以多能融合促进能源绿色低碳转型 推动绿色生产力发展

以多能融合促进能源绿色低碳转型 推动绿色生产力发展

 

刘中民

 

中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所所长

 

推进新型工业化是一个系统工程，涉及工业各个部门，更关乎经济社会持续发展。能源是经济社会发展重要的物质基础，是支撑工业体系稳定运行的基本保障，也是我国工业体系中的关键基础产业。推进能源工业的绿色低碳转型，不仅涉及能源原料供应和能源生产安全，也是维护我国产业链、供应链安全稳定，实现经济社会绿色低碳转型的重要举措，要抢抓新一轮技术革命、能源革命、产业革命和信息革命机遇，加速推进能源绿色低碳转型。

 

一、深刻理解能源绿色低碳转型发展的时代要求

 

党的二十大报告指出，在新时代新征程上，世界进入新的动荡变革期，来自外部的打压遏制随时可能升级，要求我们“准备经受风高浪急甚至惊涛骇浪的重大考验”。立足“百年未有之大变局”与“中华民族伟大复兴战略全局”，新时代能源体系构建要统筹能源安全与能源发展。其中，能源安全是底线，指引能源发展的方向；能源发展是手段，要顺应国际能源发展趋势、国内能源资源与产业现状，以能源高质量发展实现能源安全的高质量保障。

 

能源如何发展，国家作出了系列重大论述与重大部署。2014年6月，习近平总书记主持召开中央财经领导小组第六次会议，研究我国能源安全战略，强调必须从国家发展和安全的战略高度，审时度势，借势而为，找到顺应能源大势之道；面对能源供需格局新变化、国际能源发展新趋势，保障国家能源安全，必须推动能源生产和消费革命，并提出了“四个革命、一个合作”能源安全新战略。2015年党的十八届五中全会首次提出建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系。此后，“清洁”“低碳”“安全”“高效”成为我国能源体系建设的核心要求，在国家政策文件中得到多次重申。2017年党的十九大报告提出，要推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系。2021年《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出，要推进能源革命，建设清洁低碳、安全高效的能源体系。2021年《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出，到2060年，绿色低碳循环发展的经济体系和清洁低碳安全高效的能源体系全面建立。但“清洁”“低碳”“安全”“高效”更侧重能源利用环节，无法完整体现能源在我国经济社会发展中的支撑和引领作用。为顺应新形势，国家对我国能源体系发展提出了新要求。2022年党的二十大报告提出，推动能源清洁低碳高效利用；深入推进能源革命；加快规划建设新型能源体系；确保能源安全。将清洁低碳高效等目标聚焦能源利用环节，而用“新型能源体系”概括能源体系建设总体目标。

 

新型能源体系的总体要求是提高能源资源安全保障能力，主要特征要求包括高质量安全、绿色低碳、合作开放、共享普惠、创新驱动等，核心目标是要以能源的绿色低碳发展带动经济社会发展的绿色低碳转型。2024年中共中央、国务院发布《关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》，从国家层面首次明确了经济社会绿色低碳发展总体要求、主要目标、实施路径，对于推动发展方式绿色转型、全面推进美丽中国建设、实现高质量发展具有重要意义。其中，稳妥推进能源绿色低碳转型是经济社会绿色低碳转型发展的重点领域之一。加强化石能源清洁高效利用、大力发展非化石能源、加快构建新型电力系统是推进能源绿色低碳转型的主要手段。这些重要论述和重大部署，为推进能源绿色低碳转型发展提供了根本遵循和行动指南。

 

二、全面认识我国能源绿色低碳转型面临的严峻挑战

 

我国是世界上最大的能源生产国、消费国。能源系统要从化石能源为主的高碳型向以可再生能源为主的绿色低碳型转型，面临着系统性风险，存在严峻挑战。

 

（一）大变局下能源战略安全的复杂性、紧迫性不断加剧

 

当前国际地缘政治博弈趋向极端化，我国发展面临美西方的全面围堵，“断链脱钩”持续升级并趋向长期化，能源供应通道受到威胁的紧迫性不断加剧，能源战略安全面临新的挑战。一是油气供需矛盾仍在加剧，油气对外依存度居高不下，且在近中期仍将继续走高。二是新能源产业发展所需的关键矿产严重依赖进口，如锂和钴对外依存度常年保持在60%和90%以上，且随着需求不断增加，成为新的风险点。

 

（二）能源供应安全新旧挑战交织

 

我国的能源资源分布不均，西部内陆地区资源丰富，而东部沿海地区能源需求大但资源相对匮乏，长期以来形成了“西气东输”“西电东送”“北煤南运”的能源运输格局。地理空间的能源供需不平衡，增加了能源运输成本和能源调配难度。同时，随着风电、光伏等波动性可再生能源占比的不断提高，电力供给的稳定性，供需的时间不匹配等问题也日益严重，对能源系统运行安全构成重大挑战。

