中國(guó)工程院院士劉中民：能源“九龍治水”局面亟待改變

“長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)包括煤炭、石油、天然氣、可再生能源和核能在內(nèi)的能源系統(tǒng)在不斷發(fā)展，但由于各能源分系統(tǒng)相互獨(dú)立，未能協(xié)調(diào)發(fā)展，產(chǎn)生了一些局部矛盾，整體效率并不高。”近日，在第一屆全國(guó)鋼鐵與能源化工行業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展研討會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所所長(zhǎng)、中國(guó)工程院院士劉中民如是說(shuō)。

 

在劉中民看來(lái)，目前我國(guó)這種“九龍治水”的能源發(fā)展格局已不能適應(yīng)“清潔低碳、安全高效”的總體發(fā)展要求，亟待探尋出一條能源系統(tǒng)之間互補(bǔ)及耦合利用的新道路，破除能源系統(tǒng)板塊分割、互相獨(dú)立的體制壁壘。

　　

現(xiàn)有各能源體系目標(biāo)一致，但并沒(méi)有“合并同類項(xiàng)”

 

受限于資源稟賦特點(diǎn)，當(dāng)前化石能源仍是我國(guó)能源生產(chǎn)和消費(fèi)的主體。電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院《中國(guó)能源發(fā)展報(bào)告2018》顯示，2018年，我國(guó)能源生產(chǎn)37.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中原煤占比69.1%，同時(shí)非化石能源生產(chǎn)占比逐年增加，已成為世界水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)第一大國(guó)；2018年能源消費(fèi)中，煤炭占比59%，非化石能源占一次能源消費(fèi)的比重為14.3%，這一比例預(yù)計(jì)在2030年達(dá)到20%。

 

“煤炭、石油、天然氣、可再生能源和核能，所有這些能源的目的都是向用戶提供電力、熱能以及油品和化學(xué)品，雖然目標(biāo)一致，但是并沒(méi)有‘合并同類項(xiàng)’，仍是孤立的各能源分系統(tǒng)。”劉中民表示，“我常開(kāi)玩笑說(shuō)，挖煤的不管發(fā)電，發(fā)電的不管上網(wǎng)，上網(wǎng)的不管電價(jià)，沒(méi)有形成一個(gè)完整的能源體系。”

 

因此，當(dāng)前我國(guó)能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一些局部矛盾，煤炭多用于發(fā)電且利用率低，同時(shí)缺乏新技術(shù)支撐，是大氣污染的主要來(lái)源；石油資源短缺且油品質(zhì)量不高，對(duì)外依存度不斷攀升，難以提供化工基本原料，嚴(yán)重制約下游精細(xì)化工行業(yè)發(fā)展；太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源并網(wǎng)率低，難規(guī)模化利用，水能、核能相對(duì)過(guò)剩等。

 

“原則上要想減少二氧化碳排放就要減少化石能源的利用量，但這并不意味著同比例增加可再生能源就可以彌補(bǔ)，因?yàn)槔梅绞讲灰粯樱患纫膭?lì)清潔、可再生能源，但同時(shí)又要在國(guó)家的整個(gè)能源結(jié)構(gòu)里發(fā)揮更大的作用，就牽涉到怎么設(shè)計(jì)各能源系統(tǒng)之間關(guān)系的問(wèn)題。”劉中民說(shuō)。

 

急需突破能源互補(bǔ)及耦合利用的核心技術(shù)

 

在劉中民看來(lái)，我國(guó)現(xiàn)有的煤炭、石油、天然氣、可再生能源與核能5大能源類型之間，存在通過(guò)相對(duì)優(yōu)勢(shì)的互補(bǔ)融合、對(duì)沖消除各種能源種類劣勢(shì)、形成整體優(yōu)勢(shì)的發(fā)展需求和巨大技術(shù)創(chuàng)新空間。

 

“我們的思考是化石能源這塊要優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)資源的清潔高效利用，煤、石油和天然氣應(yīng)該統(tǒng)一考慮，交叉耦合替代，原理上是可行的。”劉中民說(shuō)，以化石能源為例，煤化工大多屬于低碳分子重構(gòu)的放熱過(guò)程，石油加工屬于大分子裂解的吸熱過(guò)程，兩者的耦合不僅可以大幅提高能效，也可以彌補(bǔ)各自的不足。

