构建新型能源体系

促进能源技术绿色低碳转型发展

中国工程院院士 刘中民

相比“十三五”时期发布的《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》和《能源技术创新“十三五”规划》，《“十四五”能源领域科技创新规划》（以下简称《规划》）首次由国家能源局与科技部共同编制，“协同创新，形成合力”的原则最为突出，将强化产业链创新链上下游联合，极大提升能源科技的创新合力。本文结合《规划》内容，重点对能源绿色低碳发展，包括煤化工发展问题，谈一些认识和体会。

一、构建新能源体系要立足用好化石能源

（一）明确能源结构转型初期的煤炭保底定位

“富煤、缺油、少气”的化石能源资源禀赋决定了我国现阶段以煤为主的能源生产与消费格局。在“双碳”目标下，我国能源体系需发生根本性变化，这对我国能源领域科技发展提出了更高要求。要立足以煤为主的基本国情，抓好煤炭清洁高效利用，强调能源结构的低碳化转型应以保障国家能源安全为底线，以促进我国经济社会绿色发展为目标。现实情况下，我国石油、天然气对外依存度持续上升，而国际形势不稳定、不确定性更趋复杂，煤炭是维护我国能源安全的最可靠资源。“十四五”时期是我国“双碳”目标实现的初期阶段，首先应该用好化石资源，特别是煤炭资源，坚持煤炭清洁高效利用道路，发挥好煤炭支撑我国经济和社会发展，保障能源安全的压舱石、稳定器作用。

（二）我国煤炭转化利用技术处于领先地位

煤炭转化利用作为保证国家能源安全和产业链完整的支柱型产业，通常被认为是“石油替代”，但随着煤化工的发展，煤炭转化利用更要与石油化工协调发展，促进相关产业进步，形成更合理的工业结构。

《规划》指出，我国煤炭清洁高效转化利用处于国际领先地位。相比煤炭燃烧供能，利用相同数量的煤炭，转化利用可产生更高的经济价值且大幅降低碳排放。“十三五”期间，我国在煤炭清洁高效转化利用领域部署了一批重大项目。通过多学科、多领域交叉，提出新概念、发展新方法、创制新材料，为煤炭原料化利用拓宽了路径。近期，煤制乙醇正在进行工业化，以乙酸甲酯、甲氧基乙酸甲酯为平台的含氧化合物产业链有望快速形成，合成气直接制烯烃、芳烃等新技术正在快速突破中。

二、构建新能源体系需要关注的问题

（一）关键核心技术突破和行业耦合急需加强

虽然我国在能源领域掌握了大量核心技术，但具有领跑意义的先进技术并不多，关键核心技术或部件对外依存度偏高现象仍较为普遍。从构建清洁低碳、安全高效能源体系顶层出发，选准核心突破点，制定能源技术发展路线图，并完善形成能持续推进能源科技创新的政策机制十分重要。

当然，由于能源问题的复杂性、专业性等，制定跨行业跨领域的全局性能源技术路线图比较困难。《规划》中由国家能源局和科技部联合制定的先进可再生能源发电及综合利用技术、新型电力系统及其支撑技术、安全高效核能技术、绿色高效化石能源开发利用技术、能源系统数字化智能化技术等5个领域的技术清单和技术发展路线图系统反映了近期科技界、产业界对能源科技创新体系划分和关键技术需求的思考，为“十四五”时期能源科技创新指明了方向。

（二）构建新能源体系需要新思维

我国以化石能源为主的能源结构及以煤炭为主提供热力的工业结构，也相应造成了我国碳排放量全球最高的现状。因此，需要以绿色低碳的新视角来重新审视传统能源利用方式的合理性，以新思维审视传统能源生产与利用过程重塑的可能性及关键所在，通过新型能源体系的构建，促进工业结构全面升级。

我国电力及高能耗工业产生的二氧化碳排放占总排放的80%左右，是需要重点关注的行业。另外，交通运输工具电动化不仅为我国汽车行业提供新的发展机遇，而且有利于缓解石油不足的压力。

（三）煤化工行业发展总体向好，但仍面临挑战

煤化工行业发展面临新的挑战。首先，现代煤化工行业面临更激烈的市场竞争。其次，资源环境安全约束加强，配套条件落实难度增大。早前中央经济工作会议提出了原料用能不纳入能源消费总量控制的原则，将从政策上有利于煤化工的新一轮发展。

