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保障我國能源安全的關鍵是保障能源資源安全

2024-09-26 11:17:43 2024年能源思考1月刊   作者: 蔣德斌 中國電力企業聯合會統計與數據中心  
能源是工業的糧食,是國家運轉與發展最重要的物質基礎,能源安全是國家安全的重要組成部分,而確保能源資源安全是確保能源安全的關鍵。
 
我國能源安全受制于能源資源安全
 
和美國、俄羅斯這些能源資源富集國家不同,我國能源供應一直受制于能源資源短缺。在過去經濟快速發展、能源消費快速增長的絕大多數時間里,我國能源供應處于緊平衡或者嚴重緊缺狀態,在一定程度上制約我國經濟社會的發展,根源就在于資源短缺。隨著經濟的高速發展,以及氣候變化因素制約、環境因素制約,在實現“雙碳”目標的能源轉型過程中,能源資源制約的影響將更加突出。
 
(一)傳統能源資源稟賦制約我國能源安全
 
第一,我國化石能源資源總儲量不高,人均更少。
我們常說我國化石能源資源稟賦的特點是“富煤、貧油、少氣”,實際上,我國煤炭總儲量在全球僅排名第四,占比只有美國的一半多一點。我國人口基數大,占全球人口接近兩成,但是已知化石能源資源儲量只有不到全球已知量的一成,人均擁有化石能源資源儲量只有全球平均水平的約45%,而美國人均擁有量是全球平均水平的3.6倍,英國是全球平均水平的2.2倍,俄羅斯為全球平均水平的7.2倍。
 
第二,我國能源資源結構不佳。
 
按照統一標準計算,我國三種化石能源資源儲量,煤炭占比超過九成,石油和天然氣明顯不足。能源資源的空間分布結構也不合理,化石能源資源主要集中在內蒙古、新疆、山西和陜西等西部、北部地區,四省化石能源資源儲量占全國近八成。水電資源主要集中在西部的川、滇、藏等省份。我國能源需求主要集中在東部南部地區,資源和消費在空間錯配,需要能源大規模遠距離輸送,為能源可靠安全穩定供應帶來潛在的風險。
 
第三,我國能源資源消耗速度快,開發新型能源資源及進行能源轉型的需求急迫。
 
第三,我國能源資源消耗速度快,開發新型能源資源及進行能源轉型的需求急迫。我國煤炭和天然氣資源的儲采比都在四十年左右,石油的儲采比不足二十年。這就意味著,目前占我國能源消費超過50%(2022年為56%)的煤炭將在2060年左右耗盡,在此之前必須不斷獲得新的能源資源填補這部分空間,否則沒有足夠的能源資源支撐能源消費需求,經濟和社會發展將面臨嚴峻的挑戰。
 
 
(二)新型能源資源依舊制約我國能源安全
 
一是風電能和太陽能資源儲量有限,并不能滿足未來能源需求。
近年來我國風電能、太陽能資源發展迅速,截至今年4月底,兩者合計并網裝機容量已經達到8.2億千瓦,其比重已經超過總裝機容量的30%。但是從全球角度看,我國風電能資源和太陽能資源并不算得上豐富,其中,陸上風電資源70米高度可開發的裝機容量大概在26億千瓦左右,太陽能可開發裝機容量22億千瓦左右。我國近海風電資源不豐富。即使將這些可開發裝機容量完全利用,加上水電能開發程度達到80%,亦不能滿足四十年后的能源需求,需要比較多的核電裝機承載基本負荷,以及必要的(天然或人工)化石能源作為能源供應的補充。
 
從空間分布看,陸上風電資源主要集中區域包括河北張家口、內蒙古東部和西部、吉林中西部、甘肅河西走廊的瓜州、玉門等地區、新疆哈密以及江蘇、山東沿海地區等。太陽能資源豐富的一類區域、二類區域也都集中在西部和北部,如寧夏、甘肅、新疆、西藏、河北北部、山西北部、內蒙古南部等地區。風電能和太陽能也存在能源分布集中并和需求錯配的問題,需要建設大型能源基地集約開發,并遠距離大容量輸送到需求中心。
 
