石油勘探与开发 >

2024 , Vol. 51 >Issue 6: 1409 - 1420

DOI: https://doi.org/10.11698/PED.20240558

碳中和新能源新领域

鄂尔多斯能源超级盆地模型构建与实现途径

  • 贾爱林 ,
  • 陈方轩 ,
  • 冯乃超 ,
  • 孟德伟 ,
  • 郑帅
展开
  • 中国石油勘探开发研究院，北京 100083
陈方轩（1994-），男，北京市人，博士，中国石油勘探开发研究院工程师，主要从事油气田开发方面的研究工作。地址：北京市海淀区学院路20号，中国石油勘探开发研究院鄂尔多斯盆地研究中心，邮政编码：100083。E-mail:

贾爱林（1966-），男，北京市人，博士，中国石油勘探开发研究院教授级高级工程师，主要从事油气田开发地质综合研究工作。地址：北京市海淀区学院路20号，中国石油勘探开发研究院科技咨询中心，邮政编码：100083。E-mail:

Copy editor: 唐俊伟

收稿日期: 2024-08-28

  修回日期: 2024-11-21

  网络出版日期: 2024-12-10

基金资助

中国石油天然气股份有限公司科学研究与技术开发项目“老气田‘压舱石工程’关键技术研究与示范”(2023YQX103)

中国石油天然气股份有限公司科学研究与技术开发项目“致密砂岩气藏提高采收率关键技术研究”(2023ZZ25)

中国石油天然气集团有限公司科学研究与技术开发项目“气藏采收率标定方法与复杂气藏提高采收率新技术研究”(2024DJ86)

收起

Model construction and implementation of Ordos Energy Super Basin, NW China

  • JIA Ailin ,
  • CHEN Fangxuan ,
  • FENG Naichao ,
  • MENG Dewei ,
  • ZHENG Shuai
Expand
  • PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083, China

Received date: 2024-08-28

  Revised date: 2024-11-21

  Online published: 2024-12-10

Fold

摘要

以鄂尔多斯盆地为例，提出建设能源超级盆地应遵循“量增碳减结构优”的基本原则，形成了能源超级盆地建模流程，基于鄂尔多斯盆地资源储量、开发现状及基础设施建设情况，评估盆地未来的发展潜力，分析建设能源超级盆地过程中存在的不确定性，提出鄂尔多斯能源超级盆地的目标愿景和实现路径。研究表明：①鄂尔多斯盆地具有能源丰富、基础设施完善、碳源汇匹配好、地广人稀、距离能源消纳地近的优点，具备建成能源超级盆地的有利条件。②预计2050年盆地能源供给量达到23×108 t标准煤，化石能源占能源供给比例下降至41%，与2023年相比，碳排放量下降20×108 t。③盆地未来建设应重点保障新能源发电装机和配储，集中攻关碳捕集、利用和埋存技术。

关键词： 能源超级盆地; 盆地模型; 鄂尔多斯盆地; 能源发展规划; 化石能源; 可再生能源; CCS/CCUS

本文引用格式

贾爱林 , 陈方轩 , 冯乃超 , 孟德伟 , 郑帅 . 鄂尔多斯能源超级盆地模型构建与实现途径[J]. 石油勘探与开发, 2024 , 51(6) : 1409 -1420 . DOI: 10.11698/PED.20240558

Abstract

Taking the Ordos Basin as an example, this paper proposed that the construction of an energy super basin should follow the principle of “more energy, less carbon, and better energy structure”. The modeling workflow of energy super basin was built. Based on the resources/reserves, development status and infrastructures of the Ordos Basin, the development potential of the basin was evaluated, the uncertainties in the construction of energy super basin were analyzed, and the future vision and realization path of the Ordos Energy Super Basin were recommended. This study demonstrates that the Ordos Basin has the advantages of abundant energy sources, perfect infrastructures, well-matched carbon source and sink, small population density, and proximity to the energy consumption areas. These characteristics ensure that the Ordos Basin is a good candidate of the energy super basin. It is expected that the energy supply of the Ordos Basin in 2050 will reach 23×108 t of standard coal, and the proportion of fossil fuels in energy supply will decrease to 41%. The carbon emissions will decrease by 20×108 t compared to the emissions in 2023. The future construction of the basin should focus on the generation and storage of renewable energy, and technological breakthroughs for the carbon capture, utilization and storage.