 

（三）先进能源技术有效供给不足

 

当前，能源生产逐渐由资源驱动向技术驱动转变。科技创新对能源生产和消费模式的绿色低碳转型至关重要，只有规模化应用、产业化发展的先进技术才能推动绿色生产方式转型。而变革性技术的诞生、转化是一个长周期、高投入、高风险的过程。多年来，我国存在着科技成果转化为现实生产力不畅的问题。面对当前迫切的技术需求，科技体系的有效供给存在不足。如何完善创新体制机制，增强科技创新能力，推动从基础研究、技术开发到成果转化的全链条创新，是当前面临的难题。

 

（四）新能源产业链供应链仍面临“卡脖子”风险

 

新能源产业是支撑能源绿色低碳转型的关键产业。经过多年努力，虽然我国新能源产业具备了现代化发展的基础，但结构性技术短板及关键原料供应带来的“卡脖子”风险将成为限制其持续性发展的巨大挑战。如风电、光伏产业链中仍然存在一系列“卡脖子”技术，新能源设计研发涉及的多种工业通用分析软件基本来自国外，存在被限制风险。

 

（五）能源、产业条块分割的体制机制难以满足跨系统、跨产业融合发展要求

 

我国现有能源工业体系庞大、复杂，长期以来能源种类各板块相互独立、各有分工，能源体系存在体制性分割，不仅制约了能源系统整体效率的提升和高质量发展，也限制了其他相关行业的发展。这与新型工业化趋势下，跨行业、跨领域交叉融合发展的创新方向相矛盾。如何强化跨部门统筹协调机制，打破现有条块分割局面，实现跨领域、跨行业融合，仍是难题。

 

三、积极抢抓我国能源绿色低碳转型面临的历史机遇

 

长期以来，我国能源工业聚焦“富煤贫油少气”的化石能源资源禀赋，建立了规模庞大的煤、油、气开采工业，以煤炭为主体的电力工业、石油炼化工业，以石油和煤炭为基础的化学工业和钢铁水泥等高耗能工业，为国家发展提供了必需的能源动力与基础材料。近年来，随着技术创新突破和新能源产业快速发展，我国丰富的风、光等可再生能源资源转化为具有经济竞争力的绿色低碳能源成为可能，“可再生能源丰富”的资源禀赋有了大规模开发利用的技术和产业基础。可再生能源的飞跃式发展，为我国能源绿色低碳转型带来机遇。

 

（一）坚持党的领导和社会主义集中力量办大事的制度优势，为能源绿色低碳发展提供强大政治保障

 

社会主义“集中力量办大事”的新型举国体制是中国特色社会主义制度的显著优势，在国家历次重要历史性变革中发挥了重要作用。经济社会绿色低碳发展是全球发展大势，其中能源是关键领域。能源绿色低碳转型是我国保障能源安全，破解资源环境约束，实现碳达峰碳中和目标，培育新质生产力，推动形成绿色生产方式和生活方式，实现经济社会高质量发展的迫切需要，必将带来一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央审时度势，把能源绿色低碳转型始终摆在国家能源工作的突出位置，作出了全面系统部署，为能源绿色低碳发展提供强大政治保障，对加速能源绿色低碳发展具有重大意义。

 

（二）超大规模市场和丰富应用场景，为新能源技术迭代和产业发展提供强劲动力源泉

 

我国是世界上最大的能源消费国，能源生产需求规模巨大。国内外多项研究显示，到2060年我国风电、光伏合计装机容量将超过50亿千瓦，是当前装机规模的5倍以上。超大规模市场持续拉低新能源应用成本，例如，十年来我国风电和光伏的开发成本分别下降了60%和80%，逐步实现平价上网。同时，我国拥有全球最完整的工业体系，为新能源融合应用提供丰富场景，孕育新兴产业技术突破和商业模式创新，如新能源与电网、工业融合，孕育形成新型储能、氢能等未来产业。

 

（三）新能源产业国际竞争力强劲，为新能源大规模发展提供强大生产力基础

 

新能源是推进能源绿色低碳转型的关键，不仅包括风能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能、新一代核能等，也包括支撑高比例可再生能源电力系统运行所必不可少的先进储能和氢能。经过多年政府支持、市场发展与企业努力，我国新能源产业竞争力持续提升，集聚效应逐步显现。例如，我国已经成为全球风电和光伏产业中心，2023年我国风电机组产量占全球70%，光伏产品产量在全球占比超80%。同时，新型储能与氢能相关产业也在快速发展，产业竞争力居于世界前列。

 

（四）新一轮科技革命、产业革命快速发展，为能源绿色低碳发展提供技术保障

 

