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汤广福:如何构建新型能源体系 2023-09-17 11:58:56

摘要:能源新闻网讯,昨天上午,2023全球能源转型高层论坛在昌平区未来科学城开幕。论坛期间,还将举行主论坛、九大专题分论坛、签约和揭牌仪式等活动。

能源新闻网讯,昨天上午,以“能源安全 绿色转型”为主题的2023全球能源转型高层论坛在昌平区未来科学城开幕。

 

开幕式后,与会领导来到华为、国家能源集团、隆基等展区,参观了论坛举办的科技成果展览展示。论坛期间,还将举行主论坛、九大专题分论坛、签约和揭牌仪式等活动。

 

下面是主论坛活动中中国工程院院士汤广福先生的发言:

 

谢谢高所长,感谢会务组的邀请,很高兴有机会跟大家分享一下如何构建新型能源体系。我的报告分为以下四个部分:首先我们回顾一下我们国家的能源发展现状。

 

从十八大之后,总书记就提出了能源革命,十九大提出了“构建清洁低碳安全高效的能源体系”,二十大报告提出了“加快规划建设新型能源体系,确保能源安全”,特别是七十五届联合国大会总书记提出了“双碳”目标,这些重要论断为我国的能源发展指明了方向,也是我们努力奋斗的目标。

 

我们回顾一下我们国家能源的总体情况,2022年我国能源消费总量是54.1亿吨标准煤,占到世界的26.2%,四分之一以上,全球大概生产了205亿吨的标准煤,54亿吨能源在中国用着,这是一个大数。这54.1亿吨标准煤中非化石能源占9.5亿吨,占比17.5%,我们大概比世界平均水平低0.5%左右,我们化石能源占比压力要大一些。在化石能源占主体的这一方面,我们消费的煤炭30.4亿吨,占能源消费56.2%,但是占世界煤炭消费的53%,一半以上的煤炭是在中国用的。

 

石油这块2022年6.7亿吨,比2021年有所下降,占能源消费总量17.9%,所以我们自己产的大概2.05亿吨石油,71.2%依赖外国进口,这个数逐年在下降,特别是总书记提出了要保2亿吨的红线。天然气消费是3600亿立方米,自产大概2200亿立方米,所以这个依存度也是从“十四五”逐步在下降,这是能源的总体现状。

 

化石能源整个结构造成我国二氧化碳排放总量110亿吨,约占世界排放总量28%,其中能源活动造成90亿吨,占我国碳排放总量的84%,发电占了46%,我们的碳排放比美国、欧盟和印度的总和还要高,所以一方面能源总量很大,保供应,另一方面因为化石能源比重较高,排放量大,又是转型。我们能源整个发展现状,风电、光伏增长迅猛,加速发展国家政策,所以我们累计风电是3.7亿,占比8.6%,光伏是3.9亿,占比是4.9%,这个总占比光伏、风电13.5%,这个比例并不高。大家宣布风电、光伏第一大国,但是我们的相对值在国际上,像英国和德国已经都是在40%,所以我们发展的空间很大,相对值差距。

 

另外我们常规水电可开发也就6.9亿千瓦,经济性可开发4亿千瓦,随着转型成本的提高,经济性开发还会再增加一些,常规水电容量3.7亿,占总发电量15%,这几年就在15%左右徘徊。核电总装机占了2.2%,电量占了4.8%,所以核电整个这块作为清洁能源占比在我们国家总的比较小。

 

我们大力发展储能和氢能,特别是我们储能整个这块,总得来说装机很大,5940万千瓦,抽水蓄能占比77.1%,还是主要的,新型储能总的来说占比不到15%。我们氢能4000万吨,增长很快,但是这中间八成以上都是煤和天然气化石制氢,绿氢的成分比较小。

 

最后看看能源的消费现状,城镇集聚了63.89%的人口,消费了85%的能源,产生了75%的碳排放,60%的钢铁、58%的铝、70%的水泥、31%的汽车,整个消费偏重工业。我们这么多年调结构,总量没有调下来,牵扯到就业各方面,能耗高跟重工业有关。另外工业终端用能这块占总能耗38%,比美国和日本都要高得多,从这能看出整个的能源结构,这是简单回顾一下现状。

