
凯发K8国际凯发K8娱乐官网ღღ★!能源产业凯发K8国际官方网站凯发k8国际ღღ★。“十三五”我国能源产业以高分收官ღღ★。5年来ღღ★,能源革命稳步推进ღღ★,技术创新多点开花ღღ★,风电ღღ★、光伏发电ღღ★、水电规模稳居世界第一君牧ღღ★。站在“十四五”这一新的历史起点上ღღ★,能源产业又该如何走好下一个五年?多位院士专家为此建言献策ღღ★。
“十三五”期间ღღ★,国家出台了首份“地热能开发利用规划”ღღ★,推动了地热能产业的发展ღღ★。现在ღღ★,我国拥有世界上规模最大的地热能产业ღღ★,地热供暖面积超过11.4亿平方米ღღ★,加上温泉ღღ★、旅游ღღ★、康养等的折算ღღ★,我国已经拥有人均一平方米的地热清洁供暖ღღ★。
科技研发不断转化为现实生产力ღღ★,使地热产业逐步走上高质量发展的道路ღღ★。目前ღღ★,我国正在筹办2023年世界地热大会ღღ★,国际影响力不断提升ღღ★,海外地热能市场也在逐步打开ღღ★。这些都表明ღღ★,地热能“十三五”规划的目标已基本实现ღღ★。
今年是“十四五”开局之年ღღ★。我们面对的是国家实现“2030年前碳达峰”“2060年前碳中和”两个新的奋斗目标ღღ★。我国能源发展由清洁高效进入了降碳节能的新阶段ღღ★。而作为清洁ღღ★、零碳能源的地热能ღღ★,迎来了空前的发展机遇ღღ★。
一是城镇地热供暖(制冷)产业发展迅速ღღ★。基于大型优质层状碳酸盐岩热储ღღ★,中深层地热能实现了地热供暖规模化ღღ★。其中ღღ★,雄安新区的雄县打造了堪称世界样板的“无烟城”ღღ★。浅层地热能更是向江湖河海的“水空调”技术方向迈出了一大步ღღ★。在江苏南京的江北新城ღღ★,长江水空调项目规模达到千万平方米ღღ★,发展很快ღღ★。根据最新调研ღღ★,长三角地区这类资源潜力巨大ღღ★,在未来地热能产业中将占据重要份额ღღ★。
二是从事能源生产的大型央企普遍投资地热能ღღ★。这些企业在清洁高效和降碳节能双重压力下ღღ★,试图借助地热能实现能源结构转型ღღ★。煤炭ღღ★、石油ღღ★、核能等大型国有企业在资源ღღ★、基础设施和技术上拥有多重优势ღღ★,已经成为地热能产业的领头羊ღღ★。例如ღღ★,中核集团在西藏谷露成功打出高温地热井ღღ★,正在推进地热发电项目ღღ★;中国石油计划在大庆油田大规模开发利用地热能ღღ★。
三是地方政府在政策上加大了对地热能的扶持ღღ★。结合当地的国民经济和社会发展规划ღღ★,在建筑节能ღღ★、文化旅游和康养医疗等方面ღღ★,支持地热能的发展ღღ★。以河南省为例ღღ★,为了扭转“火电围城”的被动局面ღღ★,近年来该省出台了大量优惠政策ღღ★,同时在科技转化上下功夫ღღ★,大大推动了地热能产业发展ღღ★。大湾区的广东等地发挥财政和技术方面的优势ღღ★,近几年在地热能技术研发上的投入增加很快ღღ★。如果能够抓住“建筑制冷”这个现实需求ღღ★,也可以实现快速发展ღღ★。
“十四五”时期ღღ★,在体制和政策方面ღღ★,建议要解决好五大问题ღღ★。第一ღღ★,把“政策供暖线”边界由黄河为界调整到以长江为界ღღ★。第二ღღ★,推广“特许经营权”等有效的市场准入模式凯发K8官方旗舰店APPღღ★,基于开放提高产业发展质量ღღ★。第三ღღ★,为地热发电提供电价补贴ღღ★,改变我国地热发电的落后局面ღღ★。第四ღღ★,基于地热能的可再生能源本质属性ღღ★,落实免税政策ღღ★。第五ღღ★,改革地热矿权管理机制ღღ★,形成适合地热流体矿产的新机制ღღ★。
