读2025世界前沿技术发展报告55化石能源

1. 化石能源

1.1. 全球化石能源市场在供需失衡、能源转型加速，以及地缘政治扰动但影响逐渐淡化的背景下，呈现“弱需求、强供应、低价位”特征

1.2. 石油与煤炭消费增长放缓，一方面受全球经济增长放缓影响，另一方面也反映了清洁能源加速替代的趋势

1.3. 石油与煤炭需求接近“峰值”​，天然气作为过渡能源的“桥梁”作用凸显，供需双增，恢复结构性增长

1.4. 美国在油气领域继续保持霸主地位，这种优势在特朗普政府时期将被进一步扩大

1.5. 中国、美国等国在化石能源清洁高效利用技术持续取得突破，脱碳技术取得一系列重要进展，碳捕集、利用与封存项目发展迅猛

1.6. 人工智能、数字孪生等新一代信息技术在化石资源开发、煤基材料制备、碳排放监测等方面发挥了重要作用

2. 化石能源市场发展情况

2.1. 全球石油市场：产量、消费量增速大幅放缓

• 2.1.1. 石油方面，国际能源署称“石油需求增长失去动力”​

• 2.1.2. 在漫长的全球能源结构调整中，石油的“光芒”正在减弱

• 2.1.3. 美国持续占据全球石油产量首位，而且比沙特阿拉伯和俄罗斯石油产量的总和还高，超过全球石油产量的五分之一

• 2.1.4. 非OECD是石油消费的主力，石油消费占比从2021年的53.8%提升至2026年的56.4%

2.2. 全球煤炭市场：需求增长持续放缓

• 2.2.1. 电力行业继续推动煤炭需求增加，电力用煤占到全球煤炭消费量的三分之二

• 2.2.2. 2024年中国煤炭消费量达到49.39亿吨，占全球总消费量的约50%，稳居全球第一

• 2.2.2.1. 印度煤炭需求增长约5.5%，达到13.15亿吨，这主要得益于其快速增长的工业和能源需求

• 2.2.2.2. 美国以3.68亿吨的消费量排名第三

• 2.2.3. 2024年全球煤炭产量同比增长1%，首次超过90亿吨，创历史新高，主要生产国中国、印度和印度尼西亚均创下新纪录

• 2.2.4. 中国是全球最大的煤炭生产国，产量为40.53亿吨

2.3. 全球天然气市场：供需双增，恢复结构性增长

• 2.3.1. 天然气市场供需逐渐稳定、价格趋于理性

• 2.3.2. 天然气消费量新增1150亿立方米（约4艾焦耳）​，与2021—2023年天然气消费量下降310亿立方米相比大幅提升

• 2.3.3. 主要由中国和印度拉动，其中，中国的天然气需求增加约7%，印度增加约10%

• 2.3.4. 可再生能源发电持续增加，天然气发电显著下降，抵消了工业天然气需求的增长

• 2.3.5. 中国规模以上工业天然气产量2464亿立方米，同比增长6.2%

2.4. 全球碳捕集与封存市场项目数量大幅增加

• 2.4.1. 在持续的政策支持和资金激励措施的推动下，全球碳捕集与封存（CCS）/碳捕集、利用与封存（CCUS）项目发展迅猛

3. 化石能源与脱碳技术发展情况

3.1. 化石能源领域新技术

• 3.1.1. 化石能源清洁高效利用是确保能源安全的重要举措，包括在开采、加工、转化和使用过程中采取新的工艺、新的技术，将化石能源的能量充分利用，将化石能源的碳转化为碳产品，将化石能源的碳进行捕集，将化石能源废弃物进行再利用等

• 3.1.2. 化石能源开采

• 3.1.2.1. 1兆瓦井下大功率电加热蒸汽提干装置在中国石油辽河油田连续平稳运行75天，加热功率达1兆瓦，井底蒸汽干度提高36%，标志着全球首套1兆瓦井下大功率电加热蒸汽提干装置投运成功