Key words： energy super basin; basin model; Ordos Basin; energy development plan; fossil fuel; renewable energy; CCS/CCUS

0 引言

鄂尔多斯盆地是中国第二大沉积盆地，面积37× 104 km2[1]，地处内陆腹地，是陆上丝绸之路的起点。作为中国内陆经济发展潜力巨大的地区，将鄂尔多斯盆地打造成化石能源、可再生能源、碳捕集利用与埋存协同发展的能源超级盆地，不仅能够形成新的经济带，实现当地经济高质量、可持续发展，也能为国家能源安全提供保障。
鄂尔多斯盆地建设能源超级盆地需从国家层面进行战略把控和宏观调控，协调陕、甘、宁、蒙、晋五省区，整合煤炭、油气、风、光、地热、铀矿、氦气等资源，依托盆地完备的基础设施建设，推广清洁能源替代，形成规模化碳捕集与埋存（CCS）/碳捕集利用与埋存（CCUS）系统，才能实现盆地能源的清洁低碳生产和利用。
本文针对构建鄂尔多斯能源超级盆地的关键问题，首先对能源超级盆地的内涵进行了阐述，进而对鄂尔多斯盆地各类资源的储量、开发现状及潜力进行系统分析，总结鄂尔多斯盆地建设能源超级盆地的有利条件，提出能源超级盆地建设的基本原则，构建能源超级盆地模型，讨论能源超级盆地建设过程中需要解决的重点问题和亟待攻关的核心技术，以期为鄂尔多斯盆地建成能源超级盆地提供科学指导和技术支撑。

1 能源超级盆地的内涵

“能源超级盆地”概念源于传统的超级含油气盆地，该类盆地应具有化石能源储量与产量高、可再生能源资源丰富且利用成本低、规模化能源储集能力强、碳捕集和地下封存能力强、基础设施建设完备等特点。
化石能源与可再生能源资源丰富是建设能源超级盆地的基础，也是能源超级盆地选址的核心因素。随着中国化石能源勘探开发的不断深入，建立了众多大型煤炭生产基地及超大型油气田[2]，围绕化石能源基地筛选可再生资源丰富的地区建设能源超级盆地，能够充分利用已有基础设施，低成本、高效率完成盆地转型。
庞大的储能能力是能源超级盆地得以有效运转的关键。风力与光伏发电存在昼夜与季节差异，导致生产与需求不匹配，这就要求能源超级盆地应有丰富多样的能源类型和足够的储能规模来应对能源需求波动带来的冲击。
规模化的碳捕集和地下封存能力是建设“碳中和”能源超级盆地的重要保障之一。能源超级盆地能源供应体量大，在目前的能源结构条件下，生产过程中会造成大量温室气体排放，在能源生产端和利用端实现低碳、零碳对实现“双碳”战略目标意义重大。
能源超级盆地的基础设施包括能源生产设施、能源储存设施、能源运输设施和配套辅助设施4部分。由于能源超级盆地能源种类多样、供应体量巨大，为了保证生产的能源能够高效储存、及时输送，基础设施建设在规范化、标准化的基础上，还应向数字化、智能化方向发展[3]，打造智慧能源超级盆地。

2 鄂尔多斯盆地不同类型资源储量与开发现状

2.1 化石能源资源量、开发现状及潜力

鄂尔多斯盆地煤炭资源量丰富，埋深2 000 m以浅的煤层煤炭储量超2×1012 t，占全国煤炭总资源量的1/3以上[4]。2023年鄂尔多斯盆地煤炭产量超过16×108 t，占全国煤炭产量的34%以上[5]。
鄂尔多斯盆地油气资源丰富，呈现出平面“半盆油、满盆气”、纵向“上油下气”的分布格局[6]，油气类型以低渗透—致密油气和页岩油气为主[7-8]，具有低渗透、低压力、低丰度的“三低”特征[9]。
盆地原油地质资源量和探明资源量分别为201.25×108 t和73.98×108 t，天然气地质资源量和探明资源量分别为33.54×1012 m3和5.96×1012 m3[10]。2023年盆地原油产量3 825×104 t，天然气产量742×108 m3，盆地油气总产量9 887×104 t油当量，是全国第一大陆上油气生产盆地[5]。
盆地原油未来勘探按照现实领域、接替领域及潜在领域3个层次开展，预计中长期探明潜力储量78.5×108 t，其中页岩油预计潜力储量45.0×108 t，占57.3%，致密油预计潜力储量20.0×108 t，占25.5%[1]。盆地未来原油发展将聚焦老油田精细水驱控递减技术、三次采油技术和页岩油规模效益开发技术[11-12]，预计2035年盆地原油产量达到4 000×104 t，2050年递减至3 800×104 t。
盆地天然气可以分为上古生界碎屑岩、下古生界碳酸盐岩两套层系和低渗、致密、风化壳3类储层[13⇓⇓⇓-17]，未来勘探开发将聚焦5大新领域，包括太原组灰岩气藏、古生界铝土岩气藏、奥陶系盐下气藏、乌拉力克组海相页岩气藏和深层煤层气藏[18]。鄂尔多斯盆地是中国最大的煤层气盆地，预估资源量为23.52×1012 m3，深层煤岩气将成为盆地天然气稳产上产的重要补充领域。通过已开发气田剩余储量有效动用、新区新领域接替与低成本开发技术攻关，鄂尔多斯盆地天然气具备持续上产条件[19-20]，不同开发主体上产与达峰时间节奏比较一致，预计盆地2027年前后产量达到1 000×108 m3，建成国内首个千亿立方米超级盆地，如果深层煤岩气开发取得成功，2035年盆地天然气峰值产量将达到1 500×108 m3以上，占全国天然气总产量的一半左右，并实现稳产至2050年（见图1）。
图1 鄂尔多斯盆地天然气产量规划剖面图

