中国天然气行业面临对外依存度高、市场化机制不成熟、单一利用导致碳排放规模效应等问题，有必要探索破解“能源三难困境”的有效路径。以京津冀、长三角和川渝地区为例，在科学评估天然气行业安全可靠、经济可行和绿色低碳三元均衡发展特征的基础上，兼顾绝对 β 和条件 β 收敛模型实证检验其异质性收敛趋势。结果表明：①三大集群形成“两核一源”格局，即京津冀和长三角为消费核，川渝为生产源。“能源三角”均衡发展水平均整体稳步上升，并出现绝对 β 和条件β 收敛现象，在外部环境约束下均衡发展特征表现出朝向稳态的良好发展趋势。②经济发展对川渝地区“能源可能三角”的实现具有驱动作用；产业结构优化有助于京津冀和川渝地区均衡发展水平提升，但不能有效缩减区域间均衡差异；技术进步是实现行业三角均衡的必由之路；川渝地区“虹吸效应”对缩小区域差异产生阻碍；破解“能源三难困境”离不开政府管控的“有形之手”。③综合来看，中国天然气行业面临一定的“能源三难困境”，但在政策牵引、设施支撑和市场化改革影响下正逐步缓解。