在科技研发方面ღღ★,“十四五”要面向未来ღღ★,支持新的研究方向ღღ★。在风光电力快速发展的背景下ღღ★,重点支持地下“储能”等技术研发ღღ★,更好地发挥地热能作为连续稳定基础负荷的作用ღღ★。同时ღღ★,发展优势互补的综合能源系统ღღ★。为此ღღ★,需要加大财政投入ღღ★,搭建更好的研发平台ღღ★,壮大地热能战略科技力量ღღ★。
“十三五”时期ღღ★,我国现代煤化工技术进入快速突破期ღღ★。“十四五”期间ღღ★,保障国家能源安全和应对气候变化将是我国能源发展的核心议题ღღ★,也是现代煤化工高质量发展的重要目标ღღ★。同时ღღ★,煤化工产业也将面临更为复杂的政策ღღ★、内外环境ღღ★、市场竞争的挑战ღღ★,亟须进一步加强顶层设计ღღ★,以科技创新推动行业高质量发展ღღ★。
随着我国提出“2030年前碳达峰”“2060年前碳中和”的目标ღღ★,“十四五”时期煤化工产业的发展必将面临更大的碳减排压力ღღ★。相比传统煤炭利用方式ღღ★,现代煤化工虽然二氧化碳排放有所减少ღღ★,但如何进一步清洁化ღღ★、低碳化发展ღღ★,还需要重新审视其定位和技术途径的合理性ღღ★。
在国家生态文明建设总体要求下ღღ★,清洁生产及污染治理的要求会日趋严格ღღ★。在煤化工项目集中区域ღღ★,如能源“金三角”地区ღღ★,国家正在大力推进黄河流域生态保护与高质量发展战略区域建设ღღ★,煤化工行业在常规污染物排放ღღ★、水资源获取及废水排放方面将会面临更为严格的要求ღღ★。
绿水青山就是金山银山ღღ★。“十四五”时期ღღ★,煤化工生产要加快绿色低碳发展进程ღღ★,减少碳排放ღღ★,甚至实现零排放ღღ★。煤化工的碳排放属性是过程排放ღღ★,而非煤炭燃烧排放ღღ★。因此ღღ★,仅依靠煤化工系统自身的技术进步和效率提升ღღ★,实现煤低碳清洁发展仍将面临挑战ღღ★;从全生命周期看ღღ★,化石能源在利用过程中排放二氧化碳是原理上不可避免的事实ღღ★。
笔者建议ღღ★,“十四五”应加强顶层设计凯发K8官方旗舰店APPღღ★,将煤化工放在能源系统的大格局下统筹考虑ღღ★,以多能融合打破现有能源领域行业板块壁垒ღღ★,推动各能源系统间资源优势的“合并”君牧ღღ★,解决煤化工低碳清洁发展问题ღღ★。
此外ღღ★,建议国家积极在典型地区推进煤化工和可再生能源制氢融合示范ღღ★,促进煤化工绿色低碳化发展ღღ★、氢能产业规模化发展ღღ★;拓展二氧化碳资源化利用途径ღღ★,实现煤化工与可再生能源低碳融合ღღ★,助推区域各能源品种清洁融合利用ღღ★,先行先试“碳中和”目标下的煤化工发展技术与路径ღღ★。
发展高质量的煤化工还必须要重视科技创新的引领作用ღღ★。“十四五”时期更需集中煤化工行业“政产学研金服用”全链条力量ღღ★,推进煤化工大型ღღ★、先进装备的研制和国产化ღღ★,煤化工产业融合化ღღ★、基地化ღღ★、规模化ღღ★、高效化发展ღღ★,煤化工产业链延伸及产品耦合发展ღღ★,煤化工与清洁能源多能互补应用ღღ★,煤化工与其他基础工业ღღ★、生态环境产业协调发展ღღ★。
不仅如此ღღ★,“十四五”还应进一步发挥我国新型举国体制优势ღღ★,强化顶层设计ღღ★,促进国内能源研究领域优势力量的联合与协同ღღ★,构建面向需求ღღ★、协调一致的多能融合技术研发和政策支持体系ღღ★,以科技进步促进煤化工行业高质量发展ღღ★,推动工业结构全面转型升级ღღ★。