 

劉中民進(jìn)一步表示，在清潔能源領(lǐng)域，水能、風(fēng)能、光能、地?zé)崮芤约昂四苤g，可以通過(guò)大型儲(chǔ)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)電和熱的高效利用；另外利用可再生能源、核能等制取的氫，可以補(bǔ)充煤化工之所缺，也可以與二氧化碳通過(guò)催化耦合而制取油品和大宗化學(xué)品，實(shí)現(xiàn)可再生能源與傳統(tǒng)化石能源的耦合，總體上實(shí)現(xiàn)碳減排。“多種技術(shù)的結(jié)合可以因地制宜地形成低碳化清潔能源供應(yīng)系統(tǒng)，促進(jìn)能源消費(fèi)革命。”

 

在劉中民所暢想的新型能源體系中，可再生能源與新能源將部分替代化石能源供電、供熱，并通過(guò)富余電力生產(chǎn)氫能，為交通燃料生產(chǎn)、化工品合成提供氫源；化石能源將通過(guò)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，滿足交通燃料、化工品、焦炭、電石、新型碳材料等產(chǎn)品生產(chǎn)需求。而要構(gòu)建這種低碳化多能融合的新型能源體系，關(guān)鍵在于關(guān)聯(lián)各分系統(tǒng)的核心技術(shù)突破。

 

“區(qū)域的能源體系多了，就構(gòu)成了全國(guó)的能源體系”

 

目前，我國(guó)在煤化工領(lǐng)域已經(jīng)形成了一批核心技術(shù)，正處于完成工業(yè)示范并大規(guī)模推廣應(yīng)用階段，但在清潔能源多能互補(bǔ)與規(guī)模應(yīng)用上，一些關(guān)鍵技術(shù)仍需突破。

 

據(jù)悉，中國(guó)科學(xué)院為了加強(qiáng)能源研究的力量，已把不同能源領(lǐng)域的接近20個(gè)科研單位聯(lián)合起來(lái)，成立了中國(guó)科學(xué)院潔凈能源創(chuàng)新研究院，以促進(jìn)跨學(xué)科交流與創(chuàng)新，做關(guān)鍵技術(shù)的突破與示范。目前正在進(jìn)行的科研項(xiàng)目達(dá)40多個(gè)，其中近30個(gè)是工業(yè)示范項(xiàng)目。

 

“技術(shù)是首先需要解決的問(wèn)題，技術(shù)突破之后，我們才能構(gòu)建技術(shù)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)，才能進(jìn)一步做戰(zhàn)略分析和研究。最終我們要做一套國(guó)家能源決策的技術(shù)支撐體系，把所有與能源相關(guān)的技術(shù)都編到數(shù)據(jù)庫(kù)里，使不同能源之間通過(guò)技術(shù)可以連在一起。做能源規(guī)劃時(shí)，可以對(duì)比能效、二氧化碳排放、經(jīng)濟(jì)效益，優(yōu)選方案。”劉中民表示。

 

鑒于我國(guó)復(fù)雜的能源應(yīng)用場(chǎng)景，很難有一種通用的模式去實(shí)現(xiàn)多能融合的新能源體系構(gòu)建，因此劉中民表示，可選擇典型的、具有代表性的能源區(qū)域，通過(guò)具體區(qū)域場(chǎng)景的分析、綜合性的示范，研究技術(shù)之間怎樣合理搭配和有效優(yōu)化。“區(qū)域的能源體系多了，就構(gòu)成了全國(guó)的能源體系。”

 

據(jù)介紹，中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院目前已選定了山西大同、陜西榆林、甘肅武威、青海西寧4個(gè)各具特色的典型區(qū)域做能源綜合利用的示范。“大同有煤、風(fēng)電、光伏，是中國(guó)典型的能源區(qū)，資源很多；榆林是世界著名的大型煤化工基地，區(qū)域內(nèi)還有石油、天然氣、風(fēng)能、光伏，這是一個(gè)綜合性的規(guī)劃。”

 

另外，大連計(jì)劃投資35億元建設(shè)大型儲(chǔ)能項(xiàng)目，用作城市電力調(diào)峰，這套系統(tǒng)今后若和核電以及鞍鋼周邊的工業(yè)、沿海的風(fēng)電結(jié)合，未來(lái)將是新的示范形式。