杜祥琬院士:我国能源战略规划正面临新的边界条件
发布者:Catherine | 来源:《能源评论》 | 0评论 | 507查看 | 2024-06-13 09:38:56    

杜祥琬,中国工程院院士、国家能源专家咨询委员会副主任、国家气候变化专家委员会顾问、中国工程物理研究院高级科学顾问,主持了与能源转型、“双碳”目标相关的重大战略研究。


他认为,国家能源战略规划的研究与实施,既要长期坚持战略目标和方向,也要因时、因势、因新边界条件进行策略调整。对此,他一直保持深入调研和潜心思考。


提高中东部能源自给率必要且可行


《能源评论》:您一直强调,优化能源结构是实现“双碳”目标的基本路径。您认为,近十年来我国能源结构发生了怎样的变化,该如何进一步优化?


杜祥琬:实现“双碳”目标是一个复杂的、长达几十年的转型过程,优化能源结构是一个基本路径。近十年我国能源结构最突出的变化,是可再生能源发展迅速。从2023年的数据来看,我国可再生能源发电装机达到15亿千瓦,占全国发电总装机的51.9%,可再生能源的发电量已接近3万亿千瓦时,接近全社会用电量的三分之一;水电、风电、光伏发电、生物质发电的装机规模均取得了世界第一的成绩,我国在全球可再生能源新增装机的占比超过了50%。


对于能源结构如何优化,多年来我们一直说,节能与提效要“双轮驱动”、供给与消费要“两端发力”。这一次,我想更多地强调,要大力调整中东部地区的能源供给结构,逐步提高中东部能源自给率。


《能源评论》:从您近期到各地的调研情况看,提高中东部地区能源自给率的必要性和可行性是否已经具备,这对我国开展“十五五”规划前期研究工作有何启示?


杜祥琬:长期以来,我国中东部地区对西部的能源有依赖性。中东部地区化石能源资源相对匮乏,用电负荷却相对集中,这种分布的不均衡性决定了西电东送的必要性。但是,在能源转型的过程中,中东部地区的能源自给率要逐步提高,这非常必要。


具体来说,就是利用好中东部丰富的可再生能源,能源利用实行“身边取”和“远方来”相结合的策略——首先利用身边的可再生能源,提高自给率,不够的部分再靠西电东送做一些补充。分布式光伏发电、陆上风电、海上风电的蓬勃发展创造了良好的基础,和十年前的情况已经大不相同。


从经济可行性来看,天津大学和华北电力大学的专家,分别经过科学计算得出了一致的结论:同样1度电,中东部自发电的成本比西电东送的成本要低。以河南省兰考县为例,兰考是我国农村能源革命试点,构建了多能互补分布式能源系统,充分利用生物天然气、光伏发电、风力发电、地热取暖、垃圾发电等,使当地的能源结构发生了很大变化,农村人居环境明显改善,收入显著增加。自产直销、寓电于民,可培育出大量的“产消者”,不仅能提升当地的能源自给率、独立性和安全性,还缓解了高比例可再生能源对电网的冲击。虽然兰考并不算太阳能、风能特别富足的地方,但是它靠自己的可再生能源,已能基本上解决能源需求——这是最有说服力的事实。


当然,对于上海这类大负荷中心来说,就不宜一味追求“自给率”,外来电非常关键,这也是因地制宜策略的体现。


《能源评论》:中东部提高能源自给率,对于西部意味着什么?西部如何处理好电力外送和本地消纳的关系?


杜祥琬:“因地制宜”这四个字当然也适用于西部。中东部的能源自给率提高以后,也可以减轻西部的压力,西部可以在履行西电东送等长期协议的同时,把能源优势首先作用于自身的经济和产业发展上,甚至可以通过政策的引导,把东部沿海的一些产业逐步迁移到西北地区。比如,内蒙古自治区就正在改变传统的挖煤卖煤、发电卖电的产业结构,致力于建设“零碳”园区,迎来发展的新时期。不同地区根据自己的实际情况进行能源转型,这就是因地制宜。


当前应逐步提高“能源三角”的安全性与经济性


《能源评论》:对于能源体系的三个目标(安全可靠、经济可行、绿色低碳),您倡导要形成一个“可能三角”。在这“三角”中,当前需要着重讨论的是什么?


杜祥琬:安全可靠是对能源系统的基本要求,经济可行的能源系统才会被社会接受,绿色低碳是能源转型的大方向,三者缺一不可。新型能源体系必须逐步满足这三个目标,使之成为“可能三角”,才是高质量的能源系统。


当前,新能源占比大幅增加,能源系统的绿色低碳特征比较清晰,需要着重讨论的是如何做到安全可靠、经济可行。


在安全可靠方面,要做到即使在极端天气等严重情况下,电力供应也不会出现较大功率缺额的风险。新型电力系统的电源发展需确立多能互补的策略,在高效、清洁化出力发电的同时,有序安排煤电机组的灵活性改造,让其参与深度调峰。要进一步挖掘我国水电在装机和出力上的潜力;核电发挥稳定基荷的作用,在安全前提下,我认为核电装机完全可能在2030年前达到1亿千瓦以上。在电网侧,发展智能电网和配电网,促进电力系统各环节的智能化,使电网可观、可测、可控。储能在发电侧、电网侧和用户侧都有应用市场,发展商用化的储能、储热技术,是能源系统具备柔性、包容性和平衡功能的关键。


在经济可行方面,则要兼顾社会用能阶段性的承受能力和长期的经济性。随着新能源比例的增大,系统平衡成本、安全保障成本将成为电力系统的成本增量。一方面,要广泛利用各领域灵活性资源,低成本解决电力系统的平衡难题。另一方面,随着分布式电源的发展,可将大电网的模式转化为大电网和一系列微网结合的模式,利用高精度的预测技术,实现局部的自平衡,减轻大系统的平衡压力,降低增量的成本投入。


《能源评论》:保障国家能源安全是能源行业的首要政治任务,业内已经有了“先立后破”“煤炭压舱石”等深刻认识,您对此有哪些思考?


