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能源轉型:問題與展望(下)

發布日期:2020-10-10 信息來源:電力大數據 字號:[ ]

四、中國能源轉型的基本策略

能源的未來決定人類的未來,能源轉型是這個時代緊迫而重大的課題。在能源轉型過程中,要以瞻望長遠、尊重科學、周密論證、立足實際,確定能源轉型的基本策略。

一、充分利用傳統化石能源

一是減少石油的動力應用。石油用途廣泛,十分珍貴,石油資源減少對工業影響很大。目前差不多七成左右的石油用於交通動力,在控製石油總體消費量的前提下,抓緊發展高能量的動力電池等技術,發展電動力、氫動力、燃氣動力新型交通工具,逐步替代石油在交通動力領域的應用。

二是擴大天然氣生產渠道以保障能源穩定供應。從能源安全角度考慮,控製天然氣進口比例保持在40%左右。以2018年天然氣儲量為基準計算,到2048年,天然氣存在19.8%的缺口,缺口量為10.3億油當量。為滿足天然氣需求,一方麵,需要增加天然氣查探力度,發現更多天然氣資源,另一方麵,則要加大可燃冰資源的開發利用力度,盡快實現可燃冰資源低成本可持續生產。第三,推進電轉甲烷技術研究,建設碳-能循環係統試驗項目,並逐步實現產業化,確保燃氣在將來的能源供應係統持續穩定利用。

三是妥善利用煤炭資源。2018年,中國煤炭進口量占煤炭總量的7.2%,為延長國內煤炭儲量的使用、為能源轉型爭取時間,應在控製煤炭使用總量的同時,增大煤炭進口比例,以每一年進口量比上一年增長5.9%計算,到2048年煤炭進口量占煤炭總量的40%。按此,到2048年,三十年共消費煤炭688.9億噸標準油,其中進口138.4億噸,國內生產550.5億噸,平均進口占總消費的20.7%。以2018年煤炭儲量計算,到2048年,還可以剩餘143.5億噸標準油煤炭儲量。這個量,以2048年的煤炭年產量算,還可以生產九年多時間。

從目前看,煤炭主要應用於電力行業,其次是鋼鐵行業、化工行業,同時,全國還存在較大的散燒比例。煤炭的各種利用方式效率並不一樣,集中利用效率更高、排放更小、更清潔。未來煤炭利用,應著力發展超低排放的燃煤發電,加強散煤治理和離散能量需求替代,開展新型煤化工等,提高煤炭的使用效率,減低煤炭汙染物排放。

二、綜合利用清潔能源

目前公認的清潔能源,包括水電能、風電能、太陽能和海洋能。核能隻要安全性得到保障,是極其優質的清潔能源。清潔能源是未來能源轉型的重要選擇,要大力開發利用好。清潔能源利用,能源供應係統的設計非常重要。綜合考慮,未來能源供應係統主要包括以下幾類:

傳統型能源供應。這是目前城鎮主要采取的能源供應方式,也是將來重要的能源供應模式。通過與大電網相聯獲得可靠的電能供應,通過與燃氣主係統相聯獲得可靠的燃氣供應。具備條件的,可以安裝太陽能利用設施(發電或者供熱)作為供能補充。這種模式未來在商業模式上、經營方式上可能會發生變化,對於用戶來講,一方麵會增加商業的選擇性,甚至參與商業活動。另一方麵,通過開發用戶多能源供應的綜合優化係統,能源供應將更加經濟和智慧。

掛網型能源供應。這種方式一般是自身有一定容量的能源生產能力,但是通過和能源主網聯結,以能源主網作為備用能源以增強能源供應的可靠性的供能方式。當主網事故出現供應中斷的時候,這些用戶的能源供應一般可以保障能源供應,有條件的用戶還可以返送能源以支持大網啟動。這也是未來能源供應的重要方式,用戶使用自己生產的能源還是主網能源,用戶對於主網是能源用戶還是能源生產廠,取決於用戶的經濟優化結果。

