目前人類的發(fā)展經(jīng)歷了三次能源革命，第一次以蒸汽機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用為標(biāo)志，第二次以電的發(fā)明和應(yīng)用為標(biāo)志。前兩次能源革命是以煤炭、石油和天然氣等化石能源為主，第三次則是以風(fēng)光發(fā)電為主的新能源的開發(fā)和應(yīng)用，逐步實(shí)現(xiàn)“非化石能源對化石能源的替代”。
中國作為全球最大的化石能源消費(fèi)國，推動第三次能源革命，相比發(fā)達(dá)國家更具緊迫性和艱巨性。除了生態(tài)環(huán)保和資源瓶頸問題，預(yù)計(jì)2020年我國原油和天然氣對外依存度將高達(dá)70%和50%，在復(fù)雜的國際環(huán)境下，能源安全不容樂觀，實(shí)現(xiàn)自給自足、找出一條替代化石能源的路徑才是根本。
“新科技”助力第三次能源革命
當(dāng)前，以新能源、智能化、新材料、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)為主要驅(qū)動力的第四次工業(yè)革命正席卷全球，并加速推進(jìn)第三次能源革命。新能源、智能電網(wǎng)，儲能、儲熱、儲冷，以及電動車與氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，傳統(tǒng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式將發(fā)生革命性變化。
風(fēng)光電為主的新能源量足價低，是替代煤油氣的最佳“一次能源”。我國風(fēng)光資源豐富，內(nèi)蒙古、青海等西北地區(qū)開發(fā)六十分之一，即可滿足我國當(dāng)前全部能源需求。2019年我國新能源裝機(jī)突破4億千瓦，位居世界第一。實(shí)踐證明，大規(guī)模開發(fā)西北地區(qū)新能源，通過特高壓輸送到東部地區(qū)，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性都是可行的。
電是最清潔、最便利的能源利用方式。相比化石能源高溫高壓、熱能、動能、電能的轉(zhuǎn)化過程，新能源可實(shí)現(xiàn)風(fēng)光能在常溫常壓下向電能的直接轉(zhuǎn)換，過程簡單、無碳，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。因此，風(fēng)光電為主的新能源是替代煤油氣的最佳“一次能源”，將成為第三次能源革命的主角。
新技術(shù)的發(fā)展，使“風(fēng)光電為主的新能源替代煤油氣為主的化石能源”的條件越來越成熟。當(dāng)前燃料電池及電解制氫技術(shù)快速發(fā)展，主要設(shè)備和材料逐步國產(chǎn)化，成本快速下降。隨著大規(guī)模采用新能源制氫，預(yù)計(jì)到2025年氫能車成本將低于燃油車。如實(shí)現(xiàn)北京市“公交、物流重卡全部氫能化”，預(yù)計(jì)可減少北京市三分之一的燃油消耗，將為我國規(guī)模化制氫，以及利用氫能調(diào)峰儲能，以氫代油探索出新模式。
電動車儲能發(fā)電。電動車的運(yùn)行成本已經(jīng)大幅低于燃油車，未來將是一個海量的儲能系統(tǒng)，可以低谷充電、高峰向電網(wǎng)售電，將對儲能產(chǎn)業(yè)和能源體系帶來深刻的變化。
智能化、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)的出現(xiàn)，將融通電力網(wǎng)、熱力網(wǎng)、交通網(wǎng)，形成能源互聯(lián)網(wǎng)，助力新能源、儲能、儲熱/冷、氫能、電動車等新產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，提升能源配置效率，最終實(shí)現(xiàn)能源體系從量變到質(zhì)變。
“兩步走”構(gòu)建現(xiàn)代能源體系
現(xiàn)階段我國一年的能源消費(fèi)總量約35億噸標(biāo)煤(扣除原料用煤后)，一次能源消耗煤炭17億噸，石油6億噸，天然氣2800億立方米。折合成電能約12萬億千瓦時，其中電力消耗7萬億千瓦時，石油折算約3萬億千瓦時，天然氣及散煤折算約2萬億千瓦時。
要實(shí)現(xiàn)風(fēng)光電為主的非化石能源替代煤油氣為主的化石能源，必須滿足兩大條件，一是風(fēng)光電為主的新能源充裕且有經(jīng)濟(jì)性;二是解決新能源的不穩(wěn)定性問題。目前，通過在西北部風(fēng)光資源富集地區(qū)大規(guī)模開發(fā)新能源送至東部地區(qū)，與化石能源相比有經(jīng)濟(jì)性。下一步，關(guān)鍵要解決新能源不穩(wěn)定的問題，加速非化石能源對化石能源的替代。
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是“發(fā)輸用”同時完成，發(fā)電規(guī)模按照最大負(fù)荷來配置，發(fā)電側(cè)隨著用電需求的變化而調(diào)節(jié)，有多少需要就發(fā)多少電;且為滿足安全運(yùn)行，需要預(yù)留較大的備用容量，導(dǎo)致目前電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率較低，不超過50%。
新能源的不穩(wěn)定，源于其出力只能隨天氣和季節(jié)引起的風(fēng)、光大小而定，不能隨負(fù)荷大小來變化，與現(xiàn)有的電力系統(tǒng)特性相悖。要解決這個問題，不是單一技術(shù)突破就可以解決的。要對現(xiàn)有的電力系統(tǒng)進(jìn)行變革，由“發(fā)輸用”同時完成的傳統(tǒng)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;發(fā)輸儲用”的全新電力系統(tǒng)，系統(tǒng)的負(fù)荷大小可以隨著發(fā)電側(cè)新能源的出力而調(diào)整。
