四、中國能源轉(zhuǎn)型的基本策略
能源的未來決定人類的未來，能源轉(zhuǎn)型是這個時代緊迫而重大的課題。在能源轉(zhuǎn)型過程中，要以瞻望長遠(yuǎn)、尊重科學(xué)、周密論證、立足實際，確定能源轉(zhuǎn)型的基本策略。
一、充分利用傳統(tǒng)化石能源
一是減少石油的動力應(yīng)用。石油用途廣泛，十分珍貴，石油資源減少對工業(yè)影響很大。目前差不多七成左右的石油用于交通動力，在控制石油總體消費量的前提下，抓緊發(fā)展高能量的動力電池等技術(shù)，發(fā)展電動力、氫動力、燃?xì)鈩恿π滦徒煌üぞ?，逐步替代石油在交通動力領(lǐng)域的應(yīng)用。
二是擴大天然氣生產(chǎn)渠道以保障能源穩(wěn)定供應(yīng)。從能源安全角度考慮，控制天然氣進口比例保持在40%左右。以2018年天然氣儲量為基準(zhǔn)計算，到2048年，天然氣存在19.8%的缺口，缺口量為10.3億油當(dāng)量。為滿足天然氣需求，一方面，需要增加天然氣查探力度，發(fā)現(xiàn)更多天然氣資源，另一方面，則要加大可燃冰資源的開發(fā)利用力度，盡快實現(xiàn)可燃冰資源低成本可持續(xù)生產(chǎn)。第三，推進電轉(zhuǎn)甲烷技術(shù)研究，建設(shè)碳-能循環(huán)系統(tǒng)試驗項目，并逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，確保燃?xì)庠趯淼哪茉垂?yīng)系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定利用。
三是妥善利用煤炭資源。2018年，中國煤炭進口量占煤炭總量的7.2%，為延長國內(nèi)煤炭儲量的使用、為能源轉(zhuǎn)型爭取時間，應(yīng)在控制煤炭使用總量的同時，增大煤炭進口比例，以每一年進口量比上一年增長5.9%計算，到2048年煤炭進口量占煤炭總量的40%。按此，到2048年，三十年共消費煤炭688.9億噸標(biāo)準(zhǔn)油，其中進口138.4億噸，國內(nèi)生產(chǎn)550.5億噸，平均進口占總消費的20.7%。以2018年煤炭儲量計算，到2048年，還可以剩余143.5億噸標(biāo)準(zhǔn)油煤炭儲量。這個量，以2048年的煤炭年產(chǎn)量算，還可以生產(chǎn)九年多時間。
從目前看，煤炭主要應(yīng)用于電力行業(yè)，其次是鋼鐵行業(yè)、化工行業(yè)，同時，全國還存在較大的散燒比例。煤炭的各種利用方式效率并不一樣，集中利用效率更高、排放更小、更清潔。未來煤炭利用，應(yīng)著力發(fā)展超低排放的燃煤發(fā)電，加強散煤治理和離散能量需求替代，開展新型煤化工等，提高煤炭的使用效率，減低煤炭污染物排放。
二、綜合利用清潔能源
目前公認(rèn)的清潔能源，包括水電能、風(fēng)電能、太陽能和海洋能。核能只要安全性得到保障，是極其優(yōu)質(zhì)的清潔能源。清潔能源是未來能源轉(zhuǎn)型的重要選擇，要大力開發(fā)利用好。清潔能源利用，能源供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計非常重要。綜合考慮，未來能源供應(yīng)系統(tǒng)主要包括以下幾類：
傳統(tǒng)型能源供應(yīng)。這是目前城鎮(zhèn)主要采取的能源供應(yīng)方式，也是將來重要的能源供應(yīng)模式。通過與大電網(wǎng)相聯(lián)獲得可靠的電能供應(yīng)，通過與燃?xì)庵飨到y(tǒng)相聯(lián)獲得可靠的燃?xì)夤?yīng)。具備條件的，可以安裝太陽能利用設(shè)施（發(fā)電或者供熱）作為供能補充。這種模式未來在商業(yè)模式上、經(jīng)營方式上可能會發(fā)生變化，對于用戶來講，一方面會增加商業(yè)的選擇性，甚至參與商業(yè)活動。另一方面，通過開發(fā)用戶多能源供應(yīng)的綜合優(yōu)化系統(tǒng)，能源供應(yīng)將更加經(jīng)濟和智慧。