 
 
二是在風電能和太陽能開發過程中,還存在一些重要問題需要在發展過程中逐步解決。
風電能資源開發,第一,風力的能源密度低,要建設大功率的風力發電機,需要建設大直徑的風輪以增大風輪機的掃風面積。單機容量超過3000千瓦的風力發電機組,其風輪直徑需要達到100多米。建設風力發電系統,也需要占有大量土地空間,消耗大量資源。第二,并網型的風力發電與電網相互作用,其間歇性、波動性和隨機性以及大量電力電子元件接入等,也會給電力系統安全穩定運行帶來一系列問題。
 
太陽能資源開發,從節能環保看,雖然太陽能本身是潔凈、零排放的能源,但是在生產太陽能電池板過程中,要消耗大量的能源,同時給環境帶來污染,排放二氧化碳。而一些新型太陽能電池生產會使用到有毒元素和稀有元素,需要做好有毒物質的回收和再利用,研究尋找稀有元素的替代者等等。從整體經濟性看,由于其能量密度低,建筑光伏利用雖可以節省大量空間,但所得能量不足以滿足較大的用能需求。利用沙漠、戈壁等無價值空間建設太陽能發電基地,可以生產較大規模的電能,但是離負荷中心遠,高壓輸電線路輸送,需巨大投資并占用大量土地作為線路走廊。從性能特點看,太陽能發電系統利用小時數低,受天氣因素影響大。大型太陽能發電基地作為發電廠接入電力系統,將對電力系統安全穩定運行帶來不利影響。微型太陽能系統需要與其他能源及電力的主系統配合,才能確保滿足用戶所有用能需求。這些都是阻礙太陽能發電成為重要替代能源的問題,需要在將來逐步解決。
 
三是氫能不是一次能源資源,相關技術發展還存在很大的不確定性。
 
最近一段時期,各方面對氫能的討論比較多,不少專家看好氫能的發展,國家也出臺了相應的規劃。在此強調幾點:首先,氫能不是一次能源資源,當其作為終端能源消費的時候,是二次能源;當其再轉換為其他能源形式消費的時候,是儲能載體。綠氫作為儲能可以提高風光等新能源的利用率,但并不增加能源資源。其次,綠氫就技術本身而言距大規模使用還有相當的距離。目前全球綠氫比例不足1%,且綠氫連續生產過程還存在很多需要解決的實際問題。第三,氫能終端消費市場的發展如燃料電池、氫能汽車等技術發展還存在很多不確定性。最后,綠氫生產還面臨水資源問題。從目前看,綠氫生產最可能通過電解水技術生產,大規模生產氫,需要足夠的水資源支撐。一套1吉瓦的大型電解裝置以75%的效率每年運行8000小時(約11個月),每年生產15噸氫,將消耗300萬噸水,這相當于一座7萬人口小城的用水量。中國淡水資源稀缺,總量只占全球水資源的6%,人均只有2200噸,是世界平均水平的四分之一、美國的五分之一,屬于缺水嚴重的國家。我國淡水資源的地區分布極不均勻,大量淡水資源集中在南方,北方淡水資源只有南方淡水資源的四分之一,與風光等新能源資源分布形成錯配。而我國能源消費的重心在較長時期內依舊在中部和東部地區,利用處于西部的新能源電解水制氫,將氫輸送到中部和東部消費,從水足跡看,是將水資源從缺水區域輸送到富水區域,將加劇水資源分布的區域不平衡。
 
