天然氣正在深刻地影響中國。在廣州，在你看不見的地方，每年必須將4億立方米天然氣送往258萬戶家庭，才能讓人們正常沐浴取暖、燒水煮飯。在上海，在你看不見的地方，每年必須將69億立方米天然氣送往13萬家企業(yè)，才能讓工廠正常運轉(zhuǎn)、維持生產(chǎn)。

（夜色中的廣州，千家萬戶點亮燈火，圖片來源@視覺中國）

放眼全國，在你看不見的地方，每年必須將數(shù)千億立方米天然氣，通過長度超過8.7萬千米的干線管道送往全國各地、四面八方，才能讓96%的城市、4億中國人維持正常的生產(chǎn)和生活。

不過這些天然氣的源頭既不在廣州也不在上海，而是在中國西部乃至中亞地區(qū)的大漠戈壁。

（新疆荒漠中的鉆井，圖片來源@視覺中國）

在西伯利亞的茫茫雪原。

（俄羅斯雪原上的鉆井，圖片來源@視覺中國）

甚至在相隔萬里的大洋彼岸。

（海南洋浦港附近的LNG[液化天然氣]船）

它們翻山越嶺、遠(yuǎn)渡重洋，穿越數(shù)百、數(shù)千乃至數(shù)萬千米，最終進(jìn)入中國的一座座城市、一個個工廠。從西氣東輸?shù)酱鈻|送，再到中亞、中緬、中俄等輸氣管道，共同組成了中國的天然氣運輸網(wǎng)絡(luò)。這是一場規(guī)模宏大的資源調(diào)配，一場天然氣的“乾坤大挪移”?？墒俏覀?yōu)楹我ㄔO(shè)一張如此龐大的網(wǎng)絡(luò)？又是如何做到的？

清潔能源

時間回到1999年，盡管亞洲金融風(fēng)暴剛剛平息，中國的GDP仍在以近8%的速度迅猛增長。為了支撐日新月異的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，這一年全國消耗煤炭多達(dá)13億噸，同時還將1100萬噸煙塵，1800萬噸硫氧化物，1100萬噸氮氧化物排放到空氣中。

（煙囪林立的村鎮(zhèn)，位于內(nèi)蒙古錫林浩特，非1999年場景，此處作示意）

也正是這一年，彌漫在空氣中的污染物讓全國超過60%的城市，均無法達(dá)到國家空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)。

（當(dāng)時參照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-1996），下圖霧霾下的關(guān)中平原，非1999年場景，此處作示意）

全國近30%的土地更是遭到嚴(yán)重的酸雨污染，排入空氣的硫氧化物、氮氧化物，溶于雨水形成酸雨腐蝕著地表上的一切植被、建筑、土壤、水體無一幸免。

（pH值小于5.6的雨水、凍雨、雪、雹、露等大氣降水均稱為酸雨，最主要是由二氧化硫和氮氧化物在大氣或水滴中轉(zhuǎn)化為硫酸和硝酸所致。下圖為1999年全國酸雨分布）

然而這一切并非偶然，作為一個煤炭資源大國，煤炭在中國一次能源中的地位幾乎無可撼動，其占比至今仍高達(dá)近60%。而在清潔利用技術(shù)普及之前，長期粗放式的煤炭利用，又讓脆弱的生態(tài)環(huán)境逐漸不堪重負(fù)。

（“一次能源”即直接來自自然界，未經(jīng)加工轉(zhuǎn)化的能源。圖為1980-2019年中國一次能源中煤炭消費占比）

高速發(fā)展的中國從未如此迫切地渴望一場能源變革。為此，許多煤炭清潔利用的研究紛紛被提上日程，人們也在馬不停蹄地尋求更加清潔的替代能源。天然氣便在此時進(jìn)入了人們的視野，這種以甲烷為主的氣體燃料，燃燒時主要生成二氧化碳和水幾乎不排放硫氧化物和煙塵。