掛網(wǎng)型能源供應(yīng)。這種方式一般是自身有一定容量的能源生產(chǎn)能力，但是通過和能源主網(wǎng)聯(lián)結(jié)，以能源主網(wǎng)作為備用能源以增強能源供應(yīng)的可靠性的供能方式。當(dāng)主網(wǎng)事故出現(xiàn)供應(yīng)中斷的時候，這些用戶的能源供應(yīng)一般可以保障能源供應(yīng)，有條件的用戶還可以返送能源以支持大網(wǎng)啟動。這也是未來能源供應(yīng)的重要方式，用戶使用自己生產(chǎn)的能源還是主網(wǎng)能源，用戶對于主網(wǎng)是能源用戶還是能源生產(chǎn)廠，取決于用戶的經(jīng)濟優(yōu)化結(jié)果。
離網(wǎng)型能源供應(yīng)。在偏遠(yuǎn)地區(qū)，將能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)延伸過去成本很高，或者在技術(shù)上實施時較為困難。遠(yuǎn)離大陸的島嶼不太可能與大陸建設(shè)物理相連的能源系統(tǒng)，島嶼之間有時也很難通過物理的能源輸送網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)起來相互供應(yīng)能源。這時需要因地制宜地在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)離網(wǎng)型供能網(wǎng)絡(luò)，無論是單一農(nóng)村用戶，還是一個孤島的能源供應(yīng)，其基本原理都類似，只是復(fù)雜程度差別很大。離網(wǎng)型能源供應(yīng)系統(tǒng)，可用能源可以是天然氣、生物質(zhì)、太陽能、風(fēng)能、海洋能等任何一種或者幾種的組合，其中，大容量蓄能設(shè)施是不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備。
為孤島或者島嶼群設(shè)計的離網(wǎng)型供能系統(tǒng)，在生產(chǎn)能源的設(shè)施中，除了風(fēng)能和太陽能以外，還包括波浪能等海洋能。如果碳-能循環(huán)系統(tǒng)發(fā)展成熟，可以利用此系統(tǒng)對島嶼實現(xiàn)燃?xì)夤?yīng)。島嶼之間通過船運蓄能體或者人造天然氣，從而將島嶼群聯(lián)結(jié)成為一個能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，島嶼群和大陸之間也可以通過船運建立能源聯(lián)結(jié)。
三、能源輸配系統(tǒng)
在結(jié)合實際綜合設(shè)計能源供應(yīng)系統(tǒng)的同時，能源的輸配網(wǎng)絡(luò)也將與現(xiàn)在有所不同。終端能源中電能比例增加，電儲存技術(shù)發(fā)展以及綜合能源利用技術(shù)的發(fā)展，可能會對能源轉(zhuǎn)運格局產(chǎn)生深刻的影響。這個影響體現(xiàn)在以下幾個方面:
第一，終端能源消費中增加的電能比例主要是新型能源和核能，新型能源的隨機性、低利用率使建設(shè)大電網(wǎng)輸送電能變得不那么經(jīng)濟。為此，煤火電、天然氣火電廠應(yīng)與新型能源開發(fā)綜合規(guī)劃、配套建設(shè)。適應(yīng)新型能源的特征，需要增加火電機組的靈活性，以及處于負(fù)荷中心的核電機組的靈活性。這將使得火電機組、核電機組的效率和經(jīng)濟性變差，需要認(rèn)真研究解決。
第二，作為高能量密度的電源，核能應(yīng)該建設(shè)在負(fù)荷中心區(qū)域，但是核能站址選擇將是一個問題。理論上講，可以在退役火電機組退出來的廠址，建設(shè)高安全性、具備綜合能源利用特征的模塊化核能電站，但這又將面臨核能安全問題所帶來的社會承受壓力。核能布局東南沿?？梢院芎玫仄胶怆娔芪麟姈|送、北電南送的潮流，但是沿海適合發(fā)展核電的廠址有限。在能源供需緊張的嚴(yán)峻形勢下，內(nèi)陸發(fā)展核電，是遲早的問題。這些都將對未來能源輸配產(chǎn)生很大的影響。