(三)巨大的能源需求需要充足可靠的能源資源支撐
 
黨的二十大報告提出,要在本世紀中葉全面建成社會主義現代化強國。從強國經濟指標看,也就是在2050年代,我國的經濟總量指標、人均指標都要進入世界發達國家行列。以我國的人口基數,按照發達國家人均水平估算總量指標,將是一個巨大的規模。經濟的持續發展需要持續有力的能源支撐,巨大的經濟規模需要巨大的能源消費總量支撐。以十四億規模人口、以人均GDP大約4萬美元、以歐盟國家當前人均能耗水平和能源強度簡單折算,這個能源消費規模大概在60億噸標準油以上,相當于2022年我國能源消費總量的1.7倍。如此規模的能源消費,不僅需要大量可靠的一次能源資源開發生產加工能力支撐,也需要大規模的可保障長時期持續開發的能源資源支撐。
破解能源資源的制約,是保障我國能源安全的關鍵
 
能源安全最初的涵義,是指確保以合理的價格保證能源的持續供應,支撐經濟和社會正常運轉。隨著氣候問題、環保問題日漸突出,其內涵擴展到環境安全、氣候安全。當前俄烏沖突外溢效應,再次將能源安全的概念延伸至能源供應鏈和能源基礎設施的安全。能源安全是國家安全的重要組成部分,也是國家安全的基礎領域。其中,能源資源的安全,是能源供應鏈的起點和核心,是能源安全的基礎和重要組成部分,并在一定程度上影響其供應鏈后續安全問題。所以,確保我國能源轉型過程中的能源安全,首先要破解能源資源的掣肘和約束。

(一)保障能源資源以確保能源安全的對策
 
一是充分利用現有資源。
煤炭能量密度高,技術成熟,經濟性好,是非常優質的能源資源。我國化石能源資源以煤為主,當前和今后相當長一段時間,煤炭是我國能源安全保障的壓艙石。立足自產煤炭為主,抓好煤炭集約高效和潔凈利用。確保安全和應急產能的情況下,可適當增加煤炭進口比例,為安全構建新型能源體系爭取更多時間。我國石油和天然氣資源儲量不大,石油對外依存度已經超過70%,在盡可能尋找新資源同時,要加強進口渠道多元化,同時強化應急儲備。我國天然氣對外依存度已超過40%,要注意拓寬渠道來源。積極發展可燃冰開發利用技術,以補充天然氣氣源不足問題。目前我國水電能資源開發程度只有40%左右,還有潛力。以我國水電技術可開發容量計算,平均每年可以提供相當于2.6億噸標準油(接近4億噸標準煤)的能源。中國風能資源、光伏資源的特點是比較集中,可以建設大型風電基地,同時也要重視離散型風電、光伏資源的開發,加強風光結合、微電網開發,充分利用自然資源。
 
二是努力開發潛在資源。
化石能源儲量是動態的,隨著能源勘探和開采技術的進步,會不斷發現新的化石能源資源,同時資源采收率也會不斷提高。隨著化石能源逐步耗盡,必須找到合適的替代能源。目前全球公認的替代能源,包括核能、水能、風能、太陽能、海洋能等。水電能是成熟的技術,已經成為目前能源供應的重要組成部分。水電能和風、光能源一樣,每年可提供的能源基本上就在多年平均水平上下波動。未來能夠作為主體增量能源供應的,一是核能,二是海洋能。由于水資源、可耕土地等資源的限制,生物質能不太可能在中國有太大規模的發展。
 
三是大力做好能源節約利用。
 
我國能源強度高,是全球平均水平的1.5倍,是美國的2.3倍,歐盟的2.7倍。在提高能源效率和附加價值方面,還有很大的空間。能源節約,既是技術問題,也是管理問題;既涉及能源供給結構,也涉及能源需求結構即經濟結構;既與能源空間分布密切相關,也很大程度上受經濟整體布局的影響。節能既是節約成本,本質上也是增加能源供應能力,要花大力氣、綜合施策。既需要制定節能規劃和鼓勵政策,也要通過市場機制引入競爭和激勵;既要樹立民間的節能意識,培養節能文化,也要將節能和經濟效益緊密勾連,增強內在激勵;既要隨著經濟發展,不斷推動產業升級,也要通過供能模式轉換,建立高效能源供應系統。
 
