我們需要什么樣的能源技術革命
——專訪國家能源專家咨詢委員會副主任、中國工程院院士杜祥琬

○ 文／本刊記者 鄭 丹

我們需要什么樣的能源技術革命
——專訪國家能源專家咨詢委員會副主任、中國工程院院士杜祥琬

○ 文／本刊記者 鄭 丹

智能化、電氣化、低碳化、高效化，是我國能源科技革命的方向。

創新是推動國家、民族發展和人類社會進步的重要力量。在“十三五”開局之年，我國召開“科技三會”，站在科技發展新的歷史起點上，把科技創新擺在更加重要的位置，力爭在重要科技領域實現跨越發展。日前，國家發改委和能源局下發《能源技術革命創新行動計劃（2016-2030年）》，明確了我國2020年和2030年能源技術革命創新總體目標和重點任務。

談到能源科技革命，國家能源專家咨詢委員會副主任、國家氣候變化專家委員會主任、中國工程院院士杜祥琬指出：“未來新概念、新技術和新的用能方式將重塑能源。從國際視野和長遠戰略出發，我國亟待加強能源科技創新，振興能源產業，占領未來能源新科技的戰略制高點。”

綠色、低碳、高效、安全

中國石油石化：杜院士，您好！在您看來，當前和今后全球能源革命的大趨勢是什么？

我國能源革命發展特點是，消費方式由粗放、低效轉向節約和高效，能源生產由黑色、高碳轉向綠色和低碳。智能化和網絡化管理將使能效提升；基礎設施投資將加大對分布式電器、分布式發電設施以及智能化的投資，把智能技術與綠色、低碳能源相結合；人類將擁有更高的資源循環利用能力。

第三，世界各國都在努力實現低碳和可持續發展。發達國家和經濟體，如歐盟、美國和日本都提出高比例發展非化石能源的戰略目標；許多發展中國家也樹立了“把脫貧與可持續相結合”的發展戰略。

中國石油石化：在全球能源朝綠色化、低碳化、高效化發展的趨勢下，我國能源革命的發展將具有怎樣的特點？

杜祥琬：首先，我國能源消費方式由粗放、低效轉向節約和高效，能源生產由黑色、高碳轉向綠色和低碳。

杜祥琬：全球能源革命將引發對能源的重塑。綠色、低碳、高效和逐步走向以非化石能源為主的結構，是當前和今后全球和我國能源革命的大方向。在此期間，能源科技和結構創新將進入高度活躍期。這體現在三個方面。

第一，環境的戰略地位提升和觀念進步，體現了“以人為本”的基本訴求。現在世界上越來越多的國家已經認識到，對生態環境需要“大保護”，而不是“大開發”。由于氣候變化正在成為全球性的環境問題，應對氣候變化正在引領全球能源的低碳轉型。這是嚴肅和責任重大的全球性努力。

第二，未來的社會形態將促使能源轉型。一個更加個性化、以消費者為中心的社會需要更多的分布式能源供給，

其次，我國能源安全觀念的革新。這包括三方面內容：一是供給安全觀革新，即通過需求的合理化、抑制不合理需求，以及供應的科學化、潔凈化、低碳化，把能源供給從以前的供給側單向提供保障改進為從供給側和需求側雙向協同提供保障，“以科學的供給滿足合理的需求。二是能源的環境安全觀革新：由以前的單純“保障供給”轉向“保障供給和保護環境”并重的理念，把解決能源利用造成的生態環境問題提升到國家安全的戰略高度。三是國際競爭環境中的能源安全觀革新：全球能源結構的優化、能源效率的提升、能源科技的進步和能源價格的優勢，都對我國能源核心競爭力構成了挑戰，也提供了機遇。中國能源的安全和可持續與全球能源的安全和可持續在本質上是一致的。因此，創造一個綠色、低碳、高效、安全的新型能源體系，將為國家和人類的永續發展做出貢獻。

再次，我國能源結構的變革。我國能源結構變革將經歷三個歷史階段：化石能源為主（＞90%）階段；多元結構階段（非化石能源＞10%）；非化石能源為主（＞90%）階段。低碳能源將逐步成為中國和全球的“常規能源”，是未來能源結構創新的全球性方向。

●太陽能無處不在，如何合理地儲存利用是問題所在。

推動低碳轉型和能效提升

中國石油石化：在您看來，能源科技革命在我國能源革命中具有怎樣的重要性，我國能源科技革命的方向是什么？

杜祥琬：在我國能源四大革命中，能源科技革命是能源生產和消費革命的支撐。放眼全球，能源科技創新正在蓬勃發展，創新成果層出不窮。從國際視野和長遠戰略出發，我國亟待加強能源科技創新，振興能源產業，占領未來能源新科技的戰略制高點。