• 3.1.2.2. 由中煤科工开采研究院联合多家单位研发的“煤矿10米超大采高综采技术装备”在陕西曹家滩煤矿建成投运

3.1.2.2.1. 超大采高综采是实现中国6～10米特厚煤层高产、高效、高回收率开采的重要途径

• 3.1.2.3. 中国首个深水油田二次开发项目—中国海油流花11-1/4-1油田二次开发项目投产

3.1.2.3.1. ​“海葵一号”是亚洲首艘、世界第七的圆筒型浮式生产储卸油装置，是集原油生产、存储、外输、动力供应等功能于一体的“海上油气加工厂”​，原油处理能力约5600吨/天，排水量10万吨，最大储油量达到6万方（1万方=1万立方米）​，设计寿命30年，可连续运行15年不回坞

• 3.1.2.4. 中国石油勘探院发布移动式井场岩样集成连续测量成像系统CoreLog1.0

• 3.1.2.5. 中国首口超万米科探井—深地塔科1井钻至10910米完钻，成为亚洲第一、世界第二垂深井

• 3.1.3. 燃煤发电

• 3.1.3.1. JERA株式会社与IHI株式会社在日本新能源产业技术综合开发机构（New Energy and Industrial Technology Development Organization，NEDO）的资助下，在爱知县碧南市的JERA碧南火力发电厂（Hekinan Thermal Power Station）完成全球首次、机组容量最大的大规模燃料氨替代示范测试，验证过程在1吉瓦的煤电机组中混掺20%灰氨进行

• 3.1.3.2. 中国大唐郓城630摄氏度超超临界二次再热国家电力示范项目1号锅炉最重要的承重部件大板梁顺利吊装就位，标志着全球首台630摄氏度超超临界二次再热燃煤发电机组正式进入设备安装阶段

3.1.3.2.1. 是全球“压力最高、温度最高、效率最高、煤耗最低”的单轴百万千瓦二次再热火电机组，进一步巩固了中国煤电领域在全球的领先地位

• 3.1.3.3. 中国国家能源集团国电电力胜利电厂大型煤电机组掺烧牛粪试验成功

3.1.3.3.1. 此次试验以锡林郭勒大草原牛粪为原材料，利用胜利电厂现有上煤系统，掺烧牛粪36.2吨，掺烧比例13.45%，是中国首例“牛粪掺烧”试验，试验期间锅炉燃烧稳定、设备运行良好，污染物排放达标，有力支持了牛粪等生物质掺烧全过程产业链应用模式研究和推广

• 3.1.3.4. 中国神华能源股份有限公司、广东台山电厂等在广东台山的630兆瓦燃煤机组完成特定工况下20%比例掺氨燃烧工业应用

3.1.3.4.1. 燃煤机组掺氨燃烧是从燃烧源头减少煤电二氧化碳排放的有效途径，630兆瓦燃煤机组掺氨发电技术攻克了在大容量燃煤锅炉上掺氨燃烧存在的着火燃尽困难、锅炉受热面吸热分布变化、烟气氮氧化物排放升高等关键技术难题，为中国燃煤机组源头减碳提供了切实可行的技术方案