四是高度重視能源技術。
 
我國面臨的能源安全挑戰除了來自能源資源的稀缺,也來自于技術能力不足。這兩個方面是相互影響的:技術能力提高自然可以增加可用資源,技術能力不足,資源稀缺問題將更加嚴重。其中,與新的能源資源開發相關的技術,如核聚變、海洋能開發等,以及發展與能源儲存、轉換、運輸和綜合集成相關的新技術,如CCUS、人造天然氣、大規模儲能、碳—能循環系統等等,都有十分重要的意義。
 
五是抓緊布局海洋能源開發。
 
海洋能是未來能源資源的藍海,具有近乎無限的發展空間。對于比較成熟的海洋能開發利用技術如潮汐能,逐步實現產業化、規模化,積極推進波浪能、海流能利用實用化,加強鹽差能、溫差能研究實驗。為實現風光等能源充分開發利用,以及遠海深海的海洋能、海上風能、海上太陽能等能源資源綜合開發,大規模儲能技術、電轉甲烷技術、海水制氫技術等都應予以重點關注。成功突破海洋能源資源開發的技術約束,就可以成功突破能源資源的約束。海洋能源技術將是未來能源領域競爭的一個重要領域,和航空航天技術一樣,海洋能源技術的進展,將引導我們進入遠海,從而為我們尋找到源源不斷的可用能源,為國家安全提供源源不斷的動力,并促進國家安全水平大幅度提升。
 
在千方百計保障能源資源總量的同時,還要做好能源資源轉換過程中新型能源和傳統能源的無縫銜接,充分挖掘利用好各種能源的互補特性,以確保整個過程中能源安全穩定供應及其應具備的彈性。
 
(二)構建新型能源體系保障能源安全轉型的路線圖
 
要抓好戰略規劃。研究制定未來三十年乃至更長時期的能源戰略,根據自身的資源稟賦和能源需求,確定不同時期的替代主力能源和輔助能源,明確需要攻克的技術難關、需要突破的制度障礙、需要投入的成本資源。制定實施的路線圖,描繪能源替代過渡過程,定期對能源規劃進行檢驗和調整,以確保實現能源穩定可靠和安全供應。
 
明確能源資源的主次梯次。各個時期,替代能源的主次是不一樣的。在近期,考慮三十年左右,核電能應該成為煤炭的替代能源。有序降低煤炭比例,逐步提高核能份額。同時,繼續大力開發水電能、太陽能和風能,提高其在能源生產中的比例,增加其在保障能源供應中的作用。加大海洋能開發技術投入,力爭經過三十年的努力,在技術進展和商業化運營方面取得進步,其中海洋潮汐能、洋流能、波浪能發電技術較為成熟,并結合儲能技術成為重要的補充能源。儲電技術取得革命性進步,交通消耗石油將逐步由電能替代,石油將主要應用于化工行業。綜合以上因素,電能在終端的消費比例將逐步上升。
 
經過三十年或更長時間以后,水電能、太陽能、風電能資源將基本實現較高程度或者完全的開發利用,除太陽能電池光伏轉換效率提高增加產能外,年度產能量基本穩定。此后能源供應的增加部分,主要依靠海洋能技術進步及產業化,包括波浪能完全產業化,溫差能和鹽差能技術逐漸成熟,并開始產業化。核聚變技術經過三十年發展,應該基本具備試運行甚至產業化的條件,到那時,海洋能和核聚能將逐步成為主力增量能源,太陽能、風電能、水電能成為重要的輔助能源。碳—能循環技術基本成熟,利用海洋能生產人造天然氣和淡化海水成為重要產業。人造天然氣一方面和儲電一樣,成為可輸送、可儲存的高密度能源,具有很好的適應性和調節性,因此天然氣在未來仍是主力能源之一,同時是調節大氣碳循環的重要一環。
 
(注:本文僅代表作者個人觀點)



責任編輯: 江曉蓓