推进能源绿色低碳转型须努力开拓“无尽前沿”

2021-07-21 13:42:01 来源:中国能源网 作者:中国经济网

中国是世界最大的能源生产国和消费国,能源工业的健康发展关乎国家资源、环境和社会经济可持续发展。在全球加速绿色低碳转型的大背景下,要顺利实现碳达峰、碳中和目标(以下简称“双碳”目标),能源转型是关键。面对新一轮能源清洁低碳转型大潮,须攻克大量科学技术难题。就像范内瓦?布什的《科学:无尽前沿》所阐述的那样:“科学技术是国家的新边疆,通过加强基础研究、鼓励自由探索等,可以不断突破前沿边界,拓展新的疆土”。

中国是世界最大的能源生产国和消费国,能源工业的健康发展关乎国家资源、环境和社会经济可持续发展。在全球加速绿色低碳转型的大背景下,要顺利实现碳达峰、碳中和目标(以下简称“双碳”目标),能源转型是关键。面对新一轮能源清洁低碳转型大潮,须攻克大量科学技术难题。就像范内瓦?布什的《科学:无尽前沿》所阐述的那样:“科学技术是国家的新边疆,通过加强基础研究、鼓励自由探索等,可以不断突破前沿边界,拓展新的疆土”。

技术创新是能源转型的关键驱动力量

能源转型涉及到能源体系的结构性、根本性变化,始终与工业革命、技术革命密切相关,也是人类社会文明进步的重要标志之一。从历史上看,驱动能源转型的因素很多,发挥作用也不尽相同,但是技术进步始终是推动能源转型的关键驱动力量。在推动新一轮能源绿色低碳转型进程中,为摆脱“碳锁定”“碳依赖”的发展模式,必须依靠政府政策、社会舆论、市场机制、技术创新等多方面的力量,发挥好“看得见的手”与“看不见的手”的综合功效。这其中,技术创新依然起着决定性作用,而且是实现能源转型的根本性手段。

近年来,科学研究和技术创新带来的新知识、新技术、新产品等,已经为能源绿色低碳转型提供了新领地、新方式、新条件,特别是风能、光伏、氢能等新能源及电动汽车产业发展成本持续降低,使得新能源项目在效益上已初步具备与传统油气项目的竞争力。美国各类能源发电的全生命周期平准化成本(LCOE)的评估结果显示,2009—2019年,陆上风电LCOE下降70%;大型地面光伏LCOE下降89%。其中,陆上风电2019年LCOE仅为28~54美元/(MW?h),总体低于天然气联合循环44~68美元/(MW?h)的水平。

然而,能源不同行业领域的技术创新进展并不均衡,难以满足世界对绿色低碳发展的期望。目前,太阳能、风能等可再生能源还存在着供应不稳定,能量密度较低,难以大规模广泛利用的难题。根据瓦茨拉夫·斯米尔的能源转型理论,判断能源转型的最重要标准是极大改善能源转换效率的“原动机”(primemovers)出现。如第一次能源转型,是由于蒸汽机的发明和应用,才为煤炭的大规模利用提供了条件。第二次能源转型,是由于内燃机发明和应用,为石油的大规模利用创造了条件。面对从化石能源向可再生能源的第三次能源转型,也迫切需要有适应可再生能源大规模利用的“原动机”出现。

有效把握能源转型的技术发展方向

促进天然气增储上产技术。在“双碳”目标下,石油和天然气依然是中国迈向低碳化、高质量发展的重要能源组成部分,也是保障国家能源安全的关键和核心。2020年中国二氧化碳排放量约100亿吨,其中煤炭是主要来源,石油次之,第三是天然气。数据显示,煤炭消费在一次能源占比中为56.8%,但其二氧化碳排放占比达67.4%;而天然气的一次能源消费占比为8.3%,排放的二氧化碳占比为5.4%。天然气碳排放强度低于平均水平,是能源转型过渡期一个比较重要的品种。因此,要全力突破油气勘探开发系列关键技术,力争再发现新的大中型油气田,大幅提高单井产量和采收率;积极培育油气增储上产新动能,加强海洋油气勘探开发,深入推进页岩革命等。