• 3.1.4. 煤基材料制备

• 3.1.4.1. 美国研究团队将煤炭转化为原子级厚度的高纯度材料，用于构建二维晶体管和忆阻器等下一代电子器件

3.1.4.1.1. 首先将煤炭转化为被称为“碳点”​（Carbon Dots）的纳米级碳盘

3.1.4.1.2. 碳薄膜作为栅极电介质，可使设备开关速度提升超过两倍且功耗显著降低

3.1.4.1.3. 在忆阻器中，采用超薄煤炭衍生碳层作为绝缘体，可以快速形成这种低能耗的导电丝，从而以较低的功率实现较高的设备运行速度

3.1.4.1.4. 煤炭在下一代电子设备中可发挥关键作用

• 3.1.4.2. 中国化学工程集团有限公司承建的全球最大的煤制乙醇项目—碳鑫科技甲醇综合利用项目全面建成投产

• 3.1.4.3. 煤基航天煤油作为主燃料成功应用于长征十二号运载火箭发射任务

3.1.4.3.1. 是“长征”系列运载火箭首次使用煤基航天煤油飞天

• 3.1.4.4. 美国开发出将煤转化为石墨的电化学新工艺

3.1.4.4.1. 研究人员现有的设备和流程每4.5小时只能生产几千克的石墨，但该研究对于石墨短缺的美国而言具有积极意义，研究人员正在推进该技术商业化

• 3.1.4.5. 中国与荷兰首次合成了100%的“纯相χ-Fe5C2”催化剂，并利用该催化剂实现了煤炭、天然气或生物质转化得到的合成气（氢气与一氧化碳的混合气）直接转化为高端化学品线性α-烯烃，可大幅提高碳效率、降低二氧化碳生成，填补了国际技术空白，为一步法制备高端线性α-烯烃提供了新途径

3.2. 减排与脱碳技术

• 3.2.1. 全球范围内化工、炼油、钢铁、水泥、铝和玻璃等高碳行业体量巨大，在持续加码的政策驱动下，减排与脱碳技术加速部署

• 3.2.2. 减排与脱碳技术包括绿色节能减碳技术、CCS/CCUS技术、余热高效利用技术、烟气高效除尘技术、脱硫脱硝技术等

• 3.2.3. 从化石能源领域看，废热回收、余热发电等技术（先进能源管理系统）已在石化、冶金等厂区批量部署

• 3.2.4. 绿色炼钢技术（无碳钢铁）等进入工业化实施阶段

• 3.2.5. 生物燃料技术已被多国在炼油与化工流程中使用；天然气耦合CCS已实现商业化运行

• 3.2.6. 工业流程CCS改造、热泵替代燃煤燃气锅炉等示范项目涌现

• 3.2.7. 水泥替代生产方法、乙烯绿色低碳生产技术、生物甲烷燃料替代、碳资源化利用等技术研究热度持续上升

• 3.2.8. 三菱重工与关西电力一直合作开发KM CDR（Kansai Mitsubishi Carbon Dioxide Removal）工艺和高级KM CDR工艺

• 3.2.9. “新能源+煤电+CCUS”一体化项目

• 3.2.9.1. 用超超临界燃煤机组深度调峰技术，结合大规模光伏发电，解决电网调峰压力

• 3.2.9.2. 碳捕集系统通过液化提纯工艺，实现二氧化碳纯度达99.9%以上，并用于油田驱油增采，实现从煤电烟气碳捕集到油田利用与封存的全链条整合，覆盖能源生产、碳减排、石油增产等多个环节，形成“减碳-增产-强网”的闭环

• 3.2.10. 中能建建筑集团承建的华能陇东能源基地百万吨级CCUS燃煤项目进入安装阶段

• 3.2.10.1. 建成后将是全球规模最大、能耗最低的煤电二氧化碳捕集工程

• 3.2.11. 瑞典钢铁（Svenskt Stål AB，SSAB）公司宣布完成HYBRIT计划的六年试点阶段工作，将开启工业示范新阶段

• 3.2.11.1. 开发出一种基于氢的高效非化石钢铁生产新技术，几乎不排放二氧化碳

• 3.2.11.2. 开发出海绵铁（仅使用氢气将铁矿石球团转化为海绵铁）​，性能明显优于使用天然气等化石气体还原的铁

• 3.2.11.3. 验证了用于制氢和储氢的碱性电解槽长期成功运行等

• 3.2.12. 作为继Gorgon项目之后澳大利亚第二个大型碳封存项目，蒙巴CCS是近年来全球少数新投运的大型碳封存项目之一，对于推动陆地枯竭油气田二氧化碳地质封存项目具有重要借鉴意义

• 3.2.13. 美国证明了超临界二氧化碳动力循环的可操作性、效率和商业化可行性

• 3.2.14. 中国石化镇海基地一期项目主体装置中的2号煤焦制氢装置已连续安全稳定运行1090天，创造了煤焦制氢装置长周期运行新纪录，各项技术指标达到国际领先水平，为大型石化装置采用煤和石油焦等含碳原料制取低成本氢气、协同处理炼化企业废弃物，提供了切实可靠的实践样本