2.2 可再生能源潜力及利用现状

鄂尔多斯盆地风、光资源丰富，根据《2023年中国风能太阳能资源年景公报》[21]，盆地覆盖五省区内100 m高度区域的年平均风速约为5.65 m/s，平均风功率密度为220.42 W/m2，高于国内平均水平，盆地风能年可利用时长达1 600~2 300 h。盆地太阳能辐照总量为4 500~5 600 MJ/（m2·a），年均利用时长约3 000 h，处于资源丰富带[22-23]。
盆地内各市县依托丰富的风光资源，大力发展光伏及风力发电。据不完全统计，截至2023年，盆地内各市县累计新能源装机量超过61 GW，其中风电装机量超过29 GW，光伏装机量超过32 GW。此外，国家能源集团、中国华电集团有限公司等大型电力企业纷纷在盆地内落地新能源电力项目，在建新能源装机容量超过37 GW。
鄂尔多斯盆地地热分布广、储集好，主要为中低温地温场[24]，平均地温梯度2.93 ℃/m，地热资源量折合标准煤约（503~871）×108 t[25-26]。地热的利用目前虽在探索阶段，但已展现出良好的发展前景。

2.3 战略资源潜力

鄂尔多斯盆地是中国重要的铀矿基地，铀矿资源量86×104 t，铀矿探明储量居全国首位[27]。盆地内分布6个铀矿化集中区，拥有1个超大型铀矿床、2个特大型铀矿床、2个大型铀矿床、数个中小型铀矿床以及一大批铀矿化点（带）[28]。
氦气是不可再生的战略稀缺资源，含氦天然气是工业提氦的唯一来源，氦含量超过0.1%的天然气即具有工业提取价值[29]。鄂尔多斯盆地天然气中氦的含量为0.03%~0.20%，全盆地氦气地质储量约13.86×108 m3，占全国氦气地质储量的29.49%[30]。其中庆阳、黄龙、正宁气田天然气氦含量超过0.1%，3个富氦气田氦气地质储量约0.41×108 m3，其余气田虽然氦含量达不到工业提取标准，但随着氦气提纯技术的进步，未来仍具有巨大开发潜力。目前，相关天然气生产企业已在建提氦工程项目，工程完成后将极大地降低中国氦气的对外依存度。

3 鄂尔多斯盆地建设能源超级盆地有利条件

3.1 资源丰富

资源丰富是建设能源超级盆地的基本条件，鄂尔多斯盆地不仅化石能源丰富，同时拥有优质的可再生能源及战略资源。通过建设能源超级盆地，对盆地的资源进行一体化开发，可以最大限度利用资源、最高效率开发资源，避免因为矿权叠置问题导致开采主要矿产过程中共伴生矿产的浪费。

3.2 基础设施完备

国际能源署在《清洁转型中的能源安全》[31]中提到，由于绿色低碳转型过程中建设新的基础设施会产生大量成本，充分利用现有的配套基础设施可以实现低成本、高效率过渡。

3.2.1 能源生产设施

1970年，庆1井喜获高产工业油流，代表着长庆陇东石油大会战的开始；1984年，随着新华社发布报道《陕北有煤海，质优易开采》，拉开了盆地煤炭开发的序幕；1989年，陕参1井获工业气流，迎来了盆地天然气的大规模开发。经历半个多世纪的深耕，鄂尔多斯盆地已建成标准化、规模化的煤炭和油气生产基地，配套设施完善。此外，化石能源的基础设施还能用于其他资源的开发利用。例如，油气勘探开发过程中废弃的油气井可以用来提取地下热水，实现低成本开发中深部地热资源[32]。
盆地可再生能源开发取得显著成效，逐渐从传统化石能源向化石能源与新能源融合转变。截至2023年，盆地累计新能源装机量超过61 GW，建成了规模新能源产业基地，新能源开发技术、装备制造产业链不断完善。

3.2.2 能源储存设施

鄂尔多斯盆地能源储存设施包括储气库、液化天然气（LNG）调峰站及储能电站等，目前储能系统虽然不太完善，但各生产主体都在积极探索，在建及规划项目众多（见表1）。
表1 鄂尔多斯盆地能源储存设施建设
储存设施 已建成数量/座 已建成储备能力 在建及规划建设储能项目
储气库 2 14.5×108 m3 目前盆地内在建储气库2座，设计建成后年工作气量43.8×108 m3
LNG调峰站 3 4.5×104 m3
储能电站 3 最大充/放功率0.12 GW，储能容量0.21 GW•h 在建电力储能项目10个，预计建成后最大充/放功率1.34 GW，储能容量
4.34 GW•h；初步规划电力储能项目18个，规划充/放功率约9.09 GW，
储能容量3.53 GW•h

