【中國科學報】構筑能源新體系 助推“能源革命”

  來源:《中國科學報》

  發布時間:2019-09-26

  ■本報見習記者 韓揚眉

  能源是人類社會生存和發展的三大支柱之一,是我國現代化的基礎和動力。我國已成為世界上最大的能源生產國和消費國,但長期以來,“富煤、貧油、少氣”的資源稟賦特點,使得我國能源供應安全壓力增大、能源資源約束日益加劇、生態環境問題突出。

  加快構建清潔、高效、安全、可持續的能源新體系,對我國搶占新一輪能源革命戰略制高點、保障國家長遠利益至關重要。

  近日,在“中國科學院大連化學物理研究所發展戰略研討會暨七十周年所慶紀念大會”上,近百位能源化工領域專家學者和企業界代表聚焦變革性能源科技創新與產業發展,為能源新體系建設出謀劃策。

  化石能源清潔

  高效利用是關鍵

  “盡管非化石能源總量有明顯增加,但在未來一段時期內,以煤炭為主的化石資源仍然是主體資源?!敝泄こ淘涸菏?、中國科學院大連化學物理研究所所長劉中民說。

  來自國家統計局的數據可證實這一論斷。2018年,全年能源消費總量46.4億噸標準煤,比上年增長3.3%。煤炭消費量占能源消費總量的59%;天然氣、水電、核電、風電等清潔能源消費量占能源消費總量的22.1%,可再生能源發電裝機量達到7.28億千瓦,同比增長12%。此外,原油對外依存度從2010年的53.8%迅速飆升到2018年的71%,天然氣也提升至43.9%。

  然而,這種以化石能源為主的能源消費結構帶來諸多弊病。

  一方面,石油、天然氣資源對國外進口依賴程度高,嚴重威脅我國能源供應安全;另一方面,大規?;茉純⒗門歐帕舜罅慷躉?、氮氧化物、煙塵等污染物,導致生態環境惡化,大范圍、高強度的霧霾天氣倒逼能源轉型。此外,高碳化石能源的消耗還導致大量二氧化碳等溫室氣體的排放,減排壓力巨大。

  在當前形勢下,煤炭資源仍十分重要,推動以煤炭為代表的化石能源高效清潔利用,實現綠色低碳發展是能源轉型的關鍵。

  煤化工清潔利用主要分兩方面,且已經形成了一批核心技術,目前,正處于完成工業示范并大規模推廣應用的有利時期。一方面,通過高效轉化,實現化學品生產。比如,發展以煤為原料的現代煤化工,通過氣化、液化、新型焦化等途徑制取油品和替代石油制取大宗化學品,劉中民團隊在煤炭經甲醇制烯烴以及煤基乙醇技術上取得多項創新成果并實現產業化。

  就在9月15日,中國科學院院士、大連化物所研究員包信和團隊與陜西延長石油(集團)有限責任公司研發的煤經合成氣直接制低碳烯烴技術取得工業試驗成功,為我國進一步擺脫對原油進口的依賴,實現煤炭清潔利用提供了一條全新的技術路線。

  另一方面,通過煤炭燃燒和催化轉化過程中的技術革新,實現煤化工的清潔燃燒。目前,我國燃煤發電凈效率已突破50%,在煤電能耗、污染排放等方面的控制達到了世界領先水平。

  中國科學院院士、華東師范大學終身教授何鳴元從“綠色碳科學”概念出發,提出在化石能源利用時解決好碳循環嚴重失衡問題。他表示,當化石能源加工利用產生二氧化碳時,可以通過化學循環或者生態循環的方式,使之又變為燃料和化學品,盡量接近碳循環平衡。

  “集中排放的二氧化碳必須以工業的方式來解決,我國‘二氧化碳化工’研究正引領世界二氧化碳資源化利用的正確方向?!焙蚊?。

  可再生能源成為主攻方向

  當前,世界能源結構正處于從高碳到低碳以至走向無碳的過渡期。縱觀全球,風能、太陽能、生物燃料等可再生能源技術研發活躍,主要發達國家和地區提出了海上風電發展戰略,加速推動海上風能產業發展;深化布局光伏發電全產業鏈創新。此外,在纖維素乙醇、藻類生物燃料等生物能源技術領域也取得了重要進展。