当前，全球能源科技创新进入持续高度活跃期，新产业新业态日益壮大，可再生能源、非常规油气、先进核能、氢能、储能、智慧能源等一大批新兴能源技术正以前所未有的速度加快迭代并跨越技术商业化临界点，推动全球能源系统向绿色、低碳、清洁、高效、智慧、多元方向转型。新能源技术与一系列新兴技术的深度融合发展，促使能源生产、转化、运输、存储、消费全产业链发生深刻变革，为能源绿色低碳发展带来时代机遇。

 

四、探索发展能源绿色低碳转型的多能融合模式

 

多能融合模式是针对我国能源体系仍然存在各能源种类相互独立、难以跨系统耦合优化等问题，通过新技术、新模式，破除各能源种类之间条块分割、互相独立的技术壁垒和体制壁垒，促进化石能源与非化石能源、各能源子系统之间、各能源资源加工利用不同过程间集成融合，实现能源资源利用的能量效率、物质效率、环境效益、生态效益、经济效益和社会效益等多目标优化的新型模式，是能源绿色低碳转型的可行路径。多能融合模式的实现不仅需要突破各种能源自身发展局限的关键技术，还需遵循能源发展的客观规律，立足国情、顶层设计、先立后破、因地制宜、分类指导，坚持以科技创新引领产业创新，加快能源发展方式绿色低碳转型，统筹推进科技创新、新质生产力发展、国际合作，为能源绿色低碳转型提供坚实技术支撑与制度保障。

 

（一）加强顶层设计，系统推进以多能融合为特征的新型能源体系建设

 

能源体系是一个典型的复杂系统，在“双碳”目标和能源转型大背景下，系统建设以跨系统、跨部门为特征的多能融合新型能源体系，是一项具有挑战但必须做的工作，必须加强顶层设计。一是加强以多能融合为特征的能源体系战略研究，系统部署阶段性战略目标，制定跨领域、系统化的能源技术发展路线图，完善形成持续推进能源科技创新的政策机制，指导技术创新和产业长期发展。二是聚焦能源关键领域和重大需求，制定顶层技术产业蓝图，充分发挥战略科学家作用，促进企业和科研单位协同合作，及早识别对未来能源体系具有变革性作用的关键技术和产业模式，选准核心突破点，形成目标性技术攻关清单与方案，推进关键核心技术创新成果产出。三是充分发挥新型举国体制优势，设立跨领域系统化部署的重大科技专项，引领跨领域综合交叉、多种能源互补融合，打破能源与其他行业、能源内各分系统间相互独立分割的局面，解决依靠单个领域科技发展难以突破的跨系统融合问题。

 

（二）坚持先立后破，持续推进化石能源清洁高效利用与耦合替代，夯实能源安全底线

 

能源绿色低碳转型的根本内涵是降低煤炭消费，提升清洁能源消费。由以煤为主、高碳的能源体系向绿色低碳能源体系转型，必然带来不稳定状态，需要特别发挥好煤炭的“压舱石”作用。在多能融合的能源绿色低碳模式下，一是要通过清洁高效利用来降低煤炭“存量”用量带来的生态环境问题。在煤炭燃烧方面，应不断突破煤炭高效燃烧技术和多污染物协同治理技术，推进已有煤电节能降碳改造、供热改造和灵活性改造，减少煤炭燃烧带来的常规污染物和碳排放问题。在煤炭转化方面，应通过煤化工技术创新，充分发挥煤炭的物质属性优势，以合成气、甲醇转化为平台，制取烯烃、芳烃和含氧化合物等大宗化学品/燃料，促进煤化工与石油化工的互补耦合，实现更为合理的化工结构。二是煤炭作为我国自主可控的化石能源，需以自身的“稳定可控”属性支持能源绿色低碳转型。应加快燃煤电厂灵活调峰改造，提供新型电力系统所需的调节资源。三是在煤炭利用环节需通过技术创新，促进与非化石能源体系的互补融合，以低碳的非化石能源替代高碳的煤炭能源。应通过煤化工与绿氢融合，实现煤化工生产过程的低碳化改造。例如，在煤气化变换这一煤化工碳排放的主要环节补入绿氢，可实现煤制烯烃过程碳减排近70%，且理论上，如能补入过量氢气，可改造成为二氧化碳利用过程，实现全过程的负碳排放。

 

（三）大力发展非化石能源多能互补与规模应用，提升能源绿色低碳发展能力

 