我國能源科技革命的大方向是趨向“四化”，即智能化、電氣化、低碳化、高效化。現在重要的是認準戰略方向，堅持努力，并發展國際合作。

中國石油石化：我國能源科技革命應怎樣通過智能化、電氣化實現能源的低碳化轉型？目前，智能化、電氣化技術創新的發展狀況如何？

杜祥琬：一個創新的智能化電力系統將取代我國過去主要以煤電為主的電力系統。智能化意味著電力系統與信息技術（IT）、數字技術（DT）深度融合。同時，電力系統進行向新能源的適應性變革，增加非化石能源比例。這是能源體系低碳轉型的核心。最終將形成移動/固定的分布式低碳能源網絡與集中式智能能源網（電、熱、冷、水、氣象網）的結合與互動，達到橫向“多能互補”與縱向“源-網-荷-儲-用優化”相結合，提供多樣化的電能服務,并提高能源利用的綜合效率。

中國石油石化：智能化和電氣化將在哪些方面有利于能效的提高？

杜祥琬：智能化提效技術在智能交通、建筑節能、工業節能和新型城鎮化等多個領域有廣泛應用。

第一，智能交通。智能交通包括智能化的汽車設計，加之碳纖維合成物等超輕、超強新材料的利用，可大幅度節能；智能化的出行方式，如通過汽車共享、拼車，顯著降低用車需求；智慧型的緊湊城市設計，減少出行和堵車，節約交通用能。通過智能交通最終實現高效、通暢、安全、節能和環保運行。

第二，建筑節能。通過對建筑物的直接數字控制、變風量空調控制、智能照明及加裝熱輻射屏蔽，降低室內取暖和熱水用能實現的。此外，輻射冷卻新材料可用于建筑防熱。例如，德國的一棟智能節能三層辦公樓，每平方米每年只需消耗21℃電，屋頂的光伏板能發出5倍于需求的電量。

第三，工業節能，即對工業制造流程進行優化，包括推進制造過程的信息處理、質量控測、生產控制、資源管理、環保處理等環節的流程化再造；推廣先進工藝，發展一體化整合設計，發展3D打印，加之余熱余能的回收利用，可產生顯著的工業節能效果。

第四，走新型城鎮化和低碳道路。其一，通過對交通、建筑、工廠、園區、村鎮進行系統整合設計，因地制宜，利用可再生能源、天然氣、余熱等低碳能源的網絡滿足能源增量的需求。其二，物流業的智能化節能潛力有待挖掘，如一個定位服務功能的貨運及物流手機軟件，可使當前高達40%的貨車空駛率減半，每年可減排100兆噸CO2。

儲能技術推動能源低碳化

中國石油石化：能源科技革命帶來用能方式的根本變化，從而對儲能技術提出很高要求。在您看來，如何通過發展儲能技術實現能源利用的低碳化、高效化？

鄉級土地利用規劃圖數據庫按鄉鎮范圍進行存儲，數據庫中包含各類圖形要素，圖層較多，用傳統裁切方式需要耗費大量時間，運用Python編寫批處理程序實現自動化批量裁切，可大大提高工作效率，具體步驟如下：首先，獲取已知數據庫的數據結構以及所有圖層要素，按照現有數據庫結構新建各鄉鎮數據庫；然后，調用ArcGIS軟件中Clip工具模塊對數據庫中所有數據進行裁切，對裁切后的圖層要素進行重命名和保存。具體批處理程序如下：

杜祥琬：各國都在著力于儲能技術的創新，高能量密度儲能技術可能是一個顛覆性的技術領域。它將與間歇性可再生能源配合，使其規模化高效發展；它將使電動汽車更為輕量和小型，并實現對石油的替代。它還可以把夜間不用的能量儲存起來，供白天使用，使智能電力系統節能提效，并可應用于智能小區的管理。

儲能技術分為化學儲能技術和物理儲能技術。

●供圖/CFP

化學儲能技術創新非常活躍，主要和新材料和新工藝有關。以色列研制的空氣鋰電池比鋰-鎂電池的儲電量提高8倍，而西班牙的石墨烯電池儲電量又比空氣鋰電池高出5倍。操控和設計納米材料的能力推動儲能創新方面，美國斯坦福大學研究出“不會起火的納米粒子電池”，即覆蓋有石墨烯的鎳納米粒子鋰離子電池。另外，液體電池、納米儲能和智能儲能（由電池組和功率檢測器及電腦組成）、纖維狀超級電容器、無線電磁充電技術也在發展中。未來的電動汽車將可以脫離充電樁，而依靠電磁波進行無線充電。