（甲烷完全燃燒的化學(xué)方程式）

且在產(chǎn)生相同熱量時其二氧化碳的排放量，僅有煤炭的56%、石油的71%。

（三大化石燃料的燃燒產(chǎn)物對比，數(shù)據(jù)由美國能源署經(jīng)實驗測得，磅和Btu均為非公制單位，其中1磅≈0.45千克，1Btu≈1055焦耳）

既清潔又低碳，這讓天然氣在化石能源中脫穎而出，被世界各國競相開發(fā)利用，更在世界能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)越發(fā)重要的地位。

（世界部分國家能源結(jié)構(gòu)對比）

同樣地天然氣在國內(nèi)也迅速“走紅”，歷經(jīng)近20年的發(fā)展，它們走進(jìn)工廠、車站、家庭、進(jìn)入工業(yè)、運輸、生活等諸多領(lǐng)域。2020年全國各地消費的天然氣達(dá)3259億立方米，相當(dāng)于58個太湖的水容量。

（中國不同行業(yè)天然氣消費占比變化）

可是如此大量的天然氣來自何方？

氣在何方

要回答這個問題，我們必須將目光聚焦到地下深處。億萬年以來，在這顆藍(lán)色星球上，形形色色的生物接連登場，它們生長、繁衍、死亡一次次完成生命的輪回。而它們的遺骸則隨著經(jīng)年累月的地層沉降，被沉積物層層掩埋，進(jìn)而在高溫、高壓以及微生物作用下轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N化石能源。其中以高等植物為主的生物遺骸最終轉(zhuǎn)變?yōu)槊禾勘还探Y(jié)、封存于地層之間。

（云南開遠(yuǎn)小龍?zhí)堵短烀旱V，淺色區(qū)域為煤層上覆巖層）

以浮游生物為主的生物遺骸則轉(zhuǎn)變成石油和天然氣，成為地球上最主要的油氣來源。

（自然界中還有部分天然氣屬于無機(jī)成因氣，即在沒有生物參與的條件下，由不同元素經(jīng)地殼運動、巖漿作用、變質(zhì)作用等反應(yīng)形成的天然氣。下圖為克拉瑪依石油開采的場景）

但液態(tài)的石油、氣態(tài)的天然氣有時并不“安分”，在“出生地”生成后便會發(fā)生運移、聚集，最終這些油和氣，既可能共占一處空間，也可能各自獨立存在，成為人類大規(guī)模開采的常規(guī)油氣資源。不過有時候它們也會“按兵不動”，直接賦存在“出生地”，但由于開采難度大、成本較高等原因，被人們視作非常規(guī)油氣資源。

（常見油氣資源種類及部分分布形式，本文討論的均為常規(guī)天然氣）

21世紀(jì)初在中國的廣袤大地下，天然氣的探明地質(zhì)儲量達(dá)2萬億立方米，但其中71%卻集中分布于西部眾多的沉積盆地中。

（中國主要天然氣資源分布概況）

而反觀東部地區(qū)，這里的天然氣儲量薄弱，卻人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，對能源的消費更為龐大，對清潔能源的需求也更為迫切。

（21世紀(jì)初中國各地區(qū)能源消費量與GDP對比）

于是資源在西、需求在東，一個巨大的矛盾已然顯現(xiàn)而為了將供求雙方連接起來，一場橫跨中國的能源輸送、勢在必行。

西氣東輸

輸送的最佳方式便是管道。因為相比于鐵路、公路、水運等管道一旦建成，便可實現(xiàn)24小時不間斷輸送，既不受天氣影響，又能夠保證效率，可謂一舉多得。

（敷設(shè)管道，圖片來源@國家管網(wǎng)集團(tuán)西氣東輸公司）

然而敷設(shè)一條長度突破4000千米的管道絕非易事。更何況這項必須兼顧產(chǎn)氣、送氣、用氣的系統(tǒng)工程，預(yù)計投資將超過1200億元，相當(dāng)于青藏鐵路耗資的3.6倍。這意味著我們必須擁有足夠龐大的資源儲量，才可能實現(xiàn)足夠的規(guī)模效益。這也是為何早在工程立項前10多年，無數(shù)地質(zhì)工作者便跋山涉水，深入塔里木盆地的荒漠，數(shù)年如一日地勘測、鉆探。直到22個氣田相繼被發(fā)現(xiàn)，且天然氣累計探明儲量達(dá)到，近5000億立方米，才讓這項工程有了實施的可能。