 

我们看看能源转型的路径,先看看世界发展转型的路径,固态、业态、气态、可再生,煤炭、石油、天然气、可再生,基本是这样一个路径。最具代表性的,像美国走的是能源独立,1974年第四次中东战争,投入了五十年,实现了液燃油气的开发成功,实现了真正的能源独立,这是我们参考的标准。我们国家到现在为止也没敢谈能源独立的问题,总量太大。

 

欧盟一直是倡导低碳发展,去煤化,发展可再生,非化石能源占比2020年就占到28.8%,我们2030年的目标也到不了,比这还要低一些。虽然俄乌战争有所影响,但是大的趋势不变,日本能源整个资源匮乏,所以它节能优先,整个GDP能耗是世界平均水平的54%,实际上大的转型趋势很清楚,美国、欧盟和日本这三个标杆都是我们国家能源转型努力发展的一种方向。

 

我们国家能源转型总体思路其实很清楚,在煤炭时代,2020年煤炭消费占比为57.7%,到2060年可再生能源时代,可再生能源占到63.3%,希望煤炭降到7%,特别是2030年达峰,2060年碳中和,我们只有30年的时间,世界平均达峰到中和是53年,所以我们达峰难,中和更难。在这样的情况下,能源的生产、加速向清洁能源转型,向风光整个政府指导的政策加速发展,能源的输送系统将来要变革,以风光为主的能源,虽然我们现在占比比较少,已经出现了弃风等很多问题,根本性的传输系统要变革。还有就是能源的消费方式要灵活多样,都要参与,这样才能构建清洁低碳、安全高效的能源体系。

 

我们可以看崭新的路径,一是快速发展,提升风光资源。2030年风电光伏是第一大装机主体,这可能会更快,2045年装机超过50%,2040年是第一大电量主体,大家可以看这个数,如果参照前面说的英国和德国来说,它风光2021年已经成为电量主体,比它们滞后了整整二十年的时间。当然我们2060年希望装机和电量都到90%以上,风光的占比,所以现在整个风光政策包括西部大力的开发都在做。

 

四是要稳步推进电源结构的调整,我们还没有达峰,火电2030年要达峰,其中煤电要到13.7亿,最近又释放了煤电,世界上不理解,我们靠天吃饭,我们煤电兜底保障,我们还没有达峰,所以我们现在大概11.1%,有两亿煤电还要继续增加。2030年以后会快速下降,油气的勘探开发2040年达到峰值3亿千瓦,趋于稳定。常规水电2030年,有经济性的基本开发完了,也就4亿,随着转型成本的提高,我们希望能多开发一些,水电可再生,是个非常好的资源。另外积极稳妥的发展核电,我们预计2050年装机2.3亿,如果考虑内陆的核电可能装机到4亿,我们希望将来能源占比,整个核电占电量这块能超过10%以上,这是中国基本的国策。

 

还有就是在能源的发展过程当中,要提高大规模、远距离输送和柔性互济的能力,这是新型电力系统构建,实际上要跨区输电在2030年、2060年基本上达到2.7亿-6亿千瓦,比现在还要增加,西电东送将会长期存在。未来跨区输电不仅仅是单向的,可能有双向的互动,柔性的、弹性的调节能力会增大,发挥电网的间接储能作用,这个作用一定要发挥。

 

多种能源的互联互通,现在政府正在推进西气东输、南气北上、东北入关等等,构建一张网,电网特高压已经形成了,油气管网正在加速构建。另外将来在西部能源基地、东部海上电能、天然气、氢能、液态储氢载体等等,包括甲醇、液氨等等多种能源互联互通,这些提高能源整体效率,这是大的思路。

 

中国能源转型面临的主要挑战是什么?

