中國工程院院士謝克昌：面向2035年我國能源發(fā)展的思考與建議

編者按

 

2035 年前是我國基本實(shí)現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化的關(guān)鍵時期，能源高質(zhì)量發(fā)展是支撐經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的先決條件，應(yīng)立足基本國情和所處發(fā)展階段，在保障能源安全供應(yīng)的前提下推進(jìn)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型。

 

中國工程院謝克昌院士在中國工程院院刊《中國工程科學(xué)》2022年第6期發(fā)表《面向2035年我國能源發(fā)展的思考與建議》一文。文章從能源總量、能源結(jié)構(gòu)、綜合能效、能源科技、體制機(jī)制、能源安全六方面闡述了我國能源發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析了未來一段時期內(nèi)能源發(fā)展的關(guān)鍵問題，涵蓋煤炭兜底保障作用、能源消費(fèi)增量的可再生能源替代、油氣供給安全、核電發(fā)展立足自主、氫能和儲能全產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)?；l(fā)展等。著眼2035 年能源領(lǐng)域高質(zhì)量發(fā)展，提出了能源革命，碳達(dá)峰、碳中和4 個階段的戰(zhàn)略目標(biāo)。研究建議，各環(huán)節(jié)全面落實(shí)節(jié)能優(yōu)先方針，繼續(xù)實(shí)施煤炭清潔高效低碳利用，站位全局謀劃和推動可再生能源成為未來能源供應(yīng)增量的主體，加快低碳轉(zhuǎn)型并統(tǒng)籌構(gòu)建多能互補(bǔ)能源系統(tǒng)。

 

一、前言

 

黨的二十大報(bào)告提出，到2035年，我國要廣泛形成綠色生產(chǎn)生活方式，碳排放量達(dá)峰后穩(wěn)中有降，生態(tài)環(huán)境基本好轉(zhuǎn)，美麗中國目標(biāo)基本實(shí)現(xiàn)。立足國情，實(shí)現(xiàn)能源高質(zhì)量發(fā)展，是建設(shè)美麗中國、提升經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在有效保障能源安全供應(yīng)的前提下，結(jié)合實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和（“雙碳”）目標(biāo)任務(wù)，有序推進(jìn)全國能源市場建設(shè)，這是國家總體要求。以煤為主體能源是基本國情，需要立足所處發(fā)展階段，審慎研判國際形勢，加強(qiáng)煤炭清潔高效利用，增強(qiáng)新能源的安全可靠替代性，推進(jìn)儲能、氫能等綠色低碳技術(shù)研發(fā)應(yīng)用。加快新型電力系統(tǒng)和清潔低碳、安全高效能源體系建設(shè)，盡快建成能源強(qiáng)國，確保能源供應(yīng)安全。

 

根據(jù)國家“十四五”規(guī)劃綱要，2035年是我國基本實(shí)現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化的重要時間節(jié)點(diǎn)，因而開展面向2035年的能源發(fā)展戰(zhàn)略研究是學(xué)術(shù)熱點(diǎn)和社會關(guān)注點(diǎn)。本文著眼2035年前我國能源綜合發(fā)展課題，系統(tǒng)梳理氫能、儲能、核能、煤炭、可再生能源、油氣等的進(jìn)展與趨勢，提出能源領(lǐng)域發(fā)展目標(biāo)以及就如何實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)而展開的初步思考，可為推動能源革命、確保能源供應(yīng)、推進(jìn)低碳轉(zhuǎn)型等方面的技術(shù)和管理研究提供啟發(fā)與參考。

 

二、我國能源發(fā)展基本情況

 

（一）建成世界上規(guī)模領(lǐng)先的能源生產(chǎn)與消費(fèi)體系

 

在能源生產(chǎn)方面，2021年煤炭、原油、天然氣產(chǎn)量分別為4?.13×109 t、1?.99×108 t、2?.076×1011 m3；發(fā)電裝機(jī)容量為2?.377×109 kW，年發(fā)電量為8?.5×1012 kW·h。裝機(jī)容量實(shí)現(xiàn)了快速增長，總體規(guī)模位居世界首位。在能源消費(fèi)方面，2021年一次能源消費(fèi)總量為5?.24×109 tce，連續(xù)多年成為世界最大的能源消費(fèi)國，煤炭、可再生能源（如水電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電）消費(fèi)國。但在人均用能強(qiáng)度方面，雖然近20年我國累計(jì)增幅約為300%，但距離發(fā)達(dá)國家仍有不小差距，2021年僅為美國的1/3、德國和日本的2/3。