離網型能源供應。在偏遠地區,將能源供應網絡延伸過去成本很高,或者在技術上實施時較為困難。遠離大陸的島嶼不太可能與大陸建設物理相連的能源係統,島嶼之間有時也很難通過物理的能源輸送網絡聯結起來相互供應能源。這時需要因地製宜地在當地建設離網型供能網絡,無論是單一農村用戶,還是一個孤島的能源供應,其基本原理都類似,隻是複雜程度差別很大。離網型能源供應係統,可用能源可以是天然氣、生物質、太陽能、風能、海洋能等任何一種或者幾種的組合,其中,大容量蓄能設施是不可或缺的關鍵設備。

為孤島或者島嶼群設計的離網型供能係統,在生產能源的設施中,除了風能和太陽能以外,還包括波浪能等海洋能。如果碳-能循環係統發展成熟,可以利用此係統對島嶼實現燃氣供應。島嶼之間通過船運蓄能體或者人造天然氣,從而將島嶼群聯結成為一個能源供應網絡,島嶼群和大陸之間也可以通過船運建立能源聯結。

三、能源輸配係統

在結合實際綜合設計能源供應係統的同時,能源的輸配網絡也將與現在有所不同。終端能源中電能比例增加,電儲存技術發展以及綜合能源利用技術的發展,可能會對能源轉運格局產生深刻的影響。這個影響體現在以下幾個方麵:

第一,終端能源消費中增加的電能比例主要是新型能源和核能,新型能源的隨機性、低利用率使建設大電網輸送電能變得不那麽經濟。為此,煤火電、天然氣火電廠應與新型能源開發綜合規劃、配套建設。適應新型能源的特征,需要增加火電機組的靈活性,以及處於負荷中心的核電機組的靈活性。這將使得火電機組、核電機組的效率和經濟性變差,需要認真研究解決。

第二,作為高能量密度的電源,核能應該建設在負荷中心區域,但是核能站址選擇將是一個問題。理論上講,可以在退役火電機組退出來的廠址,建設高安全性、具備綜合能源利用特征的模塊化核能電站,但這又將麵臨核能安全問題所帶來的社會承受壓力。核能布局東南沿海可以很好地平衡電能西電東送、北電南送的潮流,但是沿海適合發展核電的廠址有限。在能源供需緊張的嚴峻形勢下,內陸發展核電,是遲早的問題。這些都將對未來能源輸配產生很大的影響。

第三,隨著小型太陽能、小型風電的普及應用,以及農村生物質能源利用(如沼氣資源)的發展,掛網型、離網型等微網能源供應比例增加,將對主網能源供應帶來影響。一方麵,使得在偏遠地區不惜代價地建網通能失去比較價值 也褫奪了主網對這些地區實施能源供應的權利。另一方麵,微型能源網可以對主網形成很好的補充,在主網遭到外力破壞的時候,不僅能夠保障自身能源供應,還可以對主網形成支援。

第四,電儲存技術使得電能不一定必然通過大電網輸送,也可以通過貨運蓄電池的方式輸送電能。大容量蓄電池使得離網型能源網有了可靠備用,也使得孤島電網之間可以通過貨運網絡聯在一起,從而構成了除電網之外的新的電能輸送網絡。

第五,不可調度、離散新型能源網生產的電能,也可以通過碳-能循環係統就地轉換成可大量儲存、運輸的天然氣,通過貨運網絡輸送到需求地,以燃氣直接利用或者再次發電轉換成電能使用。技術成熟後的此類能源生產單元,在將來具有很大潛力,將成為未來能源供應係統的重要組成部分,也使得天然氣有條件成為永遠的能源。

 四、能源轉型中的關鍵技術

為確保能源轉型過程及未來的能源供應係統安全、可靠、穩定和可持續,需要重點攻克幾項關鍵的能源技術。這幾項技術是大規模能量儲存技術、海洋能綜合開發與技術、碳-能循環的技術與係統集成。