（地質(zhì)工作者翻山越嶺尋找礦藏，圖片來源@視覺中國）

于是一座座井架在荒漠中豎起，一根根鉆桿向地下進(jìn)發(fā)，轟鳴的鉆機(jī)鉆透氣層上部的巖石，在地層壓力或人工注水的擠壓下，深藏地下的天然氣開始汩汩涌向地表。

到2005年時隨著多個氣田的投產(chǎn)，塔里木盆地每年可產(chǎn)出天然氣120億立方米，是全國總產(chǎn)量的24%。然而當(dāng)數(shù)以百億計的天然氣重見天日，另一個難題又接踵而至那就是運輸動力。從井口流出的天然氣若僅靠初始的動力遠(yuǎn)不足以完成數(shù)千千米的超遠(yuǎn)距離輸送。為此，工程師們只能“化長為短”，將一條長管道分割為若干段，并在間隔處設(shè)置眾多壓氣站，通過一次次增加壓力，保證氣體的持續(xù)流動。

（河西走廊上的壓氣站）

實際方案中管道的輸氣壓力可達(dá)到10MPa，相當(dāng)于大氣壓的100倍，這對管材的強(qiáng)度、韌性無疑是巨大的考驗。但在承受高壓的同時，管道又必須盡可能擴(kuò)大口徑以實現(xiàn)更高的輸氣效率，這也令其制造標(biāo)準(zhǔn)變得越發(fā)苛刻。重重掣肘下工程師們不得不反復(fù)論證、多方比選，才終于完成了管道材料的研制和自主生產(chǎn)。

這種型號為X70的管線鋼材，強(qiáng)度、韌性、焊接性能均能滿足工程需求，且管徑可達(dá)1.016米，創(chuàng)當(dāng)時全國油氣管道的新紀(jì)錄。

（工程后期升級為X80鋼材，管徑達(dá)1.219米。圖為X80鋼管）

可是總長超過4000千米的管道，意味著鋼管的使用量將超過30萬節(jié)，其數(shù)量之多、規(guī)模之大可謂前所未有。

（堆積如山的鋼管）

不僅如此，橫跨中國的管道要穿越山地、平原、水網(wǎng)，穿越沙漠、戈壁、黃土塬，這也意味著人們要面對的將是錯綜復(fù)雜的施工條件。

（管道沿線地貌示意）

尤其在那些遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)、無路可走的山地、沙漠、水網(wǎng)等地形中，工程師們只能想方設(shè)法硬生生造出一條條運輸通道。

（戈壁上的管道運輸，圖片來源@國家管網(wǎng)集團(tuán)西氣東輸公司）

經(jīng)由這些通道抵達(dá)目的地的鋼管又將完成組對、焊接、補(bǔ)口補(bǔ)傷或是為適應(yīng)地形變化再次進(jìn)行彎折。

（①在較平坦的荒漠地區(qū)使用自動焊接技術(shù)焊接管道，圖片來源@國家管網(wǎng)集團(tuán)西氣東輸公司；②在復(fù)雜的江南水網(wǎng)地形中人工焊接管道）

接著只要開挖管溝、下放管道、回填管溝就能完成管道的敷設(shè)。

（下放管道）

但實際上真的如此順利嗎？如果只是沙漠、高山、平原，那么在多數(shù)情況下常規(guī)的敷設(shè)方法足以適用。

（人機(jī)協(xié)作敷設(shè)管道）

但管道要穿越的還有黃河、長江、淮河等超過1500條溝渠、河流，尤其在大江大河之下挖溝埋管幾乎不切實際。于是人們不得不另辟蹊徑，或利用鉆機(jī)、炸藥，在河底鑿一條隧道以供管道穿行。