 

（二）能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化且清潔低碳轉(zhuǎn)型步伐加快

 

能源結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，新能源在“十三五”時期得到快速發(fā)展，通過“三去一降一補(bǔ)”逐步淘汰落后產(chǎn)能并增加優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能，穩(wěn)步提升能源清潔低碳化水平。同時，伴隨著火電、煤化工產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級以及新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化取得突破，清潔低碳轉(zhuǎn)型步伐穩(wěn)健。其中，非化石能源裝機(jī)占比由2015年的35%提升至2021年的47%，非化石能源發(fā)電占比由2015年的27%提升至2020年的34?.6%，非化石能源消費(fèi)占比由2015年的12%提升至2020年的16?.5%；煤炭消費(fèi)占比持續(xù)下降，由2015年的64%下降至2021年的56%，完成了能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃目標(biāo)。

 

（三）能源資源綜合利用水平顯著提升

 

穩(wěn)步推進(jìn)“提質(zhì)增效”攻關(guān)工作，改善了能源資源綜合利用水平。單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗由2015年的0?.62 tce/萬元下降到2021年的0?.46 tce/萬元，但仍為世界平均水平的1?.4倍左右。大型煤礦的原煤生產(chǎn)綜合能耗為0?.0 104 tce/t，下降了12個百分點(diǎn)；煤矸石及低熱值煤綜合利用發(fā)電裝機(jī)量為4?.3×107 kW，年利用煤矸石約1?.5×108 t。礦井水綜合利用率、煤矸石綜合利用處置率、土地復(fù)墾率分別為79%、73%、57?.5%。煤電機(jī)組性能提升明顯，火電廠供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為302?.5 g/kW·h?？稍偕茉幢３至溯^高的利用率水平，2021年水能利用率為98?.8%，風(fēng)能利用率為96?.9%，太陽能利用率為97?.9%，“三棄”電量顯著減少。

 

（四）能源科技自主創(chuàng)新能力穩(wěn)步增強(qiáng)

 

能源技術(shù)自主創(chuàng)新能力、裝備國產(chǎn)化水平進(jìn)展較快，在部分方向達(dá)到了國際先進(jìn)水平。當(dāng)前，已建立了較為完備的清潔能源裝備制造產(chǎn)業(yè)鏈，覆蓋了水電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電；成功研制了單機(jī)容量為1×106 kW的水電機(jī)組、單機(jī)容量超過1×104 kW風(fēng)電機(jī)組，打破了光伏電池轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄。建成若干座應(yīng)用先進(jìn)三代技術(shù)的核電站，在新一代核電、小型堆等核能利用技術(shù)方面取得突破。油氣勘探開發(fā)技術(shù)能力持續(xù)增強(qiáng)，低滲原油及稠油高效開發(fā)、新一代復(fù)合化學(xué)驅(qū)油等技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平，頁巖油氣勘探開發(fā)技術(shù)與裝備水平大幅提升，天然氣水合物試采取得成功。大型礦井建設(shè)、特厚煤層綜放開采、煤與瓦斯共采、燃煤超低排放發(fā)電、高效煤粉型工業(yè)鍋爐、現(xiàn)代煤化工技術(shù)等達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平，主要煤機(jī)裝備、大型粉煤氣化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。

 

（五）有利于市場發(fā)展活力的體制機(jī)制基本成型

 

國家能源體制機(jī)制改革進(jìn)入了“深水區(qū)”，重點(diǎn)能源領(lǐng)域和關(guān)鍵環(huán)節(jié)的市場化改革持續(xù)深化，如油氣體制改革全面啟動，電力體制改革積極推進(jìn)。逐步構(gòu)建了布局合理、競爭有效的能源市場，完善了主要由市場供需來決定的能源價格形成機(jī)制，使得市場在配置資源方面的作用更為突出。① 油氣勘探開發(fā)市場有序放開，油氣管網(wǎng)運(yùn)營機(jī)制改革取得關(guān)鍵進(jìn)展；實(shí)現(xiàn)了管輸和銷售業(yè)務(wù)分離，《關(guān)于深化石油天然氣體制改革的若干意見》（2017年）實(shí)施成效顯著。② 全國統(tǒng)一的電力市場體系正在建設(shè)，以中長期交易為“壓艙石”、輔助服務(wù)市場為“穩(wěn)定器”、現(xiàn)貨試點(diǎn)為“試驗(yàn)田”的電力市場體系初步顯現(xiàn)。③ 能源領(lǐng)域“放管服”改革取得成效，“十三五”時期取消和下放的審批事項(xiàng)占比為72%。