杜祥琬:相对石油和天然气,我国煤炭储量较为丰富,在一次能源结构中,煤炭是主要贡献者。但我认为,大家对“富煤”要有一个清醒的认识——我国只是“相对富煤”。我们切不可有高枕无忧之心,一定要认识到煤炭的三个属性:重要性、不可再生性和有限性。


跟全球相比,我国人均煤炭储量仅为世界平均值的67%。我国目前探明可直接利用的煤炭储量为1710亿吨,现在每年大约能开发40亿吨,煤炭的储采比约为40年。十几年前发1度电大约需要消耗400克标准煤,但是现在发1度电,全国的燃煤发电厂平均只需标准煤300克,高能效的煤电厂只需248克。即便技术如此进步,2060年后煤炭也没有太大后劲,即便不讲碳中和,煤炭也不可能永远发挥“压舱石”的作用。这是我与煤炭行业的专家院士交流后得出的结论。


《能源评论》:所以您认为,可再生能源才是我国丰厚的“资源禀赋”?


杜祥琬:是的,丰富的可再生能源资源是我国能源资源禀赋,而且构成了我国能源转型的坚实基础。我国已经开发的可再生能源资源不到技术可开发资源量的十分之一,其潜力不可限量。此外,可再生能源资源是我国自己可以掌控的,不受国际地缘政治变化的影响,且分布式发展有利于分散地域风险,有利于能源体系的独立性和安全性。


尽管可再生能源尤其是新能源在技术上还要解决波动性等问题,但从大趋势来看,发展可再生能源才能同步解决能源转型和能源安全问题。未来我国用电需求仍将快速增长,电力行业保供面临巨大压力。国网能源研究院预测,到2030年,我国用电总量将由2021年的8.3万亿千瓦时增长到11.8万亿千瓦时,增幅为42%。电力需要供需平衡,需要电网智能化,风电、光伏发电和各种储能等灵活性资源实现更密切的配合。


能源科技战略研究应注重“多元”


《能源评论》:城市和乡村组成了人类生活的二元结构,您近年对城市节能、农村能源革命尤其关注,可否介绍一下这方面的思考?


杜祥琬:这其实是个很有意思的话题。在化石能源被发现之前,人们依山林、水域而居,并不需要集中地使用能源,那时是没有城市的。城市的诞生与化石能源相伴,越是大城市,化石能源基础设施越完备,煤、油、气、电运行相当稳定。如果,能源革命发展到能源使用从以化石能源为主变成以可再生能源为主,城市将会有什么样的变革?城市能源革命的一个难点,就是如何激发城市的内生动力,为实现绿色用能,筹集巨额资金对基础设施进行大规模改造。


而从能源资源禀赋来看,农村地区有丰富的可再生能源资源,农村的可再生能源一直是就地生产、就地消费,分布式发展效率更高(有条件的地方也可以和集中式相结合)。此外,农村化石能源基础设施比较薄弱,化石能源价格比较高,相比之下,可再生能源发展成本低且受阻较小。我国的能源革命选择从化石能源基础薄弱的农村入手,代价更小,这不仅必要而且可行。


《能源评论》:随着新型电力系统建设不断推进,业内越来越强烈地感到,开展科技战略咨询非常重要。您对开展重大科技战略咨询研究有很深体悟,您认为,这方面最需要注意什么?


杜祥琬:我的感受是,进行科技战略研究既要立足国情,又要超脱于行业。煤、电、油、气、新能源……每个能源领域的专家都有很高的水平和丰厚的工作成果,但如果只从自己所在领域的角度来分析怎么做,就不一定完全客观了。


所以,一定要立足于国家全局,以系统论的方法、整体的视角去进行多元能源之间的科技战略研究。太阳能、风能有一定的间歇性、波动性,在新能源比例越来越高的情况下,保证输出电力稳定、安全,需要和储能技术相结合,通过灵活发电和灵活用电,将不稳定性变成人可以操控的灵活性,使绿色低碳能源同时成为智慧能源。除此之外,还需要建立科技创新联合体,建立健全低碳技术的标准体系,产学研用联合攻关。


《能源评论》:近年来,可控核聚变技术引发全球较高关注,我国也于去年底成立了中国聚变能源有限公司(筹),您对相关技术的进展有何期待?


杜祥琬:可控核聚变没有原理上的困难,只有技术上的困难,目前正不断取得进展,只是还需要点时间。现在有一些民营企业也看到了可控核聚变的前景,投入到相关的研究中,是很有眼光的。我想,可再生能源和可控核聚变一同发力的话,人类的能源未来应该是乐观的。

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