当前ღღ★,现代煤化工的主要定位是通过制取油品和大宗化学品ღღ★,以缓解石油依存度过高的问题ღღ★,弥补国家能源的结构性缺陷ღღ★,为国家能源安全提供战略支撑和应急保障凯发K8官方旗舰店APPღღ★。但现代煤化工的定位不应仅局限于“石油替代”ღღ★,而要充分利用现代煤化工的特色ღღ★,促进与石油化工的协调发展ღღ★,探索化石能源与新能源ღღ★、清洁能源等多种能源互补融合与协调发展的新模式ღღ★,以能源的基础作用带动工业结构的全面升级ღღ★。
氢被誉为未来世界能源架构的核心ღღ★,也被认为是最洁净的燃料ღღ★。不过ღღ★,如果氢气来自于化石燃料ღღ★,则其制备过程并不“洁净”ღღ★。目前ღღ★,商用氢气96%以上是从化石燃料中制取ღღ★,制氢过程中会排放大量二氧化碳ღღ★,这类氢气也被称为“灰氢”ღღ★。
发展氢能不可以偏离初衷ღღ★。从环境和生态的角度来看ღღ★,通过风电ღღ★、光伏等可再生能源制氢ღღ★,不仅能够实现“零碳排放”ღღ★,获得真正洁净的“绿氢”ღღ★,还能够将间歇ღღ★、不稳定的可再生能源转化储存为化学能ღღ★,促进新能源电力的消化ღღ★,由此带来的生态环境效益和经济效益是难以估量的ღღ★。
我国可再生能源十分丰富ღღ★,开发力度也位居世界前列ღღ★,新能源新增及累计装机容量均排名世界第一ღღ★。为落实“2030年前碳达峰”和“2060年前碳中和”的目标ღღ★,“十四五”时期还需要进一步加大力度发展可再生能源ღღ★,进而进行可再生能源制氢ღღ★,这将是碳减排的重要路径之一ღღ★。
实际上ღღ★,包括海水在内的水资源是地球上最大的“氢矿”ღღ★,电解水制氢被认为是制备氢气的有效方法ღღ★。但是ღღ★,可再生能源电解水制绿氢能否实际解决并应用于规模化减碳ღღ★,还需要克服三大难题ღღ★:电解水的大规模ღღ★、低能耗和高稳定性ღღ★。笔者认为ღღ★,这应该是“十四五”需要重点解决的工程技术难题ღღ★。
要实现这三者的统一ღღ★,首先需要研发新型电极催化技术ღღ★、先进的隔膜和电解槽组件技术及其系统工程技术ღღ★,才能克服电解水电极催化剂活性低君牧ღღ★、能量转化效率低等关键技术问题ღღ★。例如ღღ★,在低电压下增大产氢电流密度ღღ★、降低制氢能耗ღღ★,提升稳定性ღღ★、扩大单体电解槽设备制氢规模等ღღ★。
目前ღღ★,电解水制氢均采用纯度较高的淡水为原料ღღ★,若全球需氢量剧增ღღ★,用丰富的海水资源直接制备氢气将是一种途径ღღ★。电解海水更须具备“大规模”“低能耗”和“高稳定性”才能实现工业化应用ღღ★。目前ღღ★,淡水条件下的电解水技术将为电解海水制氢奠定基础ღღ★,从原理和技术发展的态势看ღღ★,实现电解海水制氢技术上也完全可行ღღ★。
“十四五”要想把氢能产业做强ღღ★、做大ღღ★,可再生能源电解水制氢势在必行ღღ★。一方面ღღ★,可再生能源电解水制得的绿氢不仅可以直接作为燃料电池的燃料ღღ★,另一方面ღღ★,将其与二氧化碳相结合还可以合成甲醇君牧ღღ★。甲醇是液体燃料ღღ★。它可以像汽油一样运输ღღ★、储存ღღ★,被输送到加氢站后再转化成氢ღღ★。这样就可以缓解氢燃料电池“制ღღ★、储ღღ★、运ღღ★、加”的安全性和成本问题ღღ★。
以甲醇为氢源的氢加气站的方案具有多项优点ღღ★,建议“十四五”时期进行推广凯发K8官方旗舰店APPღღ★。与传统的氢气加气站不同ღღ★,新方案既可以解决高压运输ღღ★、储存和加氢的安全问题ღღ★,还能够实现二氧化碳回收和用氢全过程清洁的目标ღღ★,可以形成油ღღ★、醇ღღ★、氢共站的新局面ღღ★。