大規模能量儲存技術。當前,能量儲存技術已經在能源供應係統中得到較為廣泛的應用,但是,較為成熟且能夠大規模儲能的隻有抽水蓄能技術。采用壓縮空氣儲能(CAES)技術的,目前隻是在德國和美國,各有一座十萬千瓦級電站,國內仍在做研究和亚博取款有保障示範。電儲能技術具有能量密度高、綜合效率高、反應速度快的優點,特別適用於與太陽能光伏、風能發電等新型不可調度能源配合使用,也很適合在微電網中使用,但是其主要的瓶頸在單個電池容量不高、壽命較短及廢舊電池處理帶來的環境汙染問題。儲能技術向著大容量、小型化、可移動、標準化、智慧型的發展方向,將給未來的能源供應係統,特別是電力係統帶來本質性的改變,也是能源順利實現轉型的基礎的和關鍵的技術。

海洋能的綜合開發和利用技術。海洋能包括潮汐能、波浪能、潮流能(洋流能)、溫差能、鹽差能等。將海洋中的機械能或化學內能轉換成電能,目前比較成熟的是潮汐能發電技術,能量密度比較大的是波浪能和海流能發電技術。這三種技術都已經有建成運行的發電站,或者試驗站,並不斷向更大容量和規模發展。溫差能和鹽差能發電則依舊在試驗研究階段,離正式的商業應用還有一定的差距。海洋占地球表麵積的70%以上,陽光照射到地球,大部分能量為海洋吸收,而由於太陽和月球引力所引起的潮汐和海流(洋流),也蘊藏著巨大的能量。據OES估計,全球海洋能年發電量合計超過76萬億千瓦時,接近2018年全球總發電量(26.6萬億千瓦時)的三倍。

海洋能開發利用的基本思路,一是要將海洋能發電係統和海上太陽能發電係統、海上風力發電係統結合起來,實現多能互補海洋能集成係統發電。二是要將海洋能發電係統和儲能係統結合,在提高能源開發利用率的同時,儲能可以使海洋能發電係統完全脫離陸地岸邊,不需要建設成本高昂的輸電配電設施。三是海洋能發電係統與人工化石能源合成、海水淡化係統結合,即利用海洋能發電係統生產的電力就地淡化海水,這方麵已經有亚博取款有保障實施。也可以利用所發電能和海水製氫,進而利用氫和空氣中的二氧化碳,製成安全技術和運輸技術成熟的人造天然氣,同時可以吸收大氣中的二氧化碳。

人造天然氣技術。捕集空氣中的二氧化碳和水,消耗電能製造碳氫燃料,生產易於運輸和儲存的液態碳氫燃料,如甲烷、乙醇等,從而實現碳能循環。目前這種電轉碳氫燃料技術總體上還不算十分成熟,在多個技術路線中,以電解水製氫結合二氧化碳加氫技術路線已經建成多套示範裝置。

五、針對氣候問題的能源係統集成設計

能源帶來氣候問題的本質,是因為化石能源的大規模開發利用,改變了碳的天然循環,把處於岩石圈中的還原碳過快地釋放到大氣中,人為地加快了岩石圈和其他圈層的碳交換,導致大氣中二氧化碳的濃度升高,破壞了自然界原有的平衡。從而帶來全球碳循環失衡,改變地球生物圈的能量轉換形式,導致全球氣候變暖,隨之帶來海平麵升高、冰川融化、極端氣候等一係列生態環境問題。

碳-能循環係統的基本思路,就是采用一些關鍵技術,將大氣中多餘的碳還原,從而打通碳在大氣圈和岩石圈的雙向循環,進而控製和調整大氣中的二氧化碳濃度,使其維持在允許的範圍之內,同時,可以提供源源不斷的化石能源,確保高密度能源的可靠穩定可持續供應。利用海上綜合能源平台實現碳-能循環係統的構想。

自然界中的能源各自具有不同的特性,不存在十全十美滿足各方麵要求的能源。因此,要善於發現各種能源的特點,發揮每一種能源的長處,規避其不足。在一個能源係統中,能源結構的多元化十分重要。同時,用係統思維去想辦法解決諸如碳排放等問題,實現安全穩定可持續的能源供應是可能的。中國的能源資源稟賦、經濟和技術發展水平決定了能源轉型的道路不會平坦,轉型過程中將會遇到很多問題和困難。在這個過程中,要尊重科學,尊重規律,尊重自然資源稟賦,堅定能源轉型的目標,為確保實現國家經濟和社會發展目標,為國家富強和民族複興,提供堅強的能源保障。






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