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027-87819328 0713-8676505中國電力企業(yè)聯(lián)合會電力統(tǒng)計與數(shù)據(jù)中心
蔣德斌
在2020年9月第75屆聯(lián)合國大會上，習近平總書記向全世界做出“力爭于2030年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”的承諾，這個承諾體現(xiàn)了中國作為一個負責任大國的勇氣與擔當，也為能源發(fā)展指明了目標和方向。能源是二氧化碳排放的重要來源，在實現(xiàn)排放目標、兌現(xiàn)氣候承諾、保障能源安全方面，承擔著重要的責任。必須緊緊抓住能源發(fā)展的關(guān)鍵，堅定不移地推動能源轉(zhuǎn)型，在轉(zhuǎn)型思路、轉(zhuǎn)型策略、關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計等各方面，認真研究、統(tǒng)籌規(guī)劃，確保實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的目標，推動中國能源安全、綠色、協(xié)調(diào)、高質(zhì)量發(fā)展。
一、能源發(fā)展的關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)型
人類對能源的依賴性越來越強。
能源的重要性，在人類早期就有所認識，所以自人類有社會組織以來，就很注意儲存糧食以備饑荒，斗爭時期更是將截斷糧草作為奪取戰(zhàn)爭勝利屢試不爽的法寶。人類社會自實現(xiàn)能源的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用之后，才有可能實現(xiàn)在不到一個世紀的時間內(nèi)，所創(chuàng)造的生產(chǎn)力，比過去一切時代所創(chuàng)造的生產(chǎn)力還要多、還要大。因為無論是工業(yè)機器、化學、輪船、鐵路、電報等，都需要大規(guī)模的能源作為基礎(chǔ)和支撐。分析過去幾十年的經(jīng)濟發(fā)展速度和能源供應(yīng)曲線，現(xiàn)代社會經(jīng)濟的發(fā)展和能源具有極為緊密的關(guān)聯(lián)性，能源供應(yīng)的波動必然帶來經(jīng)濟發(fā)展的波動，反過來，經(jīng)濟發(fā)展波動，也帶來能源消費的波動。人類離不開能源，能源供應(yīng)中斷事故造成的破壞性后果，更是直觀地展現(xiàn)了人類基本生產(chǎn)生活對能源的依賴性。
化石能源始終是主力消費能源。
人類社會進入工業(yè)社會以來，一段時間內(nèi)對于能源的需求，呈現(xiàn)幾何級數(shù)的增長。即使到最近幾十年，總體上依舊處于較快增長的趨勢。按照BP的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，到2018年，全球的能源消費總量是138.65億噸標準油，這個規(guī)模是1965年消費總量的3.72倍。在2018年所消耗的能源中，化石能源占117.44億噸，在終端能源消費總量中的占比是84.7%，這個比重雖然比高峰年份有所降低，但是依然占絕對比重，而且絕對的消耗量仍在增加。
對化石能源的嚴重依賴隱藏著嚴重的危機。
對化石能源的嚴重依賴，所帶來的問題有以下幾點：第一，化石能源將很快被消耗凈盡。雖然還有未曾發(fā)現(xiàn)的化石能源蘊藏，但是化石能源的儲量終究是有限的，如果不能找到合適的替代能源，按照2018年的消費速度，在八十年左右的時間內(nèi)，全球化石能源將消耗凈盡。第二，大規(guī)模開發(fā)利用化石能源帶來嚴重的環(huán)境污染。目前人們主要以直接燃燒的方式利用化石能源，其中含有的硫、氮等排到大氣，形成酸雨等腐蝕性污染物，同時在開發(fā)、生產(chǎn)利用過程中排放煙塵的其他污染物，對局部地區(qū)水土、地質(zhì)等造成破壞和污染。第三，化石能源利用過程中大量排碳，是大氣溫室效應(yīng)的主要影響因素。大量碳本來儲存于大地巖層內(nèi)的化石能源中，在化石能源燃燒過程中以二氧化碳氣體形式排入大氣，急速加快大氣中二氧化碳含量，使得地球大氣溫度升高，已經(jīng)成為全球共識。這些問題都會對地球生態(tài)環(huán)境帶來嚴重影響，最終對人類的發(fā)展和生存帶來挑戰(zhàn)。
能源技術(shù)和能源治理都還沒有找到革命性的突破口。
