如何在低碳语境里保障能源安全

　　◎  本报记者 刘晓慧

　　在过去几年里，席卷全球的高温、强降雨等极端天气，干旱、山火、洪涝等自然灾害，严重影响了人们正常的生产生活，应对气候变化愈发变得刻不容缓，能源绿色转型须加速推进。在刚刚结束的为期两天的2023全球能源转型高层论坛上，多位院士围绕“能源安全、绿色转型”的主题，阐述了新型能源体系构建过程中的科技发展趋势，分享了各自对未来能源转型路径的认识和思考。

　　要建立多样能源生产消费方式

　　“随着能源转型的深入推进，能源系统将要发生深刻变革。”中国工程院院士汤广福表示，世界能源转型发展趋势总体呈现“煤炭-石油天然气-可再生”这样一条路径。美国在2005年实现页岩油气的商业开采，成功实现“能源独立”，目前能源对外依存度约为4%。欧盟努力持续推进“去煤化”，发展可再生能源，2020年非化石能源占比为28.8%。日本实施“节能优先”战略，2020年能源对外依存度为96%，但单位GDP能耗为世界平均水平的54%。

　　在回顾我国能源总体情况时，汤广福介绍，2022年，全球能源生产总量约为205亿吨标准煤。2022年，我国能源消费总量是54.1亿吨标准煤，占世界总量的26.2%。在我国能源消费总量构成中，非化石能源占9.5亿吨标准煤。我国消费的煤炭总量约为30.4亿吨标准煤，占能源消费总量的56.2%，占世界煤炭消费总量的53%。2022年，我国消费的石油总量约为6.7亿吨标准煤，占能源消费总量的17.9%，比2021年有所下降。我国天然气消费总量约为3600亿立方米，国内天然气生产量约为2200亿立方米。2022年，我国天然气对外依存度开始逐步呈现下降趋势。

　　“我国能源转型面临多重挑战。”汤广福强调，我国面临“富煤、缺油、少气”的基本国情，必须充分发挥煤炭在能源转型全过程中的“兜底保障”作用。我国非常规油气地质研究起步较晚，旋转导向和随钻测量、致密气分层压裂、“甜点区”综合地质预测等技术与国外差距较大，核心装备尚需进口。非常规油气是增储上产的主力军，必须高度重视开发油气这一战略接替资源。要高度重视二氧化碳捕集和封存技术创新，降低相关技术成本。我国是少数拥有完整核燃料循环和核工业体系的国家之一，但与国外发达国家相比仍存在一定差距，要适度加快核电发展。

　　“我们国家能源转型总体思路其实很清楚：2020年煤炭消费占比为57.7%。到2060年，可再生能源消费将占到63.3%，煤炭将降到7%。”汤广福表示，在这样的情况下，能源生产将加速向清洁能源转型，能源输送系统也要随之变革，能源消费方式要灵活多样。如此，才能构建清洁低碳、安全高效的能源体系。

　　数字化转型增强煤炭传统产业竞争力

　　当前，数字化发展已成为全球共识。世界范围内，各国纷纷制定数字化发展战略，利用数字化转型增强传统产业竞争力。大概有170多个国家宣布了国家数字化发展战略。

　　在能源方面，以美国、欧盟为代表的主要发达经济体出台了一系列相关政策，促进能源数字化转型和发展。比如：美国以智能电网为基础，不断推进能源领域数字化转型。欧盟也在不断推进能源系统的数字化转型。德国应用数字技术推进能源转型，包括2016-2020年实施“智慧能源展示计划”。英国也在不断推进数字能源系统，发布了一系列政策文件。日本也在发展能源信息，提升能源网络。

　　“数字化作为改造提升传统动能、培育发展新动能的重要手段，已上升为国家战略。”中国工程院院士、中国煤炭科工集团首席科学家康红普表示，煤炭是我国的主体能源，煤炭开发利用向绿色、智能、清洁、高效、低碳发展，是必然选择。