注：储气库已建成的储备能力为储气库年工作气量

3.2.3 能源运输设施

鄂尔多斯盆地原油集输系统高效稳定，截至2023年底，中国石油与陕西延长石油（集团）有限责任公司作为原油生产主体，年运销能力约4 000×104 t。
鄂尔多斯盆地是中国天然气管道的中心，是西气东输、陕京线等15条天然气主干线的汇集地。中国石油天然气集团有限公司（以下简称中国石油）在盆地内建设省、市级天然气管线245条，气田集输管线175条，采集输管线长度40 481 km，管网系统完善、覆盖面广，天然气年输送能力达到1 500×108 m3[4]。
盆地内电网建设完备，包括特高压外送电网及内部工业电网等。根据《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》[33]，“十四五”期间将重点发展黄河“几字弯”清洁能源基地，规划中共建设9条特高压交/直流线路，目前已投入使用6条，全部建成后输电功率可达145 GW。长庆油田建成了以110 kV电网为中心、35 kV电网为骨架、10 kV电网为基础的油田三级电网系统，实现了油田电网自主建设全覆盖[34]。

3.2.4 配套辅助设施

为了保证生产、储存及运输能够高效有序运行，需要配套检查、维护、消防、管理等设施。长庆油田部分场站地理位置偏僻、分散，不易管理，通过建立地面智能化控制系统，逐步形成了自动操控、无人值守、有人应急的运行模式，实现了低成本高效率开发油气田[35]。由于盆地内化石能源生产规模大，对当地的经济影响和带动作用强，除了油气与煤炭生产企业自备的应急消防设施与能力外，地方政府均配置了相应的设施与能力，保障企业正常生产。

3.3 CCS/CCUS源汇匹配好

鄂尔多斯盆地内煤炭、油气及化工企业集中，产生的碳源体量大、浓度高，目前在建和已建成的煤化工项目每年将排放超过4 000×104 t体积分数超过80%的CO2，经过简单处理就能达到地质封存要求，大大降低了碳捕集成本[36]。据估计，盆地内分布的废弃油气藏、深部咸水层能够有效封存CO2超过150×108 t[37]，为碳汇提供了充足埋存空间。合理的源汇匹配模式使鄂尔多斯盆地具备巨大CCS/CCUS潜力。

3.4 地广人稀

通过对鄂尔多斯盆地主要市县进行人口统计，盆地平均人口密度69人/km2，约1/3区域平均人口密度低于10人/km2。由于风力及光伏发电需要占用大量土地，鄂尔多斯盆地广大的面积和地广人稀的客观事实为新能源发电提供了场所，同时也为集中建设大型风电、光伏基地提供了可能。
对于人口密集地区，由于人口迁移会产生巨大的经济成本和潜在的社会问题[38]，大多采用分布式风光发电，即利用小面积空地、屋顶等布置风力发电机或光伏发电板进行发电，不会对本地居民产生影响。对于人口稀疏地区，人口迁移影响小、易实现，具备建设大型新能源发电基地的可能。相比于分布式风光发电，大型风光一体化基地能够充分利用规模优势、成本优势和技术创新优势，在能源转型过程中发挥示范推动作用。

3.5 距离能源消纳地近

新能源发电通常以超高压或特高压线路向外输送，超高压送电经济距离一般为800 km，特高压送电经济距离为1 500 km甚至更长，因此，本文取800 km作为能源就近消纳半径，距离鄂尔多斯盆地800 km内的区域认为是能源就近消纳区域。按照该标准，盆地能源辐射范围可覆盖京、津、渝、陕、甘、宁、蒙、晋、青、豫、冀、鲁、川、鄂14省（自治区、直辖市），人口占全国总人口的44%，贡献国民生产总值（GDP）的40%[5]，能源供给与主要消费区域匹配性好，能够有效拉动城市能源消费，促进区域经济发展。

4 能源超级盆地模型构建

4.1 基本原则与建模流程

建设能源超级盆地与构建能源超级盆地模型必须遵循“量增、碳减、结构优”的基本原则：①量增，能源超级盆地建设过程与建成后的能源总供给量要超过当前的供给量；②碳减，能源超级盆地与“碳中和”的目标高度一致，大幅度减少碳排放并进一步提出实现“碳中和”的技术路径；③结构优，能源超级盆地的能源类型结构更加合理，新能源与绿色能源的比例大幅度上升。
依据上述原则提出建立能源超级盆地模型的基本流程（见图2）。针对目标盆地的资源禀赋，对化石能源、可再生能源及战略矿产资源储量及开发现状进行评估，分析当前基础设施建设情况，对能源超级盆地未来发展潜力和建设过程中存在的不确定性进行评价。该流程不仅适用于鄂尔多斯能源超级盆地模型构建，也能应用于其他盆地。
图2 能源超级盆地模型建立流程图
基于鄂尔多斯盆地资源储量、开发现状及基础设施建设情况，构建出鄂尔多斯盆地2035与2050年的能源超级盆地关键参数如表2所示，涉及折算标煤系数、能源生产碳排放强度及能源利用碳排放强度如表3所示。
表2 鄂尔多斯能源超级盆地关键参数表
年份 能源供给量 碳排放总量/108 t CCS、CCUS消纳
能力/108 t
原煤/
108 t		 石油/
104 t		 天然气/
108 m3		 新能源发电/
(108 kW·h)		 铀矿/
t		 合计标准煤/
108 t		 能源生产 能源利用
2023 16.0 3 825 742 1 107 410 17.13 2.27 32.32 0.032
2035 12.6 4 000 1 500 12 000 610 19.04 2.21 19.63 0.200
2050 9.8 3 800 1 500 36 000 920 23.01 1.93 12.08 0.500

