“长期以来，我国包括煤炭、石油、天然气、可再生能源和核能在内的能源系统在不断发展，但由于各能源分系统相互独立，未能协调发展，产生了一些局部矛盾，整体效率并不高。”近日，在第一届全国钢铁与能源化工行业协调发展研讨会上，中国科学院大连化学物理研究所所长、中国工程院院士刘中民如是说。
在刘中民看来，目前我国这种“九龙治水”的能源发展格局已不能适应“清洁低碳、安全高效”的总体发展要求，亟待探寻出一条能源系统之间互补及耦合利用的新道路，破除能源系统板块分割、互相独立的体制壁垒。
现有各能源体系目标一致，但并没有“合并同类项”
受限于资源禀赋特点，当前化石能源仍是我国能源生产和消费的主体。电力规划设计总院《中国能源发展报告2018》显示，2018年，我国能源生产37.7亿吨标准煤，其中原煤占比69.1%，同时非化石能源生产占比逐年增加，已成为世界水电、风电、太阳能发电装机第一大国；2018年能源消费中，煤炭占比59%，非化石能源占一次能源消费的比重为14.3%，这一比例预计在2030年达到20%。
“煤炭、石油、天然气、可再生能源和核能，所有这些能源的目的都是向用户提供电力、热能以及油品和化学品，虽然目标一致，但是并没有‘合并同类项’，仍是孤立的各能源分系统。”刘中民表示，“我常开玩笑说，挖煤的不管发电，发电的不管上网，上网的不管电价，没有形成一个完整的能源体系。”
因此，当前我国能源结构产生了一些局部矛盾，煤炭多用于发电且利用率低，同时缺乏新技术支撑，是大气污染的主要来源；石油资源短缺且油品质量不高，对外依存度不断攀升，难以提供化工基本原料，严重制约下游精细化工行业发展；太阳能、风能等可再生能源并网率低，难规模化利用，水能、核能相对过剩等。
“原则上要想减少二氧化碳排放就要减少化石能源的利用量，但这并不意味着同比例增加可再生能源就可以弥补，因为利用方式不一样；既要鼓励清洁、可再生能源，但同时又要在国家的整个能源结构里发挥更大的作用，就牵涉到怎么设计各能源系统之间关系的问题。”刘中民说。
急需突破能源互补及耦合利用的核心技术
在刘中民看来，我国现有的煤炭、石油、天然气、可再生能源与核能5大能源类型之间，存在通过相对优势的互补融合、对冲消除各种能源种类劣势、形成整体优势的发展需求和巨大技术创新空间。
“我们的思考是化石能源这块要优化，实现资源的清洁高效利用，煤、石油和天然气应该统一考虑，交叉耦合替代，原理上是可行的。”刘中民说，以化石能源为例，煤化工大多属于低碳分子重构的放热过程，石油加工属于大分子裂解的吸热过程，两者的耦合不仅可以大幅提高能效，也可以弥补各自的不足。
刘中民进一步表示，在清洁能源领域，水能、风能、光能、地热能以及核能之间，可以通过大型储能技术实现电和热的高效利用；另外利用可再生能源、核能等制取的氢，可以补充煤化工之所缺，也可以与二氧化碳通过催化耦合而制取油品和大宗化学品，实现可再生能源与传统化石能源的耦合，总体上实现碳减排。“多种技术的结合可以因地制宜地形成低碳化清洁能源供应系统，促进能源消费革命。”
在刘中民所畅想的新型能源体系中，可再生能源与新能源将部分替代化石能源供电、供热，并通过富余电力生产氢能，为交通燃料生产、化工品合成提供氢源；化石能源将通过物质转化，满足交通燃料、化工品、焦炭、电石、新型碳材料等产品生产需求。而要构建这种低碳化多能融合的新型能源体系，关键在于关联各分系统的核心技术突破。
“区域的能源体系多了，就构成了全国的能源体系”
目前，我国在煤化工领域已经形成了一批核心技术，正处于完成工业示范并大规模推广应用阶段，但在清洁能源多能互补与规模应用上，一些关键技术仍需突破。
据悉，中国科学院为了加强能源研究的力量，已把不同能源领域的接近20个科研单位联合起来，成立了中国科学院洁净能源创新研究院，以促进跨学科交流与创新，做关键技术的突破与示范。目前正在进行的科研项目达40多个，其中近30个是工业示范项目。
“技术是首先需要解决的问题，技术突破之后，我们才能构建技术应用的网络，才能进一步做战略分析和研究。最终我们要做一套国家能源决策的技术支撑体系，把所有与能源相关的技术都编到数据库里，使不同能源之间通过技术可以连在一起。做能源规划时，可以对比能效、二氧化碳排放、经济效益，优选方案。”刘中民表示。
鉴于我国复杂的能源应用场景，很难有一种通用的模式去实现多能融合的新能源体系构建，因此刘中民表示，可选择典型的、具有代表性的能源区域，通过具体区域场景的分析、综合性的示范，研究技术之间怎样合理搭配和有效优化。“区域的能源体系多了，就构成了全国的能源体系。”
据介绍，中科院洁净能源创新研究院目前已选定了山西大同、陕西榆林、甘肃武威、青海西宁4个各具特色的典型区域做能源综合利用的示范。“大同有煤、风电、光伏，是中国典型的能源区，资源很多；榆林是世界著名的大型煤化工基地，区域内还有石油、天然气、风能、光伏，这是一个综合性的规划。”
另外，大连计划投资35亿元建设大型储能项目，用作城市电力调峰，这套系统今后若和核电以及鞍钢周边的工业、沿海的风电结合，未来将是新的示范形式。
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