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面向世界科技前沿,面向國家重大需求,面向國民經濟主戰場,率先實現科學技術跨越發展,率先建成國家創新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設國際一流科研機構。

——中國科學院辦院方針

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劉中民:“三條主線”構建國家能源新體系

2019-05-20 中國科學報 李惠鈺
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構建化石能源、可再生能源、核能低碳化多能融合的新型能源體系

  當前,全球對溫室氣體排放引起的氣候變化問題已經形成共識,并達成了二氧化碳減排的約束性政府間協議。我國政府承諾,到2020年非化石能源消費比重達到15%,2030年前后碳排放達到峰值,2050年非化石能源消費比重達到50%。

  然而,中國科學院專家研究分析認為,2050年目標難以單純依靠現有技術的累積性進步來實現,因而一方面必須革新現有煤炭、石油、天然氣、可再生能源、核能等各大能源類型相互獨立的格局,另一方面則需要在技術上實現可使不同能源種類間優勢互補、對沖融合的重大創新。

  為此,中國科學院于2018年6月啟動“變革性潔凈能源關鍵技術與示范”戰略性先導科技專項(A類),針對我國現有能源結構缺陷和發展趨勢進行體系化頂層設計,通過變革性關鍵技術突破與示范,以能源技術革命促進能源革命,實現化石能源、可再生能源、核能的融合發展,助力構建國家清潔低碳、安全高效能源新體系。

  該專項執行周期為5年,牽頭單位為中科院大連化學物理研究所,該所所長、中國工程院院士劉中民為專項負責人。近日,在接受《中國科學報》采訪時,劉中民強調,構建清潔低碳、安全高效的能源體系是我國未來能源發展的重大戰略目標,而科技創新是實現這一目標的關鍵。

  孤立系統難以協調發展

  近年來,我國能源產業快速發展,但“富煤、貧油、少氣”的資源稟賦特點使我國長期以來形成了以化石能源為主的能源消費結構,由此帶來生態環境和能源資源瓶頸等問題,在應對氣候變化上也面臨越來越大的國際壓力。

  “我國能源發展面臨前所未有的挑戰,在?;せ肪澈頭⒄股拿韉拇笄疤嵯陸餼瞿茉次侍?,不僅要保障油氣供應安全,還要解決二氧化碳減排協議約束與化石能源利用的矛盾;不僅要保障能源總量增加的發展需求,還要更加清潔化?!繃踔忻窀嫠嘸欽?。

  當前,我國能源科技水平總體不高,在全球處于局部領先、部分先進、總體落后的地位。劉中民表示,我國能源創新活動與產業需求脫節的現象普遍存在,各創新單元同質化發展、無序競爭、低效率及低收益問題較為突出。能源產業缺乏關鍵核心技術,部分核心裝備、工藝、材料仍受制于人,重大能源工程依賴進口設備的現象仍較為普遍,技術空心化和對外依存度偏高的現象尚未得到有效解決。

  不僅如此,我國現有能源體系也存在結構性缺陷。長期以來,我國能源體系中逐漸形成了相對獨立的各分系統,但系統間的發展不協調性日益凸顯。劉中民指出,受限于我國的能源資源特點,石油化工難以足量提供化工基本原料,嚴重制約下游精細化工行業發展;而煤化工適于制取大宗化學品和油品,可以彌補石油資源不足,現代煤化工與石油化工亟待協調發展,優化合理的產業結構。

  類似問題還體現在太陽能、風能發電并網率低,水能、核能局部相對過剩,燃料乙醇存在與人爭糧風險等?!骯鋁⒌哪茉捶窒低襯巖孕鞣⒄?,整體效率不高,‘九龍治水’已經不能適應發展的需求,亟待破除供給側各能源種類之間板塊分割、互相獨立的體制壁壘,突破能源種類之間互補及耦合利用的核心技術?!繃踔忻袼?。

  技術創新引領“三條主線”

  科學家的共識是,以科技創新為引領,才能保障國家目標的順利實現。

  對此,劉中民聯合諸多科學家建議,我國應從能源系統頂層設計角度出發,以能源技術創新為引領,以化石能源清潔高效利用與耦合替代、清潔能源多能互補與規模應用、低碳化多能戰略融合為三條主線,逐步構建清潔低碳、安全高效的國家能源新體系。

  值得關注的是,相比其他能源種類,煤炭在我國能源結構中的比重雖然有所下降,但其作為我國能源結構主體的基本國情在未來很長一段時間內難以改變。因此,劉中民首先鼓勵發展以煤炭為代表的化石能源清潔高效利用與耦合替代技術,保障能源安全。