新型“發(fā)輸儲用”電力系統(tǒng)中，電制氫、電制熱/冷、電動車充放電，不僅是替代煤油氣為主化石能源的過程，更重要的是起到儲能和系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)節(jié)的功能。當(dāng)電力系統(tǒng)處于低谷階段或風(fēng)光等新能源充裕時，啟動上述“儲能”負(fù)荷;當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷處于高峰時段或風(fēng)光等新能源出力較低時，暫停這部分負(fù)荷。從代油、代氣、代煤的電量看，系統(tǒng)可以滿足調(diào)節(jié)需求，這樣完全改變了現(xiàn)有電力系統(tǒng)“即用即發(fā)”的特性，可以適應(yīng)風(fēng)光等新能源的出力特點(diǎn)，徹底解決其間歇性、不穩(wěn)定的問題。同時，上述模式的“儲能”使得電力系統(tǒng)更加安全，備用容量大幅減少，系統(tǒng)效率大幅提升，持續(xù)增加電力在終端消費(fèi)的比重，促進(jìn)風(fēng)光電為主的非化石能源消納。這個過程可以分兩步走。
第一步，推動消費(fèi)側(cè)儲能，提高現(xiàn)有電力系統(tǒng)效率，實(shí)現(xiàn)電能代油代氣。目前，我國電力裝機(jī)20億千瓦，日間最大負(fù)荷約12億千瓦，夜間最低負(fù)荷僅有6億千瓦，電力系統(tǒng)整體效率只有50%。如果把氫、熱、冷組織在電網(wǎng)低谷時段生產(chǎn)，可大大提高電力系統(tǒng)效率。當(dāng)效率從50%提高到80%時，相當(dāng)于可以增發(fā)4萬億千瓦時電能，可以通過挖掘存量潛力、不改變現(xiàn)有電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)油氣化石能源的替代。這樣既完成了電能向不同能源形態(tài)的轉(zhuǎn)換和儲存，實(shí)現(xiàn)了電能的“時間轉(zhuǎn)移”，也大幅提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和新能源的消納比例。另外，氫能車、電動車也可以在負(fù)荷高峰時段或電網(wǎng)特殊需要時，向電網(wǎng)發(fā)電，發(fā)揮調(diào)峰等作用。
第二步，代油、代氣、代煤同步推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對化石能源的全面替代。隨著儲能技術(shù)的進(jìn)步，在上述制氫、制熱/冷等儲能實(shí)施代油代氣的基礎(chǔ)上，逐步解決成本問題，化學(xué)儲能將會大規(guī)模部署在電力系統(tǒng)，并完全實(shí)現(xiàn)對化石能源的替代。
“促合力”保證能源安全
風(fēng)光為主的非化石能源替代化石能源，不是一蹴而就的，是一個巨大的系統(tǒng)性工程，不僅需要技術(shù)的進(jìn)步，也需要商業(yè)模式的創(chuàng)新和政策的扶持。
一是進(jìn)一步拉大峰谷電價差。現(xiàn)階段電制氫、制熱/冷等代油代氣，尚處于替代的“臨界點(diǎn)”。當(dāng)電價在0.2—0.3元/千瓦時內(nèi)，電能替代油氣才有經(jīng)濟(jì)性。完善峰谷電價政策，尤其是降低低谷電價，鼓勵和支持谷電及新能源制氫、制熱、制冷、充電等商業(yè)模式;出臺政策，推動儲電、儲氫、儲熱、儲冷等配套產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
二是鼓勵技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新。這是一次龐大的能源體系變革，不僅需要新能源、儲能、氫能、特高壓等能源自身技術(shù)的進(jìn)步，還需要能夠支撐新型能源體系的其他技術(shù)創(chuàng)新，比如智慧控制技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)等。同時，還要創(chuàng)新商業(yè)模式，優(yōu)化電動車分時充放電，提高充電樁布局密度，布局更多加氫站等，充分利用現(xiàn)有的電力系統(tǒng)挖掘潛力，減少投資，提高效率，推動新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
三是加大西部新能源的開發(fā)及政策支持力度。加快西部大規(guī)模風(fēng)光等新能源基地開發(fā)及特高壓通道建設(shè)，充分開發(fā)利用我國獨(dú)特的資源稟賦和優(yōu)勢，統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一實(shí)施，把西、北部的高原、荒漠變成“新能源電氣田”，替代傳統(tǒng)的“油田、氣田、煤田”，把新能源產(chǎn)業(yè)打造成我國保增長、擴(kuò)內(nèi)需，轉(zhuǎn)型發(fā)展的新的增長極。
四是打造“電為核心能源體系”區(qū)域示范。鼓勵和復(fù)制北京寶之谷、延慶冬奧“谷電供熱/冷，谷電制氫”的商業(yè)模式，推廣化石能源替代示范。
現(xiàn)階段構(gòu)建這樣一個“電為核心的現(xiàn)代能源體系”，技術(shù)上是可行的，也是有經(jīng)濟(jì)性的。前兩次能源革命都是成倍推高能源成本，而這次能源革命可實(shí)現(xiàn)不推高成本且持續(xù)下降。
我國具有資源優(yōu)勢、市場優(yōu)勢，特別是“集中力量辦大事”的體制優(yōu)勢，也有環(huán)境保護(hù)、能源安全的緊迫壓力。在以習(xí)近平同志為核心的黨中央領(lǐng)導(dǎo)下，我們要發(fā)揮中國人的創(chuàng)新力和資源整合力，一定能引領(lǐng)第三次能源革命的進(jìn)程，加速構(gòu)建現(xiàn)代能源體系”，加速對化石能源的全面替代，實(shí)現(xiàn)國家能源自足、能源安全，為全球應(yīng)對氣候變化和人類文明進(jìn)步作出更大貢獻(xiàn)。
作者系中國大唐黨組副書記、董事
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