注：2023年化石能源供给量数据为实际生产数据，铀矿供给量基于中国铀矿储量分布及该年全国铀矿产量进行预测，新能源发电量根据盆地目前已建风力和光伏装机量（约61 GW）按照每年有效发电1 800 h进行估算[4]，CCS、CCUS碳排放消纳能力数据据文献[4]。2035及2050年能源供给量和CCS、CCUS碳排放消纳能力数据据文献[4]及笔者对鄂尔多斯盆地发展的预测。碳排放量为能源生产和利用过程中产生的碳排放量，厂房建造、设备生产及能源运输、炼化、储集等环节产生的碳排放量不计算在内

表3 能源供给及碳排放量相关系数折算表
能源类型 折算标煤系数 能源生产碳排放强度 能源利用碳排放强度
2023年 2035年 2050年
煤炭 0.71 t/t 0.22 t/t 1.86 t/t 1.29 t/t 0.93 t/t
石油 1.43 t/t 0.25 t/t 3.10 t/t 2.50 t/t 2.20 t/t
天然气 1.33×10−3 t/m3 4.00×10−4 t/m3 1.90×10−3 t/m3 1.60×10−3 t/m3 1.40×10−3 t/m3
新能源发电 1.23×10−4 t/(kW·h) 0 0 0 0
铀矿 9.83×105 t/t 1.20×10−2 t/t 5.52×10−3 t/t 5.00×10−3 t/t 4.50×10−3 t/t

注：煤炭、石油、天然气及电力折算标煤系数参考国家《综合能耗计算通则》（GB/T 2589—2020）[39]，文献[39]中未给出铀矿折算标煤系数，本文考虑铀用于核能发电，基于核电站35%发电效率计算铀发电量并折合成标准煤。煤炭生产、铀矿采冶及核电站发电产生的碳排放强度参考文献[40-41]中的数据，油气生产的碳排放强度数据来自中国石油大学（北京）发布的《中国国内石油生产碳排放强度》[42]及《中国国内天然气生产碳排放强度》[43]。根据联合国欧洲经济委员会（UNECE）发布的《全生命周期发电选择评估报告》[44]，风力及光伏发电产生的碳排放均来源于设备制造，本文不计算在内。化石能源利用的碳排放强度参考国家发展和改革委员会发布的《二氧化碳排放核算方法及数据核查表》[45]

4.2 能源结构优化

根据表2，未来盆地化石能源占能源供给比例逐渐下降，新能源发电和铀矿供能占比不断增加，能源结构持续优化，推动盆地总能源供给量上升的同时，实现能源利用碳排放量的下降（见图3）。
图3 鄂尔多斯盆地能源结构及碳排放量变化图
中国作为一个“富煤、贫油、少气”的国家，煤炭仍是目前能源供给的基石。2023年，盆地煤炭能源供给量占总能源供给量的67%，2035和2050年迅速下降至47%和30%（见表2），煤炭产量的快速下降是盆地能源转型的必然要求。石油在交通、化工、建筑、农业、纺织、医药、军事等领域有广泛的应用，保持石油产量处于较高位置对中国能源安全和工业生产具有重要意义。根据盆地原油开发现状及潜力，预计未来石油小幅上产后将下降至3 800×104 t保持稳产。天然气作为单位热值碳排放量最低的化石能源，是中国能源结构转型过程中唯一能够上产且资源与效益开发允许上产的化石能源，预计2035年峰值产量达到1 500×108 m3，并稳产至2050年（见表2）。
鄂尔多斯盆地平均风功率密度大、太阳能辐照强度高，地广人稀的特性使盆地具备规模化建设大型新能源基地的可能，未来盆地新能源发电量将迅速上升，预计2050年约占盆地总能源供给量的20%（见表2）。
2021年中国铀矿需求量为9 563 t，超过80%的铀矿来自进口[46]，鄂尔多斯盆地铀矿探明储量居全国首位，保持盆地铀矿的持续稳定上产是保障中国铀矿战略安全的重要举措。根据盆地铀矿资源量占全国的比例进行估算，2023年盆地铀矿产量约410 t，随着“国铀一号”等重大铀产能项目的上马，未来铀矿产量将不断攀升，预计2050年超过900 t（见表2），成为支撑盆地能源供给的重要力量。