用绿色氢能转化二氧化碳合成的甲醇被称之为“太阳燃料”或“液态阳光”甲醇ღღ★。“液态阳光”甲醇是一种零碳排放液态燃料ღღ★,也是一种重要的绿色化工原料ღღ★。若“液态阳光”甲醇能够实现大规模使用ღღ★,有望替代部分由煤炭ღღ★、石油ღღ★、天然气等化石能源合成的甲醇ღღ★,建立新型绿色低碳ღღ★、高效的能源系统ღღ★,催生新兴的能源经济产业ღღ★。
回顾我国石油工业的发展历史ღღ★,陆上油气勘探已全面进入非常规时代ღღ★。“十三五”期间ღღ★,我国非常规油气勘探开发取得“革命性”突破ღღ★,实现了从常规油气向非常规油气的工业化发展ღღ★。2020年ღღ★,我国非常规油气产量接近7000万吨油当量ღღ★,成为“稳油增气”的最现实资源ღღ★。其中ღღ★,非常规油是产量稳定的“砝码”ღღ★,预计2030年将占原油总产量的20%ღღ★;非常规气是产量增长的“主力”ღღ★,2030年有望超天然气总产量的50%ღღ★。
非常规油气革命性跨越式发展得益于理论ღღ★、技术ღღ★、管理“三个创新”ღღ★。理论创新打破了常规渗透性储层ღღ★、经典圈闭油气成藏的概念ღღ★,突破了直井达西渗流开发的技术路线ღღ★,提出了连续型“甜点区”非常规油气理论ღღ★,为非常规油气地质新学科的建立奠定基础ღღ★。技术创新打破了直井为主的井筒方式ღღ★,创建了非常规油气水平井ღღ★、平台式ღღ★、体积压裂形成“人造油气藏”理论ღღ★,突破了依靠达西渗流开发的传统认识ღღ★。管理创新突破了科技ღღ★、管理ღღ★、市场分界围墙ღღ★,建立一体化最优降成本机制与体制ღღ★。非常规“低品位”资源ღღ★,必须“低成本”开发ღღ★,尤其在中低油价时代ღღ★,“低成本战略”将成为油公司发展的生命ღღ★。
非常规油气在地质理论ღღ★、开发技术ღღ★、管理模式等方面不同于常规油气ღღ★,产业发展具有“三个必然”特点ღღ★。第一ღღ★,常规非常规油气有序聚集的基本规律ღღ★,指导油气勘探开发从常规进入非常规油气新阶段ღღ★,是石油工业发展的必然历史趋势ღღ★。第二ღღ★,非常规油气开发需建立“人造油气藏”理论技术ღღ★,实现地下页岩油原位转化ღღ★、地下煤炭气化ღღ★、地下水平井压裂体积开发ღღ★,通过颠覆性创新突破瓶颈技术ღღ★,是非常规油气开发的必然要求ღღ★。第三ღღ★,非常规油气开发向深层ღღ★、新区新领域ღღ★、原位改质油化与气化等方向发展ღღ★,开发难度不断加大ღღ★。在未来将持续中低油价的大趋势下ღღ★,创新低成本技术是非常规油气开发的必然路径ღღ★。
由此ღღ★,必须做好非常规油气领域“十四五”战略规划部署ღღ★,努力谋划实现非常规油气“三个突破”ღღ★。第一ღღ★,以川南海相古老储层开发为代表的“页岩气突破”凯发K8官方旗舰店APPღღ★,重点推动深层资源有效动用ღღ★,积极开展新区新领域攻关试验ღღ★,打开新局面ღღ★。未来努力在四川盆地建成“川渝天然气大庆”ღღ★,推动我国天然气产量再上新台阶ღღ★。第二ღღ★,以中低成熟度ღღ★、中高成熟度页岩油开发为代表的“页岩油突破”ღღ★,创新油气开发理念ღღ★,分别采用地下原位转化ღღ★、水平井体积压裂技术路线ღღ★,建立页岩油地下“人造炼厂”和“人造渗透率”ღღ★,保障国内原油产量生产底线ღღ★。第三ღღ★,以煤炭地下气化为代表的“煤制气突破”ღღ★,将煤炭在地下加热ღღ★,生成氢气ღღ★、甲烷等气体产物ღღ★,结合二氧化碳捕获ღღ★、利用与封存技术(CCUS)ღღ★,实现煤炭清洁化利用ღღ★,推动我国天然气快速上产ღღ★。