人類意識到能源問題帶來的挑戰(zhàn)，一直在努力尋求未來能源供應(yīng)的解決途徑。從技術(shù)上看，還沒有找到很好的辦法。人們普遍認為，能夠替代化石能源的主力能源，可能是水電能、核能、風能、太陽能和海洋能。除了海洋能主要還是在實驗和小規(guī)模建設(shè)初步生產(chǎn)外，水電能、核能、風能和太陽能等的應(yīng)用都已經(jīng)比較成熟，近二十年也取得了很大的發(fā)展。然而，這幾種能源在能源消費總量中的比重，加起來還不到16%，而且還沒有一種單一能源在消費中的比重超過10%（水電能占比最大，為7%），所以，還沒有一種能源可以作為三種化石能源的替代能源。從能源治理看，能源問題不是一個國家、一個民族的問題，所有國家和民族，是緊密綁在一起的人類命運共同體。地球上的所有生命的命運，都最終取決于人類的選擇。地球不需要人類拯救，因為即使沒有人類，地球依舊存在。但是人類和這個星球上的生命，生存或者死亡，則取決于人類的自覺、智慧和執(zhí)行能力。問題在于，人類雖然已經(jīng)認識到這個問題，但是在摒棄分歧、實現(xiàn)合作以達成全球統(tǒng)一行動，實現(xiàn)有效的能源治理上，還存在嚴重的問題。
人類一切活動都嚴重地依賴于能源，而能源供應(yīng)面臨資源枯竭、技術(shù)能力、大氣環(huán)境等因素的限制，能源已經(jīng)日益顯示出其成為人類發(fā)展的瓶頸和約束。確保未來能源供應(yīng)，已經(jīng)成為擺在人們面前的一大課題。人類必須合作以實現(xiàn)全球能源的有效治理，共同應(yīng)對面臨的困難和危機。然而，對于能源轉(zhuǎn)型的技術(shù)方向，實現(xiàn)有效的全球能源治理，以及關(guān)系人類命運長遠和持久發(fā)展和短期利益分配協(xié)調(diào)等機制，都還沒有形成共識。能源發(fā)展正處于十字路口，人類的命運，處于十字路口。
二、能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵在新型能源
能源轉(zhuǎn)型，也已成為業(yè)內(nèi)專家和全社會的共識。但是，該如何轉(zhuǎn)型，還有很多不同的意見。
能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，是能夠規(guī)模地開發(fā)和使用新型能源。新型能源，是指風電能、太陽能(包括光伏、光熱、熱動力利用方式)、生物質(zhì)能以及海洋能。這些能源一般具有以下幾點最基本的特征，也是對轉(zhuǎn)型能源最基本的要求：一是能源開發(fā)利用在技術(shù)和經(jīng)濟上是可行的。技術(shù)上可行，才有能源開發(fā)利用的可能；經(jīng)濟上可行，才能夠得到可持續(xù)的推廣應(yīng)用，且應(yīng)在計入環(huán)境成本等因素的條件下，單位能量的成本在可以承受的水平。二是能源在開發(fā)、運輸和使用過程中不會對環(huán)境、大氣等帶來負的外部效應(yīng)。能源過程必然會對外部環(huán)境帶來影響，但是這個影響要么是正面的，要么其負面影響是在可接受的范圍之內(nèi)，或者可以通過技術(shù)和管理措施加以修正的。第三，這種能源可以安全地大規(guī)模開發(fā)利用，從而具備替代傳統(tǒng)能源的能力。
目前，符合這三個特征的能源，包括水電能、風電能、太陽能、生物質(zhì)能等新能源。核能實際上也是清潔的能源，但是自福島核電站事故以來，發(fā)展并不順利。
對于這幾種能源，在筆者看來，還是存在一些關(guān)鍵的問題沒有解決，這些問題不解決，就難以真正成功地實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型。
第一，決定太陽能、風能、水電能等的資源蘊藏量的主要因素，是受經(jīng)緯度決定的環(huán)境氣候、地理特點和地質(zhì)特征等，在資源查探技術(shù)與能力基本成熟的情況下，資源蘊藏量是相對穩(wěn)定的，在較長時期內(nèi)不會有大幅度起落，除非局部地理或者全球氣候發(fā)生突變。這一點在當前的能源轉(zhuǎn)型討論中很少提及，但卻是十分重要的。這和化石能源資源很不一樣——化石能源資源在每一年幾乎都有新的礦藏發(fā)現(xiàn)。新型能源可開發(fā)的資源儲量能不能滿足未來的能源需求?筆者研究發(fā)現(xiàn)，至少對于中國而言，將所有技術(shù)可開發(fā)的太陽能、水電能、風電能均開發(fā)利用后，依然不能平衡中國未來強勁的能源需求。在分析的各種情景下，目標年需要化石能源平衡的能源需求份額較大。這是一個值得重視的問題，如果不能夠提前預(yù)見并做好準備，在化石能源難以為繼的情況下，能源出現(xiàn)斷崖式的“硬”斷供，從而引發(fā)經(jīng)濟和社會的混亂，不是不可能發(fā)生的事情。
第二，在資源蘊藏總量一定的情況下，要增加新型能源的供應(yīng)能力，唯一的途徑是通過先進技術(shù)手段提高能源轉(zhuǎn)換的效率。對于風電能來講，就是能否改變風電能依靠風輪轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)路線，以突破貝茨理論的轉(zhuǎn)換效率限制，同時降低風電能轉(zhuǎn)換設(shè)備的制造難度。對于太陽能光伏利用來講，就是如何不斷提高太陽能光伏轉(zhuǎn)換的效率。目前投入商業(yè)應(yīng)用的先進光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率大約25%，理論上，這個效率可以提高到70%以上。隨著轉(zhuǎn)換效率的提高，太陽能作為供應(yīng)能源的供應(yīng)能力可以得到大幅度增強。