  具體而言,通過技術創新,加強新產品開發,通過延伸產業鏈,發展高附加值、精細化、差異化的產品。重點以甲醇轉化為平臺,耦合石油基原料,實現烯烴、芳烴和含氧化合物大宗化學品/燃料的合成技術變革,形成煤化工與石油化工協調發展、構建合理產業結構的整體理念。

  另外,還要重點研究煤轉化以及油煤氣耦合制燃料和大宗化學品的新路線和新方法,突破以煤經合成氣、甲醇為平臺化合物的能源化學品合成新技術,推動煤化工與石油化工融合發展和相關工業轉型升級,突破民用散燒、工業燃煤高效超低排放燃燒關鍵技術瓶頸等。

  第二條主線是發展清潔能源多能互補與規模應用技術。劉中民表示,在未來的新型能源體系中,可再生能源與新能源將替代化石能源供電、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;高碳化石能源、低碳生物質能將通過物質轉化,滿足交通燃料、化工品、焦炭、電石、新型炭材料等產品生產需求,而儲能是關鍵的平臺技術。

  隨著電動車的推廣和普及,化石能源原料消費也將更集中于化工品、新型含碳材料等產品生產。例如,以電動車作為分布式儲能的終端,根據車輛使用情況進行電能反饋,提高電網的穩定性,推動風電、太陽能發電大規模接入電網,有利于實現電動汽車、智能電網與可再生能源的融合發展。

  第三條主線是創新驅動低碳化多能戰略融合。當前,能源結構正處于從高碳到低碳、無碳的過渡期。我國能源消費以化石能源為主,利用化石能源必然排放二氧化碳,而要減排二氧化碳,只能從能源系統融合發展角度,發展新的能源體系。

  “原理上,在保障滿足能源總需求量的同時,多能互補融合可以比單純增加可再生能源實現更大幅度的碳減排?!繃踔忻窀嫠嘸欽?,利用可再生能源、高溫核能等制取的低碳氫,可以補充煤化工之所缺,同時與二氧化碳通過催化耦合制取油品和大宗化學品,以產氫和用氫為紐帶,實現能源總體上的低碳化和低碳排放。

  在技術創新上,劉中民指出,要針對重要能源載體甲醇和氫的可再生能源大規模制備及應用,創新發展各種能源的互補、耦合利用技術,圍繞氫能經濟,打造氫的生產、儲運和消費的完整技術鏈,發展可再生能源制氫、核能制氫技術及應用體系;開發二氧化碳低能耗大規模捕集、資源化利用技術,將二氧化碳與氫反應生成甲醇等化學品;開展先進燃料電池和燃料電池分布式發電技術,引領帶動電動車等戰略新興產業變革和發展,實現低碳化多能融合發展,為由化石能源時代邁向陽光能源時代打通道路。

  實施新型舉國體制

  為使政府能夠精準地制定引導性政策,作為國家目標還需要不斷地清晰技術路徑。而“構建清潔低碳、安全高效能源體系”的內涵,也決定了必須實施新型舉國體制才有可能實現國家目標。

  為推動能源領域的科技發展,劉中民建議,首先應加強頂層設計,布局實施能源領域重大科技任務。在化石能源清潔高效利用、可再生能源大規??⒗?、安全先進核能、多能互補融合關鍵技術等戰略必爭領域,與國家科技創新體系構建緊密結合,論證啟動實施潔凈能源相關重大項目,發揮各創新主體優勢,研究提出梯次接續方案,從能源供給側、消費側技術革命的高度進行頂層設計和統籌,部署潔凈能源技術攻關任務。

  其次,應加強能源戰略研究,打造高端智庫,為國家構建清潔低碳、安全高效的現代能源體系提供智力支撐。組建具有全球影響力的能源戰略研究專業團隊,給予其必要的穩定資源配置,發展符合我國能源現狀的能源發展戰略創新研究方法,科學合理地提出支撐我國能源體系構建的關鍵技術和技術集成戰略,從頂層進行全局性的能源發展戰略研究,為國家政策制定提供科學依據。

  最后,應加快完善國家能源創新體系。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。明確各類創新主體在國家創新體系中的使命定位。劉中民建議,從國家層面加速推進潔凈能源領域國家實驗室的建設,這對推動我國能源科技進步、提升能源領域國際影響力,以及構建“清潔低碳、安全高效”的能源體系具有重要意義。

打印 責任編輯:侯茜

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