4.3 碳排放量降低

随着盆地能源结构转型和清洁利用技术的发展，未来盆地能源利用产生的碳排放量显著降低，自然固碳能力和CCS/CCUS技术将进一步消纳盆地碳排放，使盆地建设向“碳中和”能源盆地迈进。
基于表2和表3，分别将化石能源产量降低和能源利用碳排放强度减小导致的碳排放量下降作为能源结构转型削减碳排放量和能源利用技术革新削减碳排放量，与2023年能源利用碳排放量相比（见图4、图5）：①2035年碳排放量下降12.69×108 t。其中能源结构转型削减碳排放量占比38%，全部依赖煤炭产量的下降；不同能源清洁利用技术的推广大幅降低了碳排放量，煤炭利用技术革新削减碳排放量占比91.48%，一方面是煤炭供给能源量庞大，另一方面煤化工和煤电行业排放的CO2浓度高，规模化捕集难度小、成本低，因此煤炭相比石油和天然气在清洁利用技术上更具有优势。②2050年碳排放量下降20.24×108 t，其中能源结构转型削减碳排放量占比50%，得益于煤炭占比的大幅下降和新能源发电的推广应用；煤炭仍是能源清洁利用削减碳排放量的主力军，占比89.40%。
图4 鄂尔多斯盆地相对2023年能源利用碳排放量削减图
图5 不同能源清洁利用技术削减碳排放量扇形图
近年来，地浸采铀技术因其成本低、环境友好等优点逐渐成为铀矿开采的主要方式，其中超临界CO2萃取采铀技术在高效浸取铀的同时，能够有效利用CO2，在一定程度上削减铀矿开采过程中的碳排放量。工业提氦通过分离天然气中的氦气实现，在天然气处理过程中同时分离提纯氦气，能够实现氦气的绿色低碳开发。
目前中国陆地生态碳汇能力约为每年13×108 t[47]，根据鄂尔多斯盆地面积估算，盆地生态碳汇能力约为每年0.5×108 t，消纳能力占2050年盆地能源利用碳排放量的4.1%。
CCS/CCUS作为削减碳排放的托底技术，能够在保证能源供应的同时，减少大气中温室气体的含量。目前盆地已建成的CCS/CCUS系统年碳消纳能力0.032×108 t，在技术创新、政策支撑和市场需求影响下，预计2050年建成年碳消纳能力0.500×108 t的CCS/CCUS系统（见表2），消纳能力占2050年盆地能源利用碳排放量的4.1%。
综上所述，超临界CO2萃取采铀技术、CCS/CCUS技术及自然环境的碳消纳能力十分有限，需要通过能源结构转型和能源利用技术革新才能够大幅削减碳排放量，未来应聚焦可再生能源与铀矿等零碳或低碳排放量能源的发展，重点提升煤化工、煤电等高CO2排放浓度行业的清洁利用技术。

4.4 区域经济发展

统计盆地内各市县的GDP发现，盆地2023年总GDP约2.59×1012元，各市县人均GDP差异明显。根据中国地区发达情况的划分标准：人均GDP超过10×104元的为发达地区，人均GDP为（7~10）×104元的为较发达地区，人均GDP低于7×104元的为欠发达地区。按此标准，目前盆地仍有62%的市县处于欠发达地区生活水平（见图6）。
图6 鄂尔多斯盆地不同市县经济发展水平分布扇形图
基于能源超级盆地建设规划（见表2），能源发展将显著带动盆地经济发展（见表4）。若盆地各市县均衡发展，预计2035年人均GDP可增加1.91×104元，使盆地30%市县从欠发达地区生活水平提升至较发达地区生活水平（见图6）；2050年人均GDP可增加5.22×104元，实现全部人口达到较发达地区生活水平线之上，68%市县达到发达地区生活水平。
表4 鄂尔多斯盆地能源收益预测表
年份 总煤炭收益/
108元		 总原油收益/
108 元		 总天然气收益/
108 元		 总发电收益/
108 元		 合计收益/
108 元		 能源收益人均
GDP/104元		 对比2023年人均
增量/104元
2023 6 857 1 186 913 6 781 15 737 6.13
2035 5 400 1 240 1 845 12 160 20 645 8.04 1.91
2050 4 200 1 178 1 845 21 920 29 143 11.34 5.22

注：标准煤、石油、天然气及电力价格分别为600元/t、3 100元/t、1.19元/m3和0.2元/(kW·h)

5 能源超级盆地建设要求

表5为鄂尔多斯盆地当前设施建设情况及未来规划目标，据此可评估能源超级盆地建设进度。由表中数据可知，目前能源超级盆地的建设除天然气管线年输气能力、原油年产量、原煤年产量3项指标达到要求外，其余6项均离目标有较大差距，更有3项指标完成率不足10%，可见鄂尔多斯盆地建成能源超级盆地任务艰巨。
表5 能源超级盆地规划目标与目前建设情况
数据项 CCS、CCUS年消纳能力/104 t 电网年输电能力/
(1012 kW·h)		 天然气管线年输气能力/108 m3 新能源发电储能
容量/(GW·h)		 地下储气库工作
气量/108 m3		 新能源装
机量/GW		 天然气年
产量/108 m3		 原油年
产量/104 t		 原煤年产量/108 t
目标值 5 000 3.6 1 500 400.0 150 2 000 1 500 3 800 9.8
当前值 320 1.2 1 500 4.5 58 61 742 3 825 16.0
完成率/% 6 33.3 100 1.1 38 3 49 101 163.3