第三，新型能源具有間歇性和不可確定性的特點，與連續(xù)、可靠、可持續(xù)穩(wěn)定的能源供應(yīng)要求相矛盾。因此，在發(fā)展新型能源的同時，必須發(fā)展配套的能源技術(shù)，其中最為重要的是大容量的能源儲存技術(shù)，以及具有與新型能源互補特性或逆向調(diào)節(jié)特性的能源。在以新型能源為主的能源系統(tǒng)中，系統(tǒng)本身不具備足夠的調(diào)節(jié)容量，或者沒有安裝足夠容量的儲能設(shè)備，系統(tǒng)能源供應(yīng)的穩(wěn)定性、安全性和可靠性無法保障，新型能源也就不能作為主力能源。
三、中國能源轉(zhuǎn)型的前景和挑戰(zhàn)
作為一個有抱負的民族和國家，中國在能源問題上的基本方針是要加強國際合作以實現(xiàn)全球能源的理想治理，同時又必須實現(xiàn)能源獨立自主——不僅僅是能源供應(yīng)，也包括能源核心技術(shù)和能源治理——從而實現(xiàn)獨立自主和安全充分發(fā)展，這確實是一個嚴峻的挑戰(zhàn)。
分析中國能源轉(zhuǎn)型過程的基本思路是，設(shè)定一個經(jīng)濟目標和相應(yīng)的能源目標值，并由此反推，推算達到這個目標值所需的合理時間和各水平年的平均增長速度，以及各個水平年能源配置的基本結(jié)構(gòu)，從而可以模擬能源轉(zhuǎn)型的完整過程。筆者在模擬分析中，考慮在三十年的時間內(nèi)，中國人口基數(shù)維持14億不變，人均GDP4.23萬美元，達到德國2018年水平，能源強度1.08千瓦時/美元，達到歐盟2017年的水平。考慮水電能、風能和太陽能資源到目標年實現(xiàn)充分開發(fā)利用，按照三種化石能源不同的增長組合，能源需求的缺口由核電能補足，對能源轉(zhuǎn)型分四個場景進行分析。分析表明，到目標年，中國的一次能源總需求將達到63.2億噸標準油，為2018年的1.93倍，年人均能源消耗能源189.6吉焦。
分析四種能源轉(zhuǎn)型場景，顯示中國在能源轉(zhuǎn)型過程中，煤炭將持續(xù)作為基礎(chǔ)能源，到目標年最為理想的情況下，煤炭依舊是一次能源消費中占比最高、達到41%，其次是核能，占比將達到12%，其后一次是風能11%、石油10%、太陽能9%、水電能8%、天然氣7%?；诖四茉唇Y(jié)構(gòu)，在終端能源消費中，電能消費占比將達到52.8%。
展望中國的能源轉(zhuǎn)型，有幾個問題需要重點關(guān)注:
第一，關(guān)于煤炭的地位問題。中國是一個能源資源短缺的國家，化石能源資源儲量只有全球的8.3%，其中石油占全球的1.5%，天然氣占全球的3.1%，即使最為豐富的煤炭，也只占全球的13.2%，只有美國的一半左右。近年來，中國煤炭生產(chǎn)量大，2018年的儲采比只有38年。因此，煤炭是中國的主力能源，但是也是最需要謹慎利用、精心安排利用的能源。如果煤炭利用不當，中國的能源安全得不到可靠保障，無法實現(xiàn)能源的“軟”轉(zhuǎn)型。
第二，依靠新型能源無法支撐中國安全地實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型。這里主要存在兩個方面的問題，一是失去化石能源的支撐，又在技術(shù)上不能大規(guī)模開發(fā)海洋能的情況下，新型能源的可利用能源量無法滿足未來中國的能源需求，而海洋能開發(fā)利用技術(shù)目前才剛剛起步，其發(fā)展的技術(shù)路線、前景和規(guī)模尚難以預(yù)料；第二，如果沒有化石能源和核能的支持，新型能源的調(diào)節(jié)特性不具備響應(yīng)能源需求特性的能力，能源系統(tǒng)的安全性、可靠性和可持續(xù)性無法得到本質(zhì)性的保障。
第三，加強安全性能好、調(diào)節(jié)性能強的核能利用。核能具有能量密度高，清潔、低碳等極為寶貴的特性。在核能利用上，第一，要重視核能利用中的安全問題，以核裂變原理獲得可控核能的技術(shù)，已經(jīng)發(fā)展到第四代，安全性總體上是能夠得到保障的，但是要確保萬無一失，就要加強利用核聚變原理獲得可控核能的技術(shù)開發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用，從原理上確保核能安全。第二，要重視核能源的綜合利用，不要將核能利用僅僅局限于發(fā)電，而應(yīng)在電、熱綜合利用、核電余熱淡化海水或者制氫等等方面加強研究和應(yīng)用，提高核能源的利用效率。第三，要加強核電機組的靈活性，從模塊化、小型化和提高核電機組調(diào)節(jié)能力等方面著手提高核能源的調(diào)節(jié)能力，以適應(yīng)大量新型能源接入系統(tǒng)的條件需求。
