng)智能調(diào)控等技術研發(fā)與中試驗證。以目標和問題為導向，更加重視從基礎研究到工程示范的全鏈條組織模式，在典型區(qū)域支持建設若干國家級中試基地，加速實驗室成果走向工業(yè)化的進程。
完善區(qū)域示范保障機制。對榆林、新疆、環(huán)渤海三個先行示范區(qū)實施差異化政策支持。榆林可重點在煤化工與新能源耦合的碳核算、綠氫消納認定等方面給予創(chuàng)新空間；新疆則應在環(huán)境容量、碳排放指標和重大工程組織機制上形成與其戰(zhàn)略定位相適應的政策安排；環(huán)渤海可重點在煉化產(chǎn)能轉型、產(chǎn)品結構調(diào)整、能耗指標配置等方面提供政策通道。
加大財政金融支持力度。設立多能融合產(chǎn)業(yè)引導基金，采用政府引導、社會資本參與、市場化運作的方式，重點支持示范項目的前期投資與技術風險分擔。完善綠色金融工具體系，將多能融合項目納入綠色債券和綠色信貸支持范圍，降低融資成本。對于具備較強外部性但尚未完全跨越經(jīng)濟性門檻的綠氫化工產(chǎn)品，可研究階段性稅收優(yōu)惠或市場培育政策。
加快標準體系建設并深化國際合作。加快制定綠色甲醇、低碳合成氣、綠氫等融合產(chǎn)品的碳足跡核算標準與認證規(guī)范，建立與國際接軌的碳標簽體系，為融合產(chǎn)品進入全球市場提供制度基礎。依托共建“一帶一路”等合作平臺推動融合技術與裝備輸出，并積極參與國際規(guī)則制定，提升我國在全球能源轉型進程中的方案影響力和標準話語權。
（中國科學院大連化學物理研究所朱漢雄、李婉君、張錦威、張小菲、肖宇等，對本文亦有貢獻）
注釋
[1]蔡睿、朱漢雄等：《“雙碳”目標下能源科技的多能融合發(fā)展路徑研究》，《中國科學院院刊》，2022年第4期；W. Li and H. Zhu et al., "An Approach to Achieve Carbon Neutrality with Integrated Multi-Energy Technology," Engineering, 2022, 19(12)；劉中民：《以多能融合促進能源綠色低碳轉型 推動綠色生產(chǎn)力發(fā)展》，《新型工業(yè)化》，2024年第3期；李婉君、張錦威等：《“雙碳”目標下化石能源低碳轉化方向探討》，《科學通報》，2024年第8期；劉中民、蔡睿等：《碳中和目標下多能融合戰(zhàn)略》，北京：龍門書局科學出版社，2024年。
[2]《〈 2023年中國電源發(fā)展分析報告〉發(fā)布》，2023年10月9日，http://www.sgeri.sgcc.com.cn/html/sgerinew/gb/xwzx/zkgd/20231009/540990202501071825000029.shtml。
[3]《中國可再生能源發(fā)展報告2024年度》，2025年5月28日，https://www.eesia.cn/upload/files/2025/5/2fea84d6414c788d.pdf。
[4]《錨定全面綠色轉型從發(fā)展能源大國向建設能源強國邁進》，2025年11月27日，https://news.cnpc.com.cn/system/2025/11/27/030179628.shtml。
[5]朱漢雄、王一等：《“雙碳”目標下推動能源技術區(qū)域綜合示范的路徑思考》，《中國科學院院刊》，2022年第4期。
Accelerating Energy Structure Transformation
Through Multi-Energy Integration
Liu Zhongmin
Abstract: Escalating energy security risks, power system instability caused by the high penetration of renewables and the narrowing window for achieving carbon neutrality are rendering the current approach, whereby conventional and renewable energy develop in parallel with little synergy, increasingly untenable. Multi-energy integration, grounded in the immediate realities and long-term imperatives of China's energy landscape, offers a critical pathway to transcend this dilemma. Fossil energy is carbon-rich yet hydrogen-deficient, whereas renewable energy enables the production of carbon-free hydrogen. Together, they are intrinsically complementary at material and elemental levels. The significant spatial overlap of coal chemical bases with abundant wind and solar resources in north-west China, coupled with substantial industrial and technological development and steadily decreasing green electricity costs, provides a solid basis for implementing multi-energy integration in practice. Technically, the deployment of renewable energy should extend beyond electricity generation towards comprehensive utilisation. This would involve leveraging syngas/methanol and hydrogen platforms as integrative hubs to redirect coal from being used as a fuel for combustion to being used as a chemical feedstock. This would enable the co-optimisation of energy and material flows. In terms of implementation, dedicated pilot demonstration zones should be established to create a coordinated regional framework encompassing in-situ transformation, incremental expansion and optimisation of legacy assets-providing scalable models and a solid foundation for building a resilient national energy system and safeguarding long-term energy security.
Keywords: multi-energy integration, energy security, green and low-carbon transition, dual-carbon targets, technology pathway
責 編∕鄧楚韻 美 編∕周群英
