國(guó)內(nèi)外新能源技術(shù)宏觀分析及相關(guān)建議

李俊峰

（大慶油田發(fā)展戰(zhàn)略研究中心，黑龍江大慶 163400）

能源是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的重要支撐，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力。能源戰(zhàn)略是國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，能源方式的選擇又是能源戰(zhàn)略的核心。近年來(lái)，隨著我國(guó)積極履行碳中和碳達(dá)峰國(guó)際承諾，新能源產(chǎn)業(yè)得到長(zhǎng)足發(fā)展，面對(duì)綠色低碳的高質(zhì)量發(fā)展要求，如何依托自身資源稟賦，快速有效布局新能源成為能源企業(yè)面臨的現(xiàn)實(shí)選擇。

1.風(fēng)電產(chǎn)業(yè)資源分布及經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

風(fēng)電是指利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電方式，是風(fēng)能利用的主要形式。全球風(fēng)能資源豐富。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，每年約3.8×1016kW?h的太陽(yáng)輻射能量被大氣吸收，產(chǎn)生約4.3×l012kW?h的風(fēng)能。我國(guó)陸上50m高度年平均風(fēng)功率密度大于等于300W/m2的風(fēng)能資源理論儲(chǔ)量為73億kW。我國(guó)東北、華北、西北以及東部沿海省份及島嶼風(fēng)能資源豐富較為豐富。

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)起源于19世紀(jì)，1891年，丹麥建成世界第一座風(fēng)力發(fā)電站，20世紀(jì)前60年，丹麥一直處于全球風(fēng)能利用領(lǐng)先地位，研究制造了從10kW到200kW各類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)并實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。1973年發(fā)生世界性石油危機(jī)后，越來(lái)越多國(guó)家開始重視風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，丹麥、加拿大、美國(guó)相繼研制出2MW～7MW的大功率風(fēng)機(jī)。目前，國(guó)際知名制造企業(yè)已實(shí)現(xiàn)4MW～7MW級(jí)風(fēng)電機(jī)組的產(chǎn)業(yè)化和8MW～10MