(中国科学院院士)
人类自从学会钻木取火,就正式开启了自主用能里程。蒸汽机的出现,推动薪柴向煤炭第一次能源转换;内燃机的出现,推动煤炭向石油第二次能源转换。科技创新和工业崛起是促进能源转换的根本动因,三者高度依存、互促发展。当今世界迎来新一轮的变革“井喷期”, 百年未有之大变局,开启世界政治、经济、科技、能源等重塑时代。以创生和再生为主导的第六次科技革命,引领能源进入低碳无碳化转型时代,以数字化为核心的第四次工业革命,引领能源进入智慧节能时代。化石能源向新能源第三次转换的环境和条件正在形成,新能源时代像破晓天空,旭日正东升,霞光已满天。
新能源是指在新技术基础上加以开发利用,接替传统能源的非化石无碳、可再生清洁能源,主要包括太阳能、风能、氢能、地热能、海洋能、生物质能、核能、新材料储能等,与煤炭、石油、天然气等传统含碳化石能源,在理论技术、利用成本、环境影响、管理方式等方面有显著不同。新能源的洁净特质,高度契合人类社会对绿色、清洁的无限追求。
欧洲是新能源的强力推动者,尤以德国最主动,坚决走弃煤弃核之路,预计到2038年可能全面实现无煤化。日本弃核转氢,2017年提出要领先全球,实现“氢能社会”。韩国致力打造氢经济,颁布全球首部《氢法》,多措并举培育氢能产业。油气资源禀赋极佳的中东国家,也积极制定新能源发展战略。阿拉伯联合酋长国2017年1月公布2050年能源战略,清洁能源在能源结构中的占比从目前的25%提高至50%。美国能源部长丹·布鲁耶特,在应对新冠疫情和油价暴跌“黑天鹅事件”,回应美国能源挑战时指出:能源部今后的重点是推动下一代能源创新,寄望新能源战略继续引领世界。
BP、壳牌、道达尔、挪威国家石油公司等巨头,相继发布2050年“净零”新愿景。中国石油天然气集团有限公司将绿色低碳纳入发展战略,积极推动化石能源与新能源全面融合发展的“低碳能源生态圈”建设。中国石油化工集团有限公司明确以新能源、新经济、新领域为重要增长点的“一基两翼三新”发展格局,致力打造世界领先的洁净能源和合成材料公司。国家能源投资集团有限责任公司已是全球最大的风力发电、煤制油公司。新能源作为未来能源已成共识,大势不可阻挡,前景无可限量。
人类需求多元化主导世界工业多元化,必然引导用能方式多元化,未来逐步拓展并聚焦“油、气、热、电、氢”五大集群产业,可能最终走向“可控核聚变”终极能源。当前和今后相当长时期,石油的重要能源地位不会改变,按照资源量预测,世界石油工业可再持续150年。在“油车”变“电车”、“电车”变“氢车”之后,石油的能源消费结构占比将会下降,但作为极限条件下的战略储备地位依然稳固。天然气工业正在步入鼎盛期,大力发展天然气符合节能减排的时代要求和民生用能需求,但化石能源的属性决定其仍然只是过渡。
“热集群”集中在地热能、太阳能、风能等,是全球丰富的清洁能源,取暖和发电将是人类长期依赖的生活方式。“电集群”是终端用能的重要方式,随着储能技术的发展与突破,彻底解决分布式规模用能难题,水电、风电、光电、地热电、核电等无障碍上网并网,“电集群”产业将会展现另一番前景。“氢集群”包括制氢、储氢、运氢、用氢等完整产业链,是与石油天然气工业高度融合发展的最佳伙伴。随着新材料的突破、氢能汽车的规模生产和加氢站的大幅建设,电解水制氢、太阳能制氢、液态储氢、管道运氢等技术工业化将会成为现实,“氢集群”也将作为全新工业链走进我们的生活。“五大集群产业”成为第四次工业革命的“五大助力引擎”。
世界能源已经形成煤炭、石油、天然气、新能源“四分天下”新格局。我国“富煤但油气不足”的资源禀赋,导致“一大三小”能源格局,煤炭“一支独大”的能源结构滞后世界近百年,加之持续攀升的油气对外依存度和庞大的能源消费体量,我国未来比以往任何时期、比任何国家都需要“新能源革命”。按照“四个革命、一个合作”能源新战略,依靠“洁煤稳油增气、大力发展新能源”实现转型,是构建清洁低碳、安全高效能源体系的现实选择。
煤炭清洁化利用是趋势,在未来能源消费结构中的占比将持续下降。油气资源潜力有限,新增储量和剩余储量以难动用、非常规为主,除非煤炭地下气化“气革命”和页岩油原位转化“油革命”实现,油气能源安全压力将会越来越大。我国是新能源资源大国,可靠新能源自主可控。近10年,我国新能源取得了突出成就,成为全球最大的新能源生产国、消费国,水电、风电、太阳能发电规模和核电在建规模居世界第一,新能源消费量达到全球平均水平的2倍。2018年,我国新能源消费量占一次能源消费总量的比重达到14.7%,增速为11.8%,具备大发展基础。
按照“三步走”布局,未来15年,我国将提速新能源发展,加快氢能产业链布局,推进可再生及核能规模化,使新能源成为化石能源的重要补充。到2050年,储能、核聚变等颠覆性技术实现突破,“氢能中国”基本建成,推动能源结构从“一大三小”向“三足鼎立”转型,煤炭占40%,油气占30%,新能源占30%。2100年之前,我国将全面实现多类型新能源低廉化生产、规模化应用,化石能源与新能源消费二者地位转换,新能源占70%,化石能源占30%,依靠“新能源革命”实现能源供给自主可控,力争达到“能源独立”。
世界第四次工业革命,引领能源工业进入信息化智慧管理能源时代。由传统机械化管理,向利用大数据、人工智能、信息技术实现多能互补、多网融合、智慧协同的全新“智能源”管理跨越。单一能源利用,向多能利用的“大能源”转型,构建全新“智能源”管理模式,实现“煤炭、油气、新能源等”多能互补,“电网、管网、运输网、信息网等”多网融合,“按需供能、峰谷平衡”供需联动,“能源调控中心”智慧协同。
只有枯竭的思想,没有枯竭的能源。油气是不可再生稀缺能源,新能源是可再生不竭资源,新能源终将替代化石能源。或许等不到化石能源枯竭,新能源时代就将提前到来。新能源前景依靠新技术突破,新能源魅力在于多类型、多路径发展。在这变焦频繁的新时代,“黑天鹅”满天飞,“灰犀牛”遍地跑,唯有加强战略引领、加速科技创新、加快产业转型,从化石能源向新能源和智能源跨越,才能确保我国的能源安全。