物理儲能技術包括抽水儲能、壓縮空氣儲能、相變儲能、飛輪儲能和制氫儲能技術等，目前都有新的進展。

中國石油石化：據您了解，在能源科技創新低碳化大潮中，低碳能源技術有哪些前沿創新和突破？

杜祥琬：為提高低碳能源競爭力，需著力發展與低碳能源技術相關的新材料、新工藝、新概念、新技術。目前，儲能、可再生能源和核能技術等都屬創新比較活躍的領域。

●風能在構建綠色、低碳、高效、安全的新能源體系中擔當重要角色。

例如，可再生能源技術中的前沿領域太陽能電池。現在的太陽能電池仍然需要大量使用硅，包括高純度的多晶硅、單晶硅。現已研制出硅基的柔性薄膜太陽能電池；CIGS薄膜太陽能電池；非硅（聚合物）的超輕超薄的柔性太陽能電池，以高功率/重量比為特征；硅與半導體聯姻的太陽能電池，轉換效率在實驗室里可達40%～50%；全天候太陽能電池，在下雨的時候仍能發電，等等。在應用形式上，太陽能電池技術也有創新，如太陽能電池能量墻（Power Wall）和屋頂，能與我們居住的房子相結合，把建筑物變為能源的消耗體和生產者，自己發電自己用。美國的一項研究顯示，若在4000萬個屋頂安裝太陽能電池，容量可達400GW。此外，太陽能直接熱利用也有新的發展空間，如太陽能熱水器。

核能是一個科技含量高的領域，需要關注目前在全球實際應用的核裂變發電。先進安全的核能技術包括：產業鏈下端核廢物的減量技術、嬗變技術及最終安全、環境友好的處置技術。很多國家在這方面的努力很有成效，如瑞典的核廢料最終地下儲存做得非常精細；更先進的堆形（含第四代堆、小型模塊型堆）的研究；產業鏈前端即燃料，包括非常規鈾資源勘探開發技術和從海/湖水中提取鈾的技術等。目前美國和日本已具備了上述技術，我國也在973計劃中做了相應安排。為了實現受控核聚變，國際上正在合作進行磁約束核聚變（ITER實驗堆），不同概念的慣性約束聚變（如激光核聚變、Z-Pinch聚變），以及聚變－裂變混合堆等，特別要鼓勵核聚變新概念的研究。

能源是一個多學科交叉的應用領域。其創新發展與材料科學、生物技術、信息技術的發展關系密切，故需加強基礎研究。同時，新能源科技的突破也有難度和不確定性。

油氣科技創新促能源低碳化

中國石油石化：我國《能源技術革命創新行動計劃（2016-2030年）》明確了包括“非常規油氣和深層、深海油氣開發技術創新”等重點任務。在您看來，我國油氣領域的能源科技創新包含哪些主要內容？

杜祥琬：首先是非常規和深海油氣資源開發和利用技術。一、油氣勘探的多維地震技術、可控源電磁測量技術；二、油氣開發的全自動鉆井操作技術；三、頁巖油氣的地質理論及勘探技術；四、頁巖氣開采的水力壓裂技術；五、煤層氣開發和動態評價技術；六、深海油、氣（包括非常規油氣）的資源勘探、開發和利用技術；七、可燃冰（天然氣水合物）的探測和安全開采技術。在非常規氣中，煤層氣和頁巖氣是我國比較現實的選擇，可燃冰是儲量較大的非常規天然氣。

其次是煉化轉型升級和促進成品油質量提升技術。此外，提高油氣儲備和調峰能力技術，等等。

中國石油石化：油氣領域的能源科技創新對我國能源科技革命的重要意義何在？

杜祥琬：我國石油的對外依存度已經超過60%，非化石能源利用占一次能源比重僅為12%，高碳能源的比例仍然較高。雖然高碳能源還要繼續使用，但要減少比例并降低污染和排放。因此，油氣科技創新對我國能源科技革命和能源發展低碳化具有重要意義。

首先，發展低碳技術，如把CO2注入油井提高石油采收率，碳捕獲、利用與封存（CCUS）技術和CO2生物轉化利用技術等。目前，CCUS已在初步試用，但離規模化商業利用尚遠；CCS地下封存處于試驗階段。在減少汽車尾氣排放、提高油品品位、防治大氣污染方面，我們的石油公司有明顯進步，而且仍有發展潛力。

其次，發展石油的四種替代技術。石油畢竟比較高碳和高污染，未來可用電、生物油氣、氫和太陽能來替代。世界第一架太陽能飛機已經誕生，電動汽車也實現了自己發電、自己儲能和自己用能，未來還將有更大程度的發展。

再次，發展天然氣熱、電、冷三聯供技術。我國開展石油和天然氣能源技術創新還面臨投資、金融傾斜和政策扶持等一系列問題有待解決。

責任編輯：石杏茹

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尋找資本、利用資本，新一輪國企改革中的油企面臨如何與資本共建的問題。