 

（六）能源自主保障能力增強(qiáng)但油氣供給形勢趨緊

 

立足國內(nèi)、補(bǔ)齊短板、多元保障、強(qiáng)化儲備，持續(xù)完善“產(chǎn)供銷儲”體系，建成了較為完備的油氣政府儲備、企業(yè)社會責(zé)任儲備。截至2020年年底，9個國家石油儲備基地、14個億噸級煤炭生產(chǎn)基地、9個大型煤電基地、9個大型風(fēng)電基地建成或處于在建狀態(tài)。實(shí)施煤制油化工科技攻關(guān)，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤氣化、煤直接液化、煤間接液化等成套工藝技術(shù)，裝備國產(chǎn)化率超過98%。2021年，煤制油產(chǎn)能為9?.31×106 t，煤制氣產(chǎn)能為6?.125×109 m3；傳統(tǒng)油氣替代的技術(shù)儲備與產(chǎn)能儲備作用初步顯現(xiàn)，參與國際油氣談判的平衡籌碼效應(yīng)逐步增強(qiáng)。然而，油氣對外依存度持續(xù)攀高，油氣供給安全問題值得關(guān)注，外部因素導(dǎo)致的能源安全形勢趨緊。

 

三、我國能源發(fā)展趨勢研判

 

（一）突出煤炭兜底保障作用并開展煤炭清潔高效低碳開發(fā)利用

 

能源資源稟賦決定了煤炭的基礎(chǔ)性地位，煤炭是能源安全保障的“壓艙石”“穩(wěn)定器”。在我國已探明的一次能源資源儲量中，油氣等資源占比約為6%，而煤炭占比約為94%。這說明，煤炭是自主保障最可靠的能源類型，因而長期堅(jiān)持煤炭清潔高效與可持續(xù)開發(fā)利用是應(yīng)有之義。

 

我國煤炭工程技術(shù)具備了一定的國際競爭優(yōu)勢，為產(chǎn)業(yè)升級、高質(zhì)量“走出去”創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。然而，煤炭開發(fā)依然存在一些突出問題，不利于提高煤炭綠色、安全、可持續(xù)開發(fā)水平。著眼未來，開展智慧煤礦建設(shè)和智能化開采應(yīng)用，實(shí)施資源綜合利用與生態(tài)保護(hù)，驅(qū)動煤炭產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級；引導(dǎo)煤炭行業(yè)在加強(qiáng)主業(yè)的同時進(jìn)行多元化發(fā)展，提高優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能與革新產(chǎn)品類別并重。

 

我國一半以上的煤炭用于發(fā)電，近年來隨著新能源開發(fā)規(guī)模的增長，燃煤發(fā)電占總發(fā)電量的比重持續(xù)下降，但燃煤發(fā)電在未來相當(dāng)長時期內(nèi)仍是電力供應(yīng)的主力；燃煤發(fā)電除繼續(xù)承擔(dān)保障電力供應(yīng)的主體責(zé)任外，還將為可再生能源大比例消納提供靈活調(diào)峰服務(wù)。在開展節(jié)能、應(yīng)用靈活性、供熱等方面技術(shù)改造的基礎(chǔ)上，推動燃煤發(fā)電朝著高參數(shù)、大容量、智能化方向發(fā)展，側(cè)重新型動力循環(huán)系統(tǒng)、智能燃煤發(fā)電等技術(shù)研發(fā)，促進(jìn)電力裝備技術(shù)升級、發(fā)電用能結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。

 

煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化利用取得重大進(jìn)展，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤氣化、煤直接液化、煤制烯烴、煤間接液化等技術(shù)開展了大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用，可替代石油消耗約3×107 t/a，成為保障能源安全的新戰(zhàn)略路徑。著眼未來，提高煤化工產(chǎn)業(yè)大型化、園區(qū)化、基地化建設(shè)水平，結(jié)合資源稟賦條件，有序開展陜西榆林、內(nèi)蒙古鄂爾多斯、寧夏寧東、新疆北部地區(qū)的大型現(xiàn)代煤化工基地建設(shè)。