（工人們使用鉆爆法開挖隧道）

或先利用較細(xì)的導(dǎo)向鉆完成河流穿越，再將較粗的擴(kuò)孔器和管道沿原線回拖。

（定向鉆施工示意）

又或者利用液壓千斤頂將一段段混凝土管直接頂入河床之下，再將輸氣管道敷設(shè)其中。

（頂管施工示意）

甚至使用盾構(gòu)機(jī)掘出一條內(nèi)徑達(dá)3.8m的通道令多條管線并行而過。

（盾構(gòu)機(jī)施工示意）

更特殊的情況下如為了避開斷裂帶管道則直接放棄地下穿越，改為凌空架橋、跨越而過。

（寧夏中衛(wèi)的管道橋跨越黃河，圖片來源@國家管網(wǎng)集團(tuán)西氣東輸公司）

當(dāng)然工程師們面對的不只有重重天塹。為了盡可能降低工程對周圍環(huán)境的影響，管道施工還必須保護(hù)遺址。

（工程采用頂管施工共12次穿越古長城，圖為施工現(xiàn)場與古長城同框）

避讓保護(hù)區(qū)

（工程在穿越羅布泊野駱駝、太行山獼猴、安西極旱荒漠等多處保護(hù)區(qū)時，均采取了繞線避讓的措施，其中在穿越羅布泊野駱駝國家級自然保護(hù)區(qū)時，將管道向北平移200千米。圖為工程接近保護(hù)區(qū)時，將原設(shè)計的28米寬作業(yè)帶壓縮至20米）

并在穿越生態(tài)脆弱區(qū)后進(jìn)行邊坡防護(hù)，甚至植樹、種草以恢復(fù)生態(tài)。

（黃土高原上的邊坡防護(hù)，其下有管道，圖片來源@國家管網(wǎng)集團(tuán)西氣東輸公司）

最終一條全長4380千米的天然氣管道，一條橫亙西東的能源大動脈橫空出世。此后的每一年，超過120億立方米天然氣從遠(yuǎn)古地層中，源源不斷地噴涌而出，沿著這條大動脈自沙漠出發(fā)。

（120億立方米為2004-2006年輸氣能力，自2007年起，增輸工程啟動，輸氣能力被提升至170億立方米/年。圖為沙漠中管道施工，圖片來源@國家管網(wǎng)集團(tuán)西氣東輸公司）

翻過高山

（管道翻山）

越過溝谷

（黃土高原上管道施工）

穿過平原

（平原上管道施工，圖片來源@國家管網(wǎng)集團(tuán)西氣東輸公司）

連接沿途氣田

（黃土塬上的天然氣田，位于鄂爾多斯盆地）

最終進(jìn)入千家萬戶

（分輸站，天然氣經(jīng)此分配進(jìn)入城市，圖片來源@國家管網(wǎng)集團(tuán)西氣東輸公司）

這就是西氣東輸一線工程，一項集找氣、產(chǎn)氣、輸氣、用氣于一體的超級工程。它西起新疆輪南油田，東至上海的白鶴鎮(zhèn)，串聯(lián)起沿線的甘肅、寧夏、陜西、山西、河南、安徽、江蘇、浙江共10個省區(qū)市，一經(jīng)建成便成為當(dāng)時中國距離最長、管徑最大、壓力最高、施工條件最復(fù)雜、運輸能力最強(qiáng)的輸氣管道工程。

（西氣東輸一線工程走向示意）

然而這項工程的規(guī)模固然龐大，但面對全國上下的用氣需求，卻依然杯水車薪，我們還需要更多的氣源需要更多、更長的管道。

超級網(wǎng)絡(luò)

