“長期以來，我國包括煤炭、石油、天然氣、可再生能源和核能在內的能源系統(tǒng)在不斷發(fā)展，但由于各能源分系統(tǒng)相互獨立，未能協(xié)調發(fā)展，產生了一些局部矛盾，整體效率并不高。”近日，在第一屆全國鋼鐵與能源化工行業(yè)協(xié)調發(fā)展研討會上，中國科學院大連化學物理研究所所長、中國工程院院士劉中民如是說。

在劉中民看來，目前我國這種“九龍治水”的能源發(fā)展格局已不能適應“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)之間互補及耦合利用的新道路，破除能源系統(tǒng)板塊分割、互相獨立的體制壁壘。

現(xiàn)有各能源體系目標一致，但并沒有“合并同類項”

受限于資源稟賦特點，當前化石能源仍是我國能源生產和消費的主體。電力規(guī)劃設計總院《中國能源發(fā)展報告2018》顯示，2018年，我國能源生產37.7億噸標準煤，其中原煤占比69.1%，同時非化石能源生產占比逐年增加，已成為世界水電、風電、太陽能發(fā)電裝機第一大國；2018年能源消費中，煤炭占比59%，非化石能源占一次能源消費的比重為14.3%，這一比例預計在2030年達到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品，雖然目標一致，但是并沒有‘合并同類項’，仍是孤立的各能源分系統(tǒng)。”劉中民表示，“我常開玩笑說，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，沒有形成一個完整的能源體系。”

因此，當前我國能源結構產生了一些局部矛盾，煤炭多用于發(fā)電且利用率低，同時缺乏新技術支撐，是大氣污染的主要來源；石油資源短缺且油品質量不高，對外依存度不斷攀升，難以提供化工基本原料，嚴重制約下游精細化工行業(yè)發(fā)展；太陽能、風能等可再生能源并網(wǎng)率低，難規(guī)模化利用，水能、核能相對過剩等。

“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，因為利用方式不一樣；既要鼓勵清潔、可再生能源，但同時又要在國家的整個能源結構里發(fā)揮更大的作用，就牽涉到怎么設計各能源系統(tǒng)之間關系的問題。”劉中民說。

急需突破能源互補及耦合利用的核心技術

在劉中民看來，我國現(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，存在通過相對優(yōu)勢的互補融合、對沖消除各種能源種類劣勢、形成整體優(yōu)勢的發(fā)展需求和巨大技術創(chuàng)新空間。

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

劉中民進一步表示，在清潔能源領域，水能、風能、光能、地熱能以及核能之間，可以通過大型儲能技術實現(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，可以補充煤化工之所缺，也可以與二氧化碳通過催化耦合而制取油品和大宗化學品，實現(xiàn)可再生能源與傳統(tǒng)化石能源的耦合，總體上實現(xiàn)碳減排。“多種技術的結合可以因地制宜地形成低碳化清潔能源供應系統(tǒng)，促進能源消費革命。”

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，并通過富余電力生產氫能，為交通燃料生產、化工品合成提供氫源；化石能源將通過物質轉化，滿足交通燃料、化工品、焦炭、電石、新型碳材料等產品生產需求。而要構建這種低碳化多能融合的新型能源體系，關鍵在于關聯(lián)各分系統(tǒng)的核心技術突破。

“區(qū)域的能源體系多了，就構成了全國的能源體系”

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

據(jù)悉，中國科學院為了加強能源研究的力量，已把不同能源領域的接近20個科研單位聯(lián)合起來，成立了中國科學院潔凈能源創(chuàng)新研究院，以促進跨學科交流與創(chuàng)新，做關鍵技術的突破與示范。目前正在進行的科研項目達40多個，其中近30個是工業(yè)示范項目。

“技術是首先需要解決的問題，技術突破之后，我們才能構建技術應用的網(wǎng)絡，才能進一步做戰(zhàn)略分析和研究。最終我們要做一套國家能源決策的技術支撐體系，把所有與能源相關的技術都編到數(shù)據(jù)庫里，使不同能源之間通過技術可以連在一起。做能源規(guī)劃時，可以對比能效、二氧化碳排放、經(jīng)濟效益，優(yōu)選方案。”劉中民表示。

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

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、風電、光伏，是中國典型的能源區(qū)，資源很多；榆林是世界著名的大型煤化工基地，區(qū)域內還有石油、天然氣、風能、光伏，這是一個綜合性的規(guī)劃。”

另外，大連計劃投資35億元建設大型儲能項目，用作城市電力調峰，這套系統(tǒng)今后若和核電以及鞍鋼周邊的工業(yè)、沿海的風電結合，未來將是新的示范形式。（本報實習記者李玲）