“十四五”期间ღღ★,继续加大国内油气勘探开发力度ღღ★,加大理论科技创新力度ღღ★,用科技支撑当前ღღ★、引领未来非常规油气发展ღღ★。我国非常规油气发展潜力很大ღღ★,理论突破ღღ★、技术研发仍需加大科技投入凯发K8官方旗舰店APPღღ★,提升自主创新力度ღღ★,促进人才队伍与实验室建设ღღ★。大力发展非常规油气ღღ★,为保障国家能源安全奠定资源基础ღღ★,为油气储量增长ღღ★、产量增加提供资源保障ღღ★。
能源和环境的和谐发展是社会进步的必然趋势ღღ★,构建清洁低碳且安全高效的能源及化工体系是新时代削弱负环境效应和能源发展的重要措施凯发K8官方旗舰店APPღღ★。为实现我国提出的“碳中和”承诺ღღ★,须通过节能减排ღღ★、植树造林及使用可再生能源等措施ღღ★,减少或抵消碳排放ღღ★。生物质不仅是一种重要的可再生资源ღღ★,也是一种碳中性的载体ღღ★。因此ღღ★,创新君牧ღღ★、高效ღღ★、绿色ღღ★、经济地开发生物质资源ღღ★,对实现“碳中和”具有非常重要且不可替代的推动作用ღღ★。
目前ღღ★,生物质的利用主要借鉴石油及煤等成熟产业技术ღღ★,采用热解ღღ★、气化ღღ★、发酵等技术进行能源化高效利用ღღ★,多以碳原子高利用率为重要考量指标ღღ★。然而ღღ★,生物质与煤ღღ★、石油等化石资源最大的区别在于其极高的含氧量ღღ★,初始氧含量超过45%ღღ★。为了实现类化石基燃料的高效制备ღღ★,往往需要通过加氢脱氧技术降低其氧含量ღღ★,此过程需要碳损失或氢投入ღღ★,从而导致目标产物的产率过低和投入成本增加ღღ★,使得生物质基燃料的竞争力不强ღღ★。从化学势能角度ღღ★,传统煤和石油基产品的化学裂解技术是将有序化大分子裂解为小分子的熵增化学热力学过程ღღ★,从而损失了部分化学势ღღ★。
长期以来ღღ★,生物质资源的高含氧量被认为是生物质能源化利用的缺点ღღ★。克服这样的缺点ღღ★,关键在于如何利用氧原子ღღ★。重新审视“氧原子”的地位ღღ★,把“脱氧”换为“用氧”ღღ★,充分地利用氧原子实现高值产品定向合成ღღ★,可以大大提高生物质利用过程的原子经济性和系统技术经济性ღღ★。
从元素和化学结构的角度来看ღღ★,生物质中的氧主要分为可用氧和不可用氧ღღ★,其中可用氧对于制备高值化学品至关重要ღღ★。此外ღღ★,一些高值含氧化学品的定向制备过程也可投入外部氧ღღ★,如气氛氧(氧气ღღ★、空气等)和化学结构氧(活性含氧官能团)ღღ★。生物质中氧赋存形态呈现出的多样化ღღ★,导致了生物质基高值含氧产品的多样化ღღ★。这就决定了产品需要以化学品ღღ★、燃料及材料的多联产形式呈现ღღ★。而这样的产品组合形式ღღ★,对于提高技术路线经济性及抵御市场变化风险都大有裨益ღღ★。此外ღღ★,考虑到生物质原始化学结构的复杂性ღღ★,需要生物质大分子的定向转化或借助平台化合物进行分子结构重构ღღ★,可实现局部热力学熵增最小化或熵减的化学势高效利用过程ღღ★。