非化石能源大规模、高比例发展是我国能源绿色低碳转型的前提，没有充足的非化石能源供应，就无从谈起能源体系的绿色低碳转型。但是，风电、光伏具有随机性、间歇性和波动性的特点，其大规模接入会给电网的安全、稳定和经济运行带来诸多不利影响，这一问题难以依靠其自身技术的进步得到解决，需通过多项核心技术创新以及集成创新，实现化石能源与新能源、能源与材料、终端不同部门用能方式的优化与替代。在多能融合模式下，一是通过技术创新，实现非化石能源的多能利用。当前非化石能源主要用来发电，可通过技术创新，推进非化石能源的非电利用，实现“电热氢”协同，将显著提升非化石能源的多能互补与规模利用能力。例如发展核能供热/制氢、太阳能热电联产、绿电制氢等技术。二是以储能平台技术为支撑，实现多种非化石能源的融合利用。储能技术可有效地平抑大规模新能源发电接入电网带来的波动性，有效促进电力系统运行的电源和负荷的平衡，提高电网运行的安全性、经济性和灵活性，推动我国电力系统实现转型升级，形成以可再生能源和清洁能源发电为主，集中式与分布式相结合，主干电网与局域配网、微网相结合的新格局。

 

（四）统筹开展工业低碳/零碳流程再造，推动工业革命与能源革命相互促进

 

工业部门是我国能源消费和碳排放的关键部门。目前，我国工业部门在能源消费总量占比约为2/3，在碳排放总量占比为70%左右。工业部门中钢铁、化工、水泥、有色等传统高耗能行业的绿色低碳转型是我国能源消费绿色低碳转型的难点。工业绿色低碳转型路径，一是深度电气化，以非化石能源提供的绿电代替当前来自化石能源的发电供热。二是对难以直接电气化的工业流程，需借助绿氢、合成气/甲醇、二氧化碳等平台技术，通过技术突破和行业间的协调、融合实现低碳/零碳流程再造，推动工业过程的节能减排。在钢铁行业，可以用氢气代替煤炭来还原铁矿石（氢冶金），相比传统工艺，可实现碳减排80%左右。还可以通过钢化联产，推动钢铁行业与化工行业的耦合，利用钢厂尾气制造乙醇，实现尾气资源的高值化利用。例如，我国目前25%的钢厂尾气每年就可生产1000万吨乙醇，足以弥补我国燃料乙醇缺口，潜力巨大。

 

（五）加速促进数字化、智能化技术集成优化，提升能源资源利用效率和科技研发效能

 

数字化与绿色化是新一轮科技革命和产业变革的共同特征。推动数字化与绿色化深度融合是能源产业绿色低碳转型、能源技术加速创新的重要途径。一是推动以人工智能、大数据、物联网、云计算为代表的数字化、智能化技术与能源各产业融合，推动能源资源利用效率提升。例如，在新能源产业中，数字化技术能够赋能新能源产业发展，在新能源设备智慧运维、新能源发电功率预测、新能源基地智能化改造、智能核电厂、氢能基础设施智能调控和安全预警、新型储能灵活调节、新能源发电可靠并网及有序消纳等方面作出突出贡献。二是通过数字化、智能化来深刻改变能源科技研发范式，提升科技创新效能。如在化工技术研发过程中，运用以大模型为代表的人工智能技术，能实现化工知识的快速检索及化工流程工艺的自主设计和优化，有望缩短化工工艺流程的研发周期，为实验室成果快速走向工业化提供可能。

 

（六）加强科技成果转化落地，大力发展能源新质生产力

 

能源是新质生产力发展的重要领域。加快科技成果向现实生产力转化，是培育和发展能源新质生产力的必然要求。一是充分发挥新型举国体制优势，优化资源配置，促进高等院校与科研院所在原理创新、方法创新、技术创新等领域的创新合作。二是充分释放国家政策红利，激励技术成果转移转化，促进能源系统全生命周期的低碳高效运转和创新生态循环。三是引导企业、地方政府和社会资本深度参与能源示范工程建设，促进大规模、系统性的多能融合技术示范落地。四是优先选取典型区域或行业进行跨领域集成示范，以点带面推进多能融合能源体系构建，并培育关联产业成为我国实体经济发展的新增长点，促进发展新质生产力。

 

（七）深化国际合作，主动塑造于我有利的外部安全环境

 

能源绿色低碳转型是人类社会应对气候变化的必然选择，要坚持高水平对外开放，加强能源技术、能源产业的国际合作，共同构建能源绿色低碳转型的共赢新模式。一是积极推进国际能源科技合作，构建国际交流合作平台，加强先进技术交流、项目合作和人才流动，筑牢我国未来能源技术全球领先地位。二是有序推进新能源产业链合作，积极参加全球资源开发和能源基础设施建设，以“一带一路”国家为重点，推动新能源关键矿产资源和技术装备合作，不断加强与周边国家电力互联互通，树立我国能源技术产业在世界能源格局中的主导权。三是推动碳核算、碳交易等体系标准国际衔接互认，不断完善我国碳排放双控等体系制度，提升国内碳市场国际认可度，有效应对欧美碳关税等绿色壁垒。四是深度参与国际能源治理变革，加强能源领域的公共外交，充分利用多边机制提高我国在气候变化谈判及全球清洁能源等领域的影响力。