三、我国能源绿色低碳转型发展建议

发展能源绿色低碳技术，构建清洁高效的能源新体系，应加强全局系统化顶层设计。强化原始创新和关键技术突破，从能源生产与利用全链条出发，在保障能源安全和产业链稳定的前提下，推进能源结构调整，促进工业结构全面升级。通过在典型区域集中开展多能融合示范，验证和完善新技术，探索局部能源结构调整的有效途径，以点带面促进形成我国能源绿色低碳发展新格局。

（一）加强全局性顶层设计，构建与“双碳”目标相适应的中长期能源发展科技路线图

《规划》指出，要与能源、科技等总体规划以及各专项规划统筹衔接，强化产业链创新链上下游联合，形成能源科技创新合力，这体现了全局性思维和部署。鉴于“双碳”目标和能源结构转型任务的长期性，建议在《规划》基础上，进一步加强全局性顶层设计，跨领域、系统化制定我国能源中长期发展和工业升级技术路线图，推进跨领域综合交叉，打破能源与其他行业、能源内各分系统相互独立分割局面，解决依靠单个领域科技发展难以突破的跨系统问题。

中国科学院已建立专门的战略研究团队，提出了以化石能源清洁高效开发利用与耦合替代，可再生能源多能互补与规模应用，低碳化多能融合与区域示范的能源科技发展总体思路，可为中长期能源科技规划提供参考。

（二）构建多能融合能源新体系，促进工业结构全面升级

多能融合体系构建，旨在结合我国资源禀赋特点，发挥国家体制优势，抢占能源技术战略制高点，促进整个能源系统全生命周期的低碳高效运转和生态循环。一是以合成气/甲醇转化等关键技术突破为基础，重点发展石化相关产业技术，大幅度降低过程能耗，减少碳排放，促进石化基础产品生产技术升级换代和能源化工行业协调发展。二是以水/风/光/地热/生物质等可再生能源大规模产电制氢、氢储运等关键技术突破为基础，以氢为纽带促进多种清洁能源转化过程的耦合及碳减排和资源化利用；同时，以大规模储能、核能高效热利用等关键技术突破为基础，促进储能技术与火电、可再生电等新能源融合，促进清洁能源多能互补与高效利用。三是在关键技术突破的基础上，围绕合成气/甲醇、绿氢、储能等关键技术节点，结合化石能源清洁利用与可再生能源规模应用，在典型区域推进低碳化多能融合区域示范，为构建低碳互补、多能融合的新能源体系提供系统性解决方案。

（三）强化原始创新，着力突破煤化工关键技术瓶颈

《规划》指出，要锻造长板，引领未来。经过长期发展和国家支持，我国在煤化工领域已形成一批核心技术，正处于完成工业示范并大规模推广应用的有利时期。需通过技术创新，加强新产品开发，通过延伸产业链，发展高附加值、精细化、差异化产品，重点以合成气/甲醇转化为平台，耦合石油基原料（苯、甲苯、石脑油等），实现烯烃、芳烃和含氧化合物大宗化学品/燃料的合成技术变革，坚持煤化工与石油化工的协调发展，构建更加合理的产业结构。

从煤化工清洁化低碳化方面考虑，天然气、煤层气中富含甲烷，是富氢物质，可考虑尝试将天然气利用与煤炭利用相结合，短期内实现煤化工行业减碳。从长远看，建议加大对煤层气、页岩气、可燃冰的开发力度，一旦取得突破，整个国家的能源格局将会发生根本性改变。

（四）发挥典型区域综合示范作用，以点带面形成低碳发展新格局

我国能源应用场景复杂，无法用一套通用模式解决能源技术创新与落地面临的所有问题。建议国家统筹区域发展与控煤目标，选取典型区域、针对典型问题推进跨领域集成示范，以点带面形成低碳发展新格局。如西北煤炭资源富集地区是我国实现碳达峰目标难度最大、问题最集中的区域。如果通过该区域的多种能源互补融合综合示范，探索出一条既能引导地方政府、企业和社会资本投入，促进大规模、系统性的技术示范落地，推动区域产业升级，又能充分发挥高等院校及科研院所在原理创新、方法创新、技术创新等方面的作用，还能充分释放国家政策红利，激励技术成果转移转化的高碳地区低碳化发展路径，这将为全国煤炭实现尽早碳达峰目标，提供可借鉴的系统解决方案。