在“碳中和”大背景下ღღ★,提出高效利用生物质可用氧的策略ღღ★,耦合具有化学热力学优势的工艺路径ღღ★,可实现较高的原子经济性和系统技术经济性ღღ★,是生物质创新且高效利用的新视角ღღ★、新思路ღღ★。生物质转化为能源产品可以实现零排放ღღ★,而生物质转化为化学品和材料则为负排放ღღ★。因此ღღ★,“十四五”期间ღღ★,充分有效利用生物质中的氧实现燃料ღღ★、化学品及材料联产ღღ★,一定可以在实施“碳中和”战略目标中发挥出重要且不可替代的作用ღღ★。
截至目前ღღ★,包括中国在内的全球70%左右的排放国家ღღ★,都公布了2050年或2060年前实现“碳中和”的目标ღღ★。该目标如同一面旗帜ღღ★,引领各国新一代技术的研发ღღ★。未来一段时间ღღ★,全球范围内的能源ღღ★、工业ღღ★、交通ღღ★、建筑等领域ღღ★,都将进入技术变革的时代ღღ★。
目前ღღ★,欧盟ღღ★、美国凯发K8官方旗舰店APPღღ★、日本等国家在新一代技术研发方面已经走在国际前列ღღ★。欧盟已确立严格的目标ღღ★,即争取在2030年之前促使欧盟的技术超越其他国家ღღ★。我国也必须尽快明确新一代技术的研发方向ღღ★,否则就会在新的经济发展阶段再次落后ღღ★。
要想实现“碳中和”ღღ★,就需要整个经济体系实现深度减排ღღ★。我国要想在2060年前实现这一目标ღღ★,能源系统就需要在2050年实现净零排放ღღ★,之后再进入负排放ღღ★。工业ღღ★、交通ღღ★、建筑等领域则需要大幅度提升电力化水平ღღ★,并在一些难以减排行业实现变革性的创新ღღ★。
对我国来讲ღღ★,能源领域重大技术创新包括高可靠性电网技术ღღ★、新一代低成本高可靠性储能技术ღღ★、先进核电技术ღღ★、先进电解水制氢技术ღღ★、大规模利用生物质能发电技术及CCS技术等ღღ★。工业领域则需要重点突破钢铁ღღ★、化工ღღ★、有色金属冶炼的氢基工艺和技术等ღღ★。交通领域需要在电力ღღ★、氢ღღ★、生物燃料零排放飞机ღღ★,电动和氢燃料电池船舶ღღ★、火车ღღ★、重卡ღღ★,及新一代城市零碳排放交通系统等方面实现技术突破ღღ★。建筑领域则聚焦于超低能耗建筑的普遍性适用技术的创新ღღ★,同时还包括新材料技术ღღ★、空气直接捕获CO2技术等ღღ★。
目前ღღ★,发达国家已经在很多零碳技术研发方面进行了长期的研究ღღ★,水平处于优势地位ღღ★。我国由于最近才公布“碳中和”目标ღღ★,导致很多针对“碳中和”的变革性技术研发还没有得到足够的重视ღღ★,技术已落后于其他国家ღღ★。
“碳中和”目标下需要技术创新及经济转型ღღ★。由于欧盟等发达国家在中国公布“碳中和”目标后ღღ★,进一步加强减排力度ღღ★,其技术研发速度也会加快ღღ★。美国和日本等国也不甘落后ღღ★,留给我国的时间很急迫ღღ★。
为此ღღ★,“十四五”期间ღღ★,我国应针对“碳中和”目标下各个领域的技术研发提出方向性的战略部署ღღ★,并利用国家研发专项来引导大学和科研机构进行相应的转变ღღ★。此外ღღ★,还应更加明确企业的技术研发方向ღღ★,促进企业在创新零碳技术方面保持国际竞争地位ღღ★。目前ღღ★,我国许多大型企业已经开始研究各自的“碳中和”路径ღღ★。在国资委的要求下ღღ★,各个央企和大型国企都已经在行动中ღღ★,但还是需要国家在零碳技术研发战略中尽快制定一个明确的方向ღღ★。
与此同时ღღ★,一些非常重要的技术ღღ★,如先进制氢技术ღღ★、先进核电技术ღღ★,还需要国家给予重点扶持ღღ★。特别是核电ღღ★,我国需加快第四代核电和核聚变的研究ღღ★,建议国家在数年内投入千亿元以上的资金进行相关技术的研发ღღ★,从而确保我国在未来能源领域中处于全球领头羊地位ღღ★。