高碳能源清洁化生产与利用技术。在中国碳中和进程中,要构建以新能源为主体的新型电力系统,新能源在能源结构中的地位将经历补充、替代、主体的变化,而煤炭将经历从基础能源到保障能源,再到支撑能源的定位变化,不应该简单地用“去煤化”和“煤炭直接退出”来设计中国的能源转型。美国、德国、日本等国家的发展历程表明,即使有了可替代煤炭的能源,或者实现碳达峰之后,仍然使用煤炭,只是煤炭的用途发生了变化。同样,即便到2060年中国完全实现了碳中和,仍需把煤炭作为电力调峰、还原剂,届时预计煤炭需求量为12亿~15亿吨。未来的煤炭产业,应当做到零生态损害的绿色开采、零排放的低碳利用。因此,应围绕传统高碳化石能源特别是煤炭的清洁化利用,继续探索开发新技术新工艺。

清洁能源大规模开发利用技术。近年来,中国风能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能等可再生能源利用技术快速发展,其中又以风能、太阳能利用技术最具代表性,技术和应用相互促进,向着更高效率、更低成本的方向发展。此外,氢能可快速补充电网调峰填谷的需要,通过建设电动汽车充放储一体化电站,让电动汽车广泛参与电网削峰填谷,从而提高电网接纳间歇性可再生能源的能力和运行效率。中国的新能源发展还面临着不少技术难题,关键核心技术对外依存度较高,自主创新能力不足等。因此,应进一步加大对新能源技术研发创新的资金投入,力争成为新能源原创技术策源地和发展高地。

多能互补协同发展技术。中国能源资源中心和负荷中心呈逆向分布,能源电力生产的不平衡不充分,导致了全国能源电力生产与消费存在着效率不高、应对气候变化及环境保护压力大,同时又容易出现弃光、弃风、弃水等现象的矛盾。通过大力推动多种能源协同、清洁发展,集中与分布式能源并举,供应与消费集成,公共电网与终端微电网、局域电网相互支持,发电与用户需求双向响应,共同构建现代能源系统。

提高能效及减少排放技术。节能被视为煤炭、石油、天然气、核能之外的第五大能源,潜力巨大。这些年来,节能和提高能效技术取得了长足进步,仍具有很大的提升空间,且对能源安全的贡献是不可忽视的。拥有巨大节能潜力的领域包括建筑、汽车、供暖、烹饪、洗涤和电厂等,如果能够最大程度地实现节能,则煤炭、石油、天然气和生物质能的需求将分别降低31%、47%、40%和40%。同时,应把CCUS(碳捕集、利用与封存)技术作为今后一个时期能源领域技术研发和攻关的重点,力争尽快有新的、更大的突破。

储能技术。要克服风电、光伏等低碳能源的间歇性和波动性,整体能源系统都需要发生转变。其中储能技术是能源转型中的关键。当前行业将储能经济性作为衡量储能发展能否取得重大突破的关键评判因素,导致储能技术发展呈现单一化,仅蓄电池和锂电池发展较快。随着风电、光伏等新能源利用比例的不断提升、能源安全约束日益突出,而不同技术类型的储能可共同解决能源系统的供给侧与需求侧平衡问题,部分刚需场景的储能经济性不再成为储能发展的限制因素。

加快能源技术创新范式变革

培育和优化技术创新生态。在能源转型的情景下,能源系统正酝酿着从统一到分散、从封闭到开放的变革,未来的能源世界将会出现大量分布式可再生能源系统、数字化能源协同运行系统。能源领域的创新不再是某种线性的或机械的过程,而是越来越多的中小企业崛起、跨界投资合作、风投资本渗透,形成整个经济社会诸多方面相互作用的生态系统。随着能源供应多元化,也带来创新主体广泛化、传统能源与新能源互补融合、跨界创新合作发展日益普遍,更加强调创新主体、创新资源、创新环境之间共生竞合、动态演化,形成开放、包容、协同、有序、可持续的创新生态系统。

鼓励开放式创新和融通创新。畅通创新主体与外部环境之间在知识、人员、技术、资本等方面的沟通交流。突破把“自主创新”等同于“自己创新”的封闭模式,拆除能源领域各类创新主体之间的合作交流屏障,特别是传统大型能源企业选择进入新能源领域时,应鼓励借用或引入外部创新力量与成果,不求所有、但求所用,共同拓展能源创新发展空间。在具体方式上,可采取合资合作、技术特许、委外研究、技术合伙、战略联盟或者风险投资等,提高创新效率和价值创造能力。

加强国际科技合作与交流,携手推进区域能源转型。特别是在推进绿色“一带一路”建设中,应把能源绿色低碳转型作为重点,围绕可再生能源、新能源汽车、智能电网、化石能源清洁化开发利用等业务领域,深化技术研发、项目开发及装备制造合作,培育绿色低碳能源技术创新生态圈,构建区域科技创新合作共同体等。

(责任编辑:美旗)