1997年距離西氣東輸一線工程開工還有5年之久，一條連接鄂爾多斯盆地與北京的輸氣管道便已投產(chǎn)運營即陜京線。如今它早已不是孤軍奮戰(zhàn)，而是從一線擴(kuò)充到四線，為數(shù)百萬家庭和企業(yè)送去了清潔能源。

（上世紀(jì)90年代，陜京一線建設(shè)中人力搬運管道）

而在西氣東輸一線工程建成后更有越來越多的輸氣管道相繼落成。包括連接柴達(dá)木盆地與蘭州的澀寧蘭線。

（澀寧蘭線即青海澀北地區(qū)-西寧-蘭州，圖為澀寧蘭線翻越青海老鴉峽，圖片來源@國家管網(wǎng)集團(tuán)官方微信）

連接四川盆地與武漢、長三角的忠武線、川氣東送工程。

（忠武線即重慶忠縣-武漢，川氣東送即四川達(dá)州-上海。圖為川氣東送跨越野三河，橋長332米）

還有將川渝管網(wǎng)、西氣東輸管道連為一體的中貴線。

（中貴線即中衛(wèi)-貴陽，圖為中貴線跨越烏江，圖片來源@國家管網(wǎng)集團(tuán)官方微信）

至此在中國大地上管道串起氣田管道連通管道，將中西部豐富的天然氣晝夜不息地送往人口、產(chǎn)業(yè)高度集中的地區(qū)，為國家的發(fā)展注入清潔的動力。

（中國天然氣主干管網(wǎng)示意）

與此同時，天然氣的探明儲量和產(chǎn)量也與日俱增，尤其是非常規(guī)天然氣的開采開始日漸升溫。以頁巖氣為例，盡管我國自2013年才實現(xiàn)商業(yè)化開采，但2020年的產(chǎn)量已達(dá)200億立方米占到全國天然氣總產(chǎn)量的10%。

（重慶涪陵的頁巖氣鉆井，圖片來源@視覺中國）

而飛速發(fā)展的中國，仍在不斷提出更大的能源需求。自2007年起國內(nèi)生產(chǎn)的天然氣開始出現(xiàn)缺口并持續(xù)擴(kuò)大。

（2000-2020年中國天然氣產(chǎn)量與消費量變化）

換言之，中國人生產(chǎn)的天然氣將無法滿足自己的使用，人們不得不將目光投向國外。于是在廣袤的歐亞大陸上，一條條距離更長、規(guī)模更大的輸氣管道接連誕生。包括全長超過7000千米的中國-中亞天然氣管道，它在外串聯(lián)起土庫曼斯坦、烏茲別克斯坦和哈薩克斯坦三個國家在內(nèi)連接西氣東輸二線、三線工程，將從中亞而來的天然氣一路送往中國東部，年輸氣量達(dá)到西氣東輸一線工程的近5倍。

（上文西氣東輸一線工程輸氣量取120億立方米/年，中國-中亞天然氣管道目前已建成A、B、C三條線路）

全長7600千米的中緬天然氣管道，它連通緬甸和中國，每年將孟加拉灣的120億立方米天然氣，避開海路、只經(jīng)陸路直接送往云南、貴州、廣西等地區(qū)，相當(dāng)于在西南地區(qū)再建了一個西氣東輸一線工程。

（中緬油氣管道通過懸索橋跨越瀾滄江，跨度280米，旁邊的拱橋為大瑞鐵路瀾滄江特大橋，巖壁上的洞口即為大柱山隧道）

以及全長8111千米的中俄東線天然氣管道，這是目前世界上最長單管輸氣量最大的管道，它從東西伯利亞出發(fā)經(jīng)黑河入境后便一路南下至長三角地區(qū)，待其全部投產(chǎn)后年輸氣量可達(dá)到西氣東輸一線工程的約3.2倍。