　　“随着信息化和数字化融合加速推进，煤炭行业在新基建方面做了很多工作，包括5G数据中心等数字化基础设施不断升级。国内已有几百个煤矿建成了5G煤矿。另外，煤矿智能化建设进入快速发展阶段。智能化煤矿由原来的200多个增加到去年的将近600个，智能化产能也从原来的8.5亿吨增加到近20亿吨。”康红普介绍，不仅限于煤炭生产行业，服务于煤炭数字化的产业也从无到有，逐步壮大。煤炭信息公司营业收入达到了122亿元，煤炭信息产业营收同比增长了30%多，实现利润同比增长48.3%。 

　　“在国内煤矿井下开采中，受限于复杂的地质条件，很多地面设备无法在地下实现生产。数字化基础设施仍需要完善。关键核心技术尚未深度赋能煤炭行业的发展。”康红普院士表示，总的来说，煤炭工业数字化水平整体上还是落后于整个能源系统，煤炭行业数字化转型难度大于其他行业。要夯实包括感知、通信、大数据中心，以及提升5G网络在内的煤炭数字化基础设施，建设一批5G煤矿；强化煤炭数字化人才支撑；增强包括“加快数字化技术融合创新”“强化网络与信息安全保障”在内的煤炭数字化关键能力，优化煤炭数字化发展环境。

　　针对煤炭工业数字化发展，他建议，要出台煤炭数字化发展规划，系统规划煤炭数字化发展路径、蓝图和目标。搭建煤炭行业大数据中心。建立煤炭数字化技术实验室进行相关技术攻关，解决煤矿井下数字化、智能化的关键核心技术。加大煤炭数字化转型投入，引导国家、地方和企业共同支持煤炭数字化转型。建设国家级煤炭数字化人才培养基地，推进煤炭数字化高质量发展。

　　努力探索未来能源终端形式

　　“未来的能源终端形式就是电、氢、热。其中，电占主要比重，主要是蓝电和绿电，而煤电不可能替代和消除，但是未来必须标配CCUS技术。”针对全球能源转型趋势与未来技术探索，中国工程院院士、深圳大学特聘教授、深地科学与绿色能源研究院院长谢和平表示，未来，电将占终端能源的60%~70%，氢为15%~25%，热为10%~25%。

　　二氧化碳碳捕集、利用与封存技术(Carbon Capture，Utilization and Storage，CCUS)，是指把二氧化碳从工业或相关能源的源分离出来，继而投入到新的生产过程中进行循环再利用或封存。碳捕集技术从源头上避免碳排放，是实现碳中和必不可缺的一环。近年来，我国积极发展碳捕集技术，根据科技部提出的中国CCUS技术发展路线图，预计到2025年，全国二氧化碳捕集规模达到100万吨，2050年规模增长至300万吨以上，市场潜力巨大。

　　针对如何低碳CCUS，以及未来零碳排放的能源技术，谢和平院士表示，技术突破是核心变量，必须有颠覆性的原理和技术，使成本降到基本上可以忽略不计的情况下，自然就会实现零碳、低碳。另外，可利用二氧化碳与碱性矿物反应通常生成碳酸盐，并放出热量的原理，实现二氧化碳资源化、能源化利用。

　　针对地热资源的开发，谢和平院士表示，美国专门拨了1.4亿美元推动地热能开发与利用。我国是全球第二大地热资源国家，目前针对地热资源利用仅停留在简单的制冷、供暖、温泉等领域。“未来是地热+多能互补的，任何地方都可以搞零碳园区。”他强调，关键是要努力从原理和技术上攻关，实现地热发电效率和规模上去。

　　“我们煤炭发电能不能没有碳排放？”谢和平院士介绍，他的团队目前在研究相关技术，使煤炭通过透氧膜直接发电，变成一氧化碳和氢气，整个发电过程没有碳排放，以在未来实现煤电真正的清洁、零碳技术体系。