 

目前，煤炭清潔（綠色）轉(zhuǎn)型進(jìn)展較快，煤炭作為清潔能源進(jìn)行應(yīng)用態(tài)勢良好。然而，煤炭的高碳屬性決定了行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展任重道遠(yuǎn)，突破碳捕集利用與封存（CCUS）技術(shù)和經(jīng)濟(jì)瓶頸是未來應(yīng)用的關(guān)鍵之處。

 

（二）因地制宜發(fā)展可再生能源并使之成為能源供應(yīng)增量的主體

 

近年來，我國可再生能源技術(shù)進(jìn)步迅速、成本下降明顯，與化石能源的經(jīng)濟(jì)性差距逐步縮小，在部分應(yīng)用方向初步具備了市場競爭力。隨著關(guān)鍵技術(shù)革新、產(chǎn)業(yè)規(guī)模壯大，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的占比將持續(xù)提升，逐步由補(bǔ)充能源轉(zhuǎn)化為能源增量主體。在大力發(fā)展可再生能源的同時，需提前規(guī)劃退役期間的無害化處理和循環(huán)利用。

 

水電開發(fā)仍有潛力，但水電待開發(fā)區(qū)域施工條件復(fù)雜、建造技術(shù)難度大，綜合建設(shè)成本難以下降。水電技術(shù)未來發(fā)展需著力優(yōu)化水電站規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)，合理減少項(xiàng)目土建工程量，減輕對生態(tài)系統(tǒng)的干擾和社會生活的影響。

 

風(fēng)電發(fā)展迅速，但局部地區(qū)仍存在“棄風(fēng)”問題。未來應(yīng)進(jìn)行風(fēng)電場的高效開發(fā)利用，大幅增加風(fēng)電比重。持續(xù)開發(fā)“三北”大型風(fēng)電基地、東南沿海海上風(fēng)電基地、東 / 中部地區(qū)分散式風(fēng)電，通過技術(shù)創(chuàng)新降低成本并增強(qiáng)競爭力，提高風(fēng)電在能源生產(chǎn)和消費(fèi)中的占比。

 

光伏裝機(jī)量增長迅猛、布局持續(xù)優(yōu)化，仍局部存在“棄光”問題。未來應(yīng)堅(jiān)持集中式與分布式開發(fā)并重策略，集中建設(shè)新疆、青海、內(nèi)蒙古、西藏等省份的大型太陽能基地，而東 / 中部地區(qū)以分布式為主。

 

生物質(zhì)能利用形式多樣，相應(yīng)發(fā)電初具規(guī)模，但燃料成本偏高等問題較為明顯。加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)并進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃，將生物質(zhì)能技術(shù)應(yīng)用與美麗鄉(xiāng)村建設(shè)、精準(zhǔn)扶貧等國家重大任務(wù)緊密結(jié)合。

 

地?zé)崤c海洋能資源豐富、潛力較大，但因開發(fā)難度大而發(fā)展緩慢。因地制宜進(jìn)行開發(fā)利用，重點(diǎn)突破干熱巖地?zé)崽崛〉燃夹g(shù)；針對海洋能開發(fā)利用由單一能種向多能互補(bǔ)、綜合利用轉(zhuǎn)變的發(fā)展趨勢，重點(diǎn)關(guān)注波浪能、潮汐能的開發(fā)。

 

（三）加強(qiáng)油氣勘探開發(fā)力度以保障油氣供給安全

 

我國石油對外依存度將長期保持高位，安全供應(yīng)面臨挑戰(zhàn)；陸海油氣開發(fā)制約、進(jìn)口通道單一、工程科技滯后于國際前沿、開發(fā)扶持政策不完善等現(xiàn)實(shí)制約因素突出。

 

天然氣需求持續(xù)上升，需要關(guān)注“增儲上產(chǎn)”。2021年，天然氣探明儲量為8?.4×1012 m3，產(chǎn)量為2?.076×1011 m3，而消費(fèi)量已超3×1011 m3。天然氣探明程度低，通過常規(guī)氣老區(qū)穩(wěn)產(chǎn)、新區(qū)建產(chǎn)才能保持產(chǎn)量穩(wěn)定增長；非常規(guī)天然氣則依賴頁巖氣、深層煤層氣開發(fā)以支持規(guī)模效益上產(chǎn)。

 