 

一、中国特色,如何发挥煤电的兜底保障作用?在这个过程中间怎么样让煤电逼近气电,让我们假定2060年还有7亿装机煤电,让它都灵活起来,作为灵活性制造技术,这样来实现整个支撑新能源发展。

 

二、油气,我们现在2.05亿吨的油气,水中找油,水中捞油,捞不着了,到2030年包括化工,我们油气还要增长,所以非常规油气的开发攫取的战略资源要考虑。

 

三、低成本的负碳技术,改变碳中和的路径,实际上负碳技术降低成本,能够让我们化石能源在2060年7亿的煤炭装机,甚至天然气等等用的多一些,所以负碳技术的成本很关键,我们这方面跟美国差距还很大。

 

四、如何提高风电光伏的效率,风电怎么降低成本,怎么解决国产自主可控,6兆以上的国产化。还有提高光伏的效率,像钙铁矿,现在大家都看到了希望,这些都需要我们加大新兴产业。

 

五、适度发展核电,特别是先进的核电技术,先进天然快堆、高温气冷堆、小堆技术,特别是核电资源的高效利用,还有废料的处理等等一系列,这些我们要适度的加快发展。

 

六、如何构建新的电网形态,我们新能源占比风光这么高,电网是什么样子,我们不清楚,这是世界性难题。另外就是新型的装备支持新型的电网,这些电工材料,前面我们都说到了先进材料技术遇到新的卡脖子问题。

 

七、灵活电源,天然气很好,它是清洁能源,欧洲低碳转型就是天然气,中国少气,我们灵活电源怎么办?将来灵活的煤电、气电、新型储能,包括电力市场机制、供需互动、需求管理都能启动起来,我们大概将来要有将近30亿千瓦的灵活电源,如果有灵活电转型很容易,新型电力系统也很容易构建。很遗憾的是,老天爷不公平,灵活电源在中国太少。

 

八、打造氢能技术体系,我们整个这块差距很大,十年。

 

最后简单过一下,我们能不能转型成功关键还是要靠创新,我们设定的转型路径依赖于技术预测的突破。

 

一、化石能源的高效开发和清洁利用,我们正在做的是煤炭灵活,调峰煤炭,绿氢耦合等等非常规油气的开发。另外我们同时要布局这些前沿,煤炭低碳发电,化学链燃烧,地下气化,液燃油气的改质开采,这些都是我们要做的事。

 

二、大规模清洁能源的开发,像钙钛矿这些我们在做,大容量风机,先进核能,清洁能源广域时空互补在做。同时我们要布局前沿,像这种量子点的高效钙钛矿变革性光伏,它的理论效率到80%,美国也都在布局了,零碳燃烧的合成,包括小型堆、核聚变,前面都说到了。

 

三、多能流柔性传输与安全运行技术,新型电力形态构建,先进输电技术装备,安全防御,油氢的多电耦合。前沿技术,光导器件、空间能源利用、高密度电池,储能这么多年没有解决高密度的问题,也就没有革命性的变革。还有燃料电池是可逆燃料电池,发电制氢可逆,效率提高70%等等要布局。

 

四、多能融合与能效提升,大规模供需互动、多能源协同高效利用这些国家正在布局。还有前沿智能感知、AR人工智能在电力系统的调度,数字孪生等等这些方面都需要转型。

 

这四个方面的转型关键技术是决定我们中国能源转型2030年达峰之后,特别是2060年能不能实现碳中和重要的一个标志。

 

最后进行一个简单的总结:二十大报告给我们明确了重要的方向,中国能源方向很明确,目标很明确;另外在未来相当长时间,我们煤炭兜底保障有序,一定要有序,最近我们增加了一些煤电的装机,国际上要能理解我们靠天吃饭,目前我们技术要有序的替代,推动从高碳向低碳,特别是我们从能源的总量控制变成碳排放的控制;能源转型在升级过程中,无论是新型变革性技术面临着极具挑战性的技术攻关。所以开展双碳行动,打造国家战略科技力量,集中优势资源开展有组织的攻关,支撑构建清洁低碳、安全高效的新型能源体系。

 

我的报告就到这儿,谢谢大家!
 

本文系能源新闻网整理自汤广福在全球能源转型高层论坛中主论坛演讲实录,未经本人审阅。