第三，隨著小型太陽能、小型風(fēng)電的普及應(yīng)用，以及農(nóng)村生物質(zhì)能源利用（如沼氣資源）的發(fā)展，掛網(wǎng)型、離網(wǎng)型等微網(wǎng)能源供應(yīng)比例增加，將對主網(wǎng)能源供應(yīng)帶來影響。一方面，使得在偏遠(yuǎn)地區(qū)不惜代價地建網(wǎng)通能失去比較價值 也褫奪了主網(wǎng)對這些地區(qū)實施能源供應(yīng)的權(quán)利。另一方面，微型能源網(wǎng)可以對主網(wǎng)形成很好的補充，在主網(wǎng)遭到外力破壞的時候，不僅能夠保障自身能源供應(yīng)，還可以對主網(wǎng)形成支援。
第四，電儲存技術(shù)使得電能不一定必然通過大電網(wǎng)輸送，也可以通過貨運蓄電池的方式輸送電能。大容量蓄電池使得離網(wǎng)型能源網(wǎng)有了可靠備用，也使得孤島電網(wǎng)之間可以通過貨運網(wǎng)絡(luò)聯(lián)在一起，從而構(gòu)成了除電網(wǎng)之外的新的電能輸送網(wǎng)絡(luò)。
第五，不可調(diào)度、離散新型能源網(wǎng)生產(chǎn)的電能，也可以通過碳-能循環(huán)系統(tǒng)就地轉(zhuǎn)換成可大量儲存、運輸?shù)奶烊粴?，通過貨運網(wǎng)絡(luò)輸送到需求地，以燃?xì)庵苯永没蛘咴俅伟l(fā)電轉(zhuǎn)換成電能使用。技術(shù)成熟后的此類能源生產(chǎn)單元，在將來具有很大潛力，將成為未來能源供應(yīng)系統(tǒng)的重要組成部分，也使得天然氣有條件成為永遠(yuǎn)的能源。
四、能源轉(zhuǎn)型中的關(guān)鍵技術(shù)
為確保能源轉(zhuǎn)型過程及未來的能源供應(yīng)系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定和可持續(xù)，需要重點攻克幾項關(guān)鍵的能源技術(shù)。這幾項技術(shù)是大規(guī)模能量儲存技術(shù)、海洋能綜合開發(fā)與技術(shù)、碳-能循環(huán)的技術(shù)與系統(tǒng)集成。
大規(guī)模能量儲存技術(shù)。當(dāng)前，能量儲存技術(shù)已經(jīng)在能源供應(yīng)系統(tǒng)中得到較為廣泛的應(yīng)用，但是，較為成熟且能夠大規(guī)模儲能的只有抽水蓄能技術(shù)。采用壓縮空氣儲能(CAES)技術(shù)的，目前只是在德國和美國，各有一座十萬千瓦級電站，國內(nèi)仍在做研究和工程示范。電儲能技術(shù)具有能量密度高、綜合效率高、反應(yīng)速度快的優(yōu)點，特別適用于與太陽能光伏、風(fēng)能發(fā)電等新型不可調(diào)度能源配合使用，也很適合在微電網(wǎng)中使用，但是其主要的瓶頸在單個電池容量不高、壽命較短及廢舊電池處理帶來的環(huán)境污染問題。儲能技術(shù)向著大容量、小型化、可移動、標(biāo)準(zhǔn)化、智慧型的發(fā)展方向，將給未來的能源供應(yīng)系統(tǒng)，特別是電力系統(tǒng)帶來本質(zhì)性的改變，也是能源順利實現(xiàn)轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)的和關(guān)鍵的技術(shù)。
海洋能的綜合開發(fā)和利用技術(shù)。海洋能包括潮汐能、波浪能、潮流能（洋流能）、溫差能、鹽差能等。將海洋中的機械能或化學(xué)內(nèi)能轉(zhuǎn)換成電能，目前比較成熟的是潮汐能發(fā)電技術(shù)，能量密度比較大的是波浪能和海流能發(fā)電技術(shù)。這三種技術(shù)都已經(jīng)有建成運行的發(fā)電站，或者試驗站，并不斷向更大容量和規(guī)模發(fā)展。溫差能和鹽差能發(fā)電則依舊在試驗研究階段，離正式的商業(yè)應(yīng)用還有一定的差距。海洋占地球表面積的70%以上，陽光照射到地球，大部分能量為海洋吸收，而由于太陽和月球引力所引起的潮汐和海流（洋流），也蘊藏著巨大的能量。據(jù)OES估計，全球海洋能年發(fā)電量合計超過76萬億千瓦時，接近2018年全球總發(fā)電量（26.6萬億千瓦時）的三倍。