著眼未來，加強(qiáng)油氣勘探開發(fā)技術(shù)研發(fā)，構(gòu)建開放靈活的油氣安全保障體系。創(chuàng)新理論并深化認(rèn)知，帶動新領(lǐng)域拓展、戰(zhàn)略接替區(qū)準(zhǔn)備、重大區(qū)帶與戰(zhàn)略目標(biāo)落實(shí)，支持油氣勘探持續(xù)取得突破。合理增強(qiáng)國內(nèi)油氣的勘探開發(fā)力度，力爭實(shí)現(xiàn)非常規(guī)油氣的規(guī)模經(jīng)濟(jì)開發(fā)。繼續(xù)開展戰(zhàn)略儲備庫、天然氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，增強(qiáng)應(yīng)急保障能力。

 

（四）立足自主發(fā)展核電并以技術(shù)創(chuàng)新提升競爭力

 

我國核電穩(wěn)健發(fā)展，但發(fā)電量占比依然不高。2021年，我國商業(yè)運(yùn)行核電機(jī)組為53臺，裝機(jī)容量為5?.326×107 kW，居世界第三位；在建核電機(jī)組為16臺，裝機(jī)容量為1?.75×107 kW，居世界第一位。相比主要核能利用國家，我國核電總裝機(jī)容量并不低，但在全國發(fā)電總量中的占比僅為5%。

 

核電事業(yè)起步較晚，但具有后發(fā)優(yōu)勢。早期的核電技術(shù)及核心裝備多為引進(jìn)，目前以“華龍一號”“國和一號”為代表的第三代核電機(jī)組成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，國產(chǎn)化率超過85%，體現(xiàn)了最高核安全標(biāo)準(zhǔn)。核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展還存在一些短板，特殊材料、核測儀表、核安全級儀控設(shè)備、核安全級數(shù)字化控制系統(tǒng)等亟待攻克。

 

先進(jìn)核能開發(fā)的重點(diǎn)是加強(qiáng)基礎(chǔ)研究。第四代核電機(jī)組、可控核聚變的開發(fā)研究，涉及材料、工藝、測控等基礎(chǔ)性科學(xué)技術(shù)問題，開展相關(guān)基礎(chǔ)研究需要大科學(xué)裝置和平臺。乏燃料后處理也是完善核燃料閉式循環(huán)的關(guān)鍵內(nèi)容。

 

（五）發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)并盡快實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈貫通與規(guī)?；瘧?yīng)用

 

氫能是清潔能源和工業(yè)原料，綠氫在“雙碳”過程中將起到重要作用。形成了包括“制 ? 儲 ? 運(yùn) ? 加 ? 用”在內(nèi)的氫能產(chǎn)業(yè)鏈，但產(chǎn)業(yè)布局缺乏統(tǒng)籌、各地規(guī)劃趨同；資金、技術(shù)創(chuàng)新等資源配置不夠合理，重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象已有顯現(xiàn)，膜電極、電堆及系統(tǒng)等方面的產(chǎn)能過剩。與此同時，氫能產(chǎn)業(yè)的部分關(guān)鍵材料、核心零部件、裝備依賴進(jìn)口，技術(shù)自主化率不高。

 

近年來，我國積極開展氫能技術(shù)自主創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化，技術(shù)成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用效果顯現(xiàn)，但與國際先進(jìn)水平相比仍有差距。當(dāng)前應(yīng)用的氫氣多由流程工業(yè)內(nèi)部的高碳流程制取，大規(guī)模可再生能源制氫工作還未展開。大電流密度條件下制氫的電解槽能耗問題，氫氣溫和條件液態(tài)化規(guī)模儲備、高密度存儲、長距離 / 大規(guī)模運(yùn)輸、低成本快速加注技術(shù)等仍需突破；對于氫燃料電池相關(guān)的催化劑、碳紙、智能制造裝備等，關(guān)鍵技術(shù)亟需提升。綠氫制備項(xiàng)目多處于研發(fā)示范階段，提高效率、降低成本、規(guī)?；a(chǎn)尚需時日。

 

（六）以電化學(xué)儲能為重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘍δ?/div> 【版權(quán)聲明】本網(wǎng)為公益類網(wǎng)站，本網(wǎng)站刊載的所有內(nèi)容，均已署名來源和作者，僅供訪問者個人學(xué)習(xí)、研究或欣賞之用，如有侵權(quán)請權(quán)利人予以告知，本站將立即做刪除處理（QQ：51999076）。