  如果說化石能源清潔利用是我國在能源轉型過程中的“一條腿”,那么新能源和可再生能源則是其中不可忽視的“另一條腿”,它是優化我國能源結構的主攻方向。我國《能源生產和消費革命戰略(2016—2030)》中指出,到2030年和2050年,非化石能源占比要達到20%和50%,實現這一目標,任重道遠。

  “可再生能源的發展勢不可擋,也是全世界各國共同倡導和重視的方向??稍偕茉粗鴆教媧茉匆殉晌厝磺魘??!敝泄蒲г涸菏?、大連化物所研究員李燦說。

  他建議,加快發展太陽燃料技術。在李燦看來,我國可再生能源資源豐富,尤其西部大部分地區光伏和風電潛力巨大。其中,西南地區可大力開發利用水電,沿海又有豐富的風電資源,這些可再生能源的區域分布正符合我國區域經濟的能源需求,若將這些可再生能源部分轉化為太陽燃料,既解決儲能問題,又可通過智能電網合理調配可再生能源滿足多元化的市場需求,將電能和化學能優化互補,大大緩解我國對國外石油(化石燃料)高度依賴的國家能源安全問題,將成為同時解決我國能源問題和環境生態問題的一種方案。

  此外,氫能源和甲醇燃料也成為全球新一輪的發展熱點,尤其是以燃料電池為代表作為應用工具正在多個領域進行商業化運營。

  南方科技大學清潔能源研究院院長劉科表示,“抓住了氫能源的平衡,就抓住了能源的核心?!彼賦?,氫燃料電池的未來在液體甲醇,目前甲醇制氫的成本大大降低,已完全具備產業化條件,“全球甲醇的供應量幾乎沒有問題,且提供了一條從化石能源向可再生能源轉化的成本最低的線路”。

  不過,在燃料電池應用推廣過程中,仍面臨諸多挑戰。我國研究機構與企業紛紛在基礎、應用研究上進行布局和投入。

  頂層設計 構建能源新體系

  能源轉型要堅持化石能源與可再生能源“兩條腿”齊頭并進、相互補充。在劉中民看來,要實現構建清潔低碳、安全高效的能源體系的戰略目標,還必須從能源系統頂層設計角度出發,以能源技術創新為引領。

  “無論是煤炭、石油、天然氣等化石能源,還是可再生能源和核能等新能源,其目的都是向用戶提供電力、熱能以及油品和化學品。它們雖目標一致,但沒有‘合并同類項’,能源結構中各系統相對獨立,沒有形成一個完整的能源體系,整體效率不高?!繃踔忻袼?。

  的確,多能融合互補是能源變革的發展趨勢。有專家指出,應對世界能源變局、突破我國能源困局、開創能源新局,需要利用能源科技創新國家隊的力量把分散、偶然、戰術性的創新轉變為系統、必然和戰略性的創新,以更好更快地把我國建設成為能源強國。美國、德國等發達國家已開始探索一體化、智能化多能融合體系的架構設計。

  目前,中科院大連化物所正在牽頭籌建潔凈能源創新研究院,推動能源領域的國家實驗室建設,以期探索建立創新鏈、產業鏈、資金鏈、政策鏈相互交織、相互支撐的全鏈條創新體系。

  “要發揮舉國體制優勢,打破能源領域板塊壁壘,突破高效催化、低碳制氫、規模儲能等一批戰略核心技術,搶占能源技術戰略制高點,實現化石能源與可再生能源及核能的低碳化戰略融合與發展?!繃踔忻袼?。

  以下是該媒體報道地址://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2019/9/349876.shtm

版權所有 © 中國科學院大連化學物理研究所 本站內容如涉及知識產權問題請聯系我們 備案號:遼ICP備05000861號 遼公網安備21020402000367號