海洋能開發(fā)利用的基本思路，一是要將海洋能發(fā)電系統(tǒng)和海上太陽能發(fā)電系統(tǒng)、海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合起來，實現(xiàn)多能互補海洋能集成系統(tǒng)發(fā)電。二是要將海洋能發(fā)電系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)結(jié)合，在提高能源開發(fā)利用率的同時，儲能可以使海洋能發(fā)電系統(tǒng)完全脫離陸地岸邊，不需要建設(shè)成本高昂的輸電配電設(shè)施。三是海洋能發(fā)電系統(tǒng)與人工化石能源合成、海水淡化系統(tǒng)結(jié)合，即利用海洋能發(fā)電系統(tǒng)生產(chǎn)的電力就地淡化海水，這方面已經(jīng)有工程實施。也可以利用所發(fā)電能和海水制氫，進而利用氫和空氣中的二氧化碳，制成安全技術(shù)和運輸技術(shù)成熟的人造天然氣，同時可以吸收大氣中的二氧化碳。
人造天然氣技術(shù)。捕集空氣中的二氧化碳和水，消耗電能制造碳?xì)淙剂?，生產(chǎn)易于運輸和儲存的液態(tài)碳?xì)淙剂希缂淄?、乙醇等，從而實現(xiàn)碳能循環(huán)。目前這種電轉(zhuǎn)碳?xì)淙剂霞夹g(shù)總體上還不算十分成熟，在多個技術(shù)路線中，以電解水制氫結(jié)合二氧化碳加氫技術(shù)路線已經(jīng)建成多套示范裝置。
五、針對氣候問題的能源系統(tǒng)集成設(shè)計
能源帶來氣候問題的本質(zhì)，是因為化石能源的大規(guī)模開發(fā)利用，改變了碳的天然循環(huán)，把處于巖石圈中的還原碳過快地釋放到大氣中，人為地加快了巖石圈和其他圈層的碳交換，導(dǎo)致大氣中二氧化碳的濃度升高，破壞了自然界原有的平衡。從而帶來全球碳循環(huán)失衡，改變地球生物圈的能量轉(zhuǎn)換形式，導(dǎo)致全球氣候變暖，隨之帶來海平面升高、冰川融化、極端氣候等一系列生態(tài)環(huán)境問題。
碳-能循環(huán)系統(tǒng)的基本思路，就是采用一些關(guān)鍵技術(shù)，將大氣中多余的碳還原，從而打通碳在大氣圈和巖石圈的雙向循環(huán)，進而控制和調(diào)整大氣中的二氧化碳濃度，使其維持在允許的范圍之內(nèi)，同時，可以提供源源不斷的化石能源，確保高密度能源的可靠穩(wěn)定可持續(xù)供應(yīng)。利用海上綜合能源平臺實現(xiàn)碳-能循環(huán)系統(tǒng)的構(gòu)想如圖所示。
碳-能循環(huán)及海上能源綜合利用系統(tǒng)構(gòu)想圖
自然界中的能源各自具有不同的特性，不存在十全十美滿足各方面要求的能源。因此，要善于發(fā)現(xiàn)各種能源的特點，發(fā)揮每一種能源的長處，規(guī)避其不足。在一個能源系統(tǒng)中，能源結(jié)構(gòu)的多元化十分重要。同時，用系統(tǒng)思維去想辦法解決諸如碳排放等問題，實現(xiàn)安全穩(wěn)定可持續(xù)的能源供應(yīng)是可能的。中國的能源資源稟賦、經(jīng)濟和技術(shù)發(fā)展水平?jīng)Q定了能源轉(zhuǎn)型的道路不會平坦，轉(zhuǎn)型過程中將會遇到很多問題和困難。在這個過程中，要尊重科學(xué)，尊重規(guī)律，尊重自然資源稟賦，堅定能源轉(zhuǎn)型的目標(biāo)，為確保實現(xiàn)國家經(jīng)濟和社會發(fā)展目標(biāo)，為國家富強和民族復(fù)興，提供堅強的能源保障。
出品：中電傳媒數(shù)據(jù)研發(fā)中心
作者：中國電力企業(yè)聯(lián)合會電力統(tǒng)計與數(shù)據(jù)中心
蔣德斌