注：电网及天然气管线输送能力规划目标仅考虑鄂尔多斯盆地产生能源外送需求，未考虑其他地区能源输送途径鄂尔多斯盆地，实际电网及天然气管线输送能力要求应略高于规划目标

5.1 能源生产设施建设

2023年鄂尔多斯盆地煤炭、原油、天然气产量分别为16×108 t、3 825×104 t和742×108 m3，预计2050年盆地煤炭、原油、天然气产量分别为9.8×108 t、3 800×104 t和1 500×108 m3。与现今相比，2050年盆地煤炭和原油产量均降低，因此当前的生产能力基本能够覆盖，即使后续需要在新矿区或区块建产，现有的技术水平也能够支撑生产设施建设。天然气相较现在有一定幅度上产，作为化石能源中最清洁的能源，需要弥补煤炭和原油减产导致的能源供应不足，未来应重点攻关低渗、致密及碳酸盐岩3类气藏提高采收率主体技术，并探索深层致密气、深层煤岩气的高效开发技术[48⇓-50]。
风力和光伏发电是盆地未来主要的生产设施建设方向，目前新能源装机总量为61 GW，规划2050年达到2 000 GW，仅完成3.0%。后续需要国家及地方政府出台政策激励，加大风力光伏装机力度，保证盆地低碳转型的顺利进行。
2024年7月，中国规模最大的天然铀产能项目“国铀一号”在鄂尔多斯盆地开工建设，项目集成了中国30多年地浸采铀的开采工艺，有力支撑了盆地铀矿的绿色低碳和数字智能化开发，对盆地铀矿持续上产具有重要保障意义。

5.2 能源储存设施建设

根据国家发展和改革委员会、国家能源局联合印发的《关于加快储气设施建设和完善储气调峰辅助服务市场机制的意见》[51]，要求供气企业应拥有不低于其年销售量10%的储气能力，2050年盆地天然气产量为1 500×108 m3，应配备150×108 m3储气能力。目前，盆地已建和在建储气库工作气量为58×108 m3，已落实8个适合储气库改造的枯竭气藏，改建完成后工作气量可达到50×108 m3，全部建成后盆地储气库总工作气量超过100×108 m3，未来储气库工作气量缺口约50×108 m3，仍需要继续探索新的储气库建设地点。
不同省区对新能源储能配置比例要求略有不同，陕西省和宁夏回族自治区要求储能配置比例不低于发电装机容量的10%、连续储能时长不低于2 h，内蒙古自治区和甘肃省要求储能配置比例不低于发电装机容量的15%、连续储能时长不低于2 h，山西省暂无明确规定。2050年，盆地新能源装机量规划达到2 000 GW，按照10%的储能配置比例、2 h连续储能时长，需要配备储能规模为最大充/放功率200 GW、储能容量400 GW·h。目前，盆地已建和在建储能规模约为最大充/放功率1.5 GW、储能容量4.5 GW·h，存在巨大储能缺口，因此，在新能源装机不断增加的同时，应兼顾电力储能的配备，避免“弃风弃光”的现象出现。

5.3 能源运输设施建设

2050年规划盆地天然气产量1 500×108 m3，目前，盆地内已建成的天然气管线年输气能力为1 500×108 m3，压气站分布广，能够满足盆地天然气运输需求。
2050年规划盆地新能源发电量为36 000×108 kW·h（见表2），由于盆地内电能消纳能力有限，大量电力需要外送。盆地内电网设施完备，其中黄河“几字弯”清洁能源基地特高压骨干电网建成后年输电量可达12 000×108 kW·h，但与最终外输电量相比仍有较大差距，后续应加快盆地内电网建设，保障盆地电力运输要求。

5.4 CCS/CCUS系统建设

鄂尔多斯盆地作为中国重要的含油气盆地，已开展了多项CCUS先导试验。目前，姬塬油田已建成具有10×104 t级注入CO2能力的CCUS综合试验站，累计注入CO2近20×104 t，累计增油2.5×104 t，成为国家级示范工程。中国石油部署推进陕、甘、宁3省3个“百万吨CCUS工程”，预计2025年碳消纳能力达到320×104 t，2030年碳消纳能力达到1 000×104 t。2050年盆地CCS/CCUS系统碳消纳能力约为0.5×108 t。长庆油田有近200个区块可以实现CO2混相/近混相驱，按照提高采收率20%计算，预计可增加原油可采储量近4.0×108 t，可累计埋存CO2 12.5×108 t，能够满足0.4×108 t/a的碳消纳能力要求。