（中俄東線天然氣管道施工場景，目前黑龍江黑河至河北永清段已建成投產(chǎn)，圖片來源@國家管網(wǎng)集團(tuán)官方微信）

然而即便相繼建成了中亞、中緬、中俄跨國管道經(jīng)由管道進(jìn)口的天然氣也僅占全國進(jìn)口總量的38%，更大規(guī)模的天然氣將來自大洋彼岸。與管道輸氣不同，經(jīng)凈化、冷凝后的天然氣將被制成液化天然氣（LNG），利用專門的LNG船從澳大利亞、馬來西亞等國家運抵中國，再由LNG接收站接收、儲存、氣化最終接入國內(nèi)管網(wǎng)。

（上海洋山LNG接收站）

自2006年第一座LNG接收站在廣東建成至今已有22座接收站點綴于海岸線上，每年接收的天然氣與北京7年的消費量相當(dāng)。

（中國LNG接收站分布）

此外，我們還利用氣田等天然空間，布設(shè)了龐大的地下倉庫人稱地下儲氣庫。每逢夏秋用氣淡季富余的管道天然氣被注入這些倉庫暫存起來，以補(bǔ)充冬春旺季時的用氣。以北京為例，其冬季40-50%的用氣量均來自儲氣庫。

（位于河南濮陽的文23地下儲氣庫的地面景觀，圖片來源@國家管網(wǎng)集團(tuán)西氣東輸公司）

時至今日中國的地下儲氣庫達(dá)到27座儲氣能力超過100億立方米，可供應(yīng)近3億人一年的用氣。

 （中國天然氣地下儲氣庫分布）

就這樣這場以天然氣為主角的“乾坤大挪移”早已不只是西氣東輸，而是4條分列東西南北的進(jìn)口通道8.7萬千米交錯縱橫的干線管網(wǎng)、27座待時而動的地下儲氣庫，是一個跨越國界、日臻完善的超級網(wǎng)絡(luò)。正是憑借這樣一個網(wǎng)絡(luò)，平均每年將有超過2000億立方米天然氣從不同地區(qū)、不同氣田出發(fā)，跨越千山萬水送達(dá)千家萬戶，融入了近4億中國人的生活，成為一個奔跑向前的大國中不可或缺的動力之一。

 （中國天然氣運輸網(wǎng)絡(luò)示意）

可這并不意味著我們可以就此高枕無憂，畢竟隨著進(jìn)口量的與日俱增，中國天然氣的對外依存度已高達(dá)43%，供應(yīng)中斷、價格波動等未知因素仍是潛在的風(fēng)險和挑戰(zhàn)。然而，在能源結(jié)構(gòu)變革這條艱難且漫長的道路上，我們無法點石成金，更無法指望他人，只有發(fā)展自身的科學(xué)技術(shù)，才是我們唯一的出路。畢竟數(shù)十年來正是因為科技的發(fā)展，我們不斷發(fā)現(xiàn)新的礦藏，尤其是近十年間21個千億立方米級的大氣田被接連發(fā)現(xiàn)，讓中國能源的家底更加豐厚。

（荒漠深處的天然氣田）

正是因為科技的發(fā)展，從國內(nèi)到國外，我們的管網(wǎng)開始互聯(lián)互通。從管道到LNG，我們的氣源開始互相補(bǔ)充，“全國一張網(wǎng)”正逐漸形成。

（管道互聯(lián)互通工程施工場景，圖片來源@國家管網(wǎng)西氣東輸公司）

也正是因為科技的發(fā)展，我們得以同時開發(fā)水能、風(fēng)能、核能、太陽能等更多樣的清潔能源，它們與天然氣一起，將煤炭的消費占比從2002年的68%降低至2019年的57%。

（2002-2019年中國能源結(jié)構(gòu)變化） 

而未來可能依然荊棘密布，但我們?nèi)詫猿诌@條道路，直到親眼見證那個清澈的、可持續(xù)的明天。

（莽莽群山中，地質(zhì)工作者們顯得如此渺小，但道阻且長，行則將至）

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