6 能源超级盆地建设不确定性分析

6.1 能源生产设施建设

规划2050年鄂尔多斯盆地风光发电装机量将达到2 000 GW，配套储能容量达到400 GW·h，目前盆地仅完成对应目标的3%和1%（见表5），与目标规划存在较大差距。传统化石能源经长久开发后，留下了大量地质资料及配套设施，但风光发电技术和储能技术起步晚，资料与配套设施相对不足，适合盆地的风光发电技术和储能技术仍有较大的探索空间，这为最终目标的实现增加了不确定性。
盆地地热资源主要应用于种植、供暖、旅游疗养等领域，已成为盆地重要的供热来源之一。受限于初期投资高、回收期长、地下水系统破坏等问题，盆地地热资源尚未被充分利用，未来应从地热利用成本与地下水回灌处理技术两方面重点突破。由于盆地油气资源丰富，油气区内存在的大量废弃井具有地热利用潜力，2021年姬塬油田通过废弃井改造成功实现地热利用[52]，但后续推广应用存在废弃井、地热富集区与用热集中区地理位置不匹配的问题，需要集中攻关地热能远距离高效传输技术。
盆地依托丰富的化石能源，可以利用蒸汽甲烷重整、煤炭气化等方式制氢[53]，具备资源充足、技术相对成熟、可规模化应用的优势。但化石能源制氢（灰氢）过程中会产生大量温室气体排放，需要配套CCS技术，实现化石能源低碳制氢（蓝氢）。盆地未来的氢能发展方向应聚焦蓝氢制备，在降低制氢成本的基础上，重点攻关制氢过程中的氢气提纯及配套CCS技术，实现制氢配套CCS技术突破是规模效益蓝氢制备的关键[54]。
在盆地新能源利用过程中，应做好顶层设计，制定每一阶段的计划并分步实施，同时选取新能源关键技术进行重点突破，避免平均用力，实现新能源发展“量”的快速增长和“质”的有效提升。

6.2 CCS/CCUS技术的不确定性

在清洁替代和新能源发电稳步发展的情况下，2050年盆地CCS/CCUS消纳能力约为0.5×108 t。盆地目前已建和在建的CCS/CCUS系统碳消纳能力为0.1×108 t/a，完成总需求的20%，盆地内深部咸水层、枯竭油气藏、深部煤层广布，能够满足剩余碳消纳需求，建设难度较小。
尽管盆地提供了充足的碳埋存及利用空间，但CCS/CCUS技术仍需要集中攻关，保证CO2封存的稳定性和利用的经济高效性。鄂尔多斯盆地于2010年底建成中国首个、亚洲最大的咸水层碳封存示范工程，设计碳埋存能力10×104 t/a。目前在建CCS项目碳埋存能力仍为十万吨级至百万吨级，CO2注入能力未得到显著提升，CCS核心技术尚未突破。此外，CO2咸水层封存无法产生经济效益，在攻关低成本碳埋存技术的同时，需要出台政策对CCS项目进行补贴。盆地内CCUS技术主要包括注CO2提高原油采收率技术（CO2-EOR）及注CO2提高煤层气采收率技术（CO2- ECBM），CO2-EOR主要面临储层岩性致密、单井净增油绝对值低等问题，CO2-ECBM需要攻关煤层注入CO2后基质膨胀导致渗透率降低的问题，CCUS技术的效益增产是影响推广的关键因素。

7 结语

传统含油气盆地的开发模式已无法适应绿色低碳发展的要求，未来需要向化石能源、可再生能源、CCS/CCUS产业融合发展的能源超级盆地转型。鄂尔多斯盆地化石能源丰富，煤炭储量和产量均占全国1/3以上，是中国第一大陆上油气生产盆地；风、光及地热资源充足，盆地累计新能源装机量超过61 GW；盆地内铀矿、氦气等战略稀缺资源富足，其中铀矿探明储量居全国首位，氦气地质储量约占全国的1/3。此外，盆地基础设施完善、碳源汇匹配好、地广人稀、距离能源消纳地近，具备建成能源超级盆地的有利条件，率先将鄂尔多斯盆地打造成能源超级盆地，形成可复制的能源超级盆地建设模式，能够为其他含油气盆地进行绿色低碳转型提供指导。
能源超级盆地建设应遵循能源供给量更大、能源结构更合理、碳排放量更低3项原则。基于上述原则，未来盆地化石能源供能占比逐渐下降、新能源发电和铀矿供能占比不断增加，预计2050年盆地煤炭、原油、天然气、可再生能源发电及铀矿共提供能源23.01×108 t（标准煤），能源利用产生的碳排放量为12.08×108 t/a，碳排放量的削减来自于能源结构转型和清洁利用技术的广泛应用。
目前，盆地化石能源生产及储存设施完备，油气管道与电网系统发达，未来能源超级盆地的建设需要重点关注以下两个方面：①盆地目前仅建成2050年规划的新能源装机量和配套储能目标的3%和1%，需要在总体规划的指导下分阶段实施，保证新能源装机和配储目标高质量完成；②盆地高浓度碳源量大质优，碳埋存及利用潜力巨大，但目前CCS/CCUS技术仍处于攻关试验阶段，需要尽早实现规模效益应用。
能源超级盆地的建设是一个系统工程，需要在国家顶层设计的指导下，明确发展目标，出台相应政策进行经济支持和法律保障，形成整体发展规划，实现不同行政区块、不同企业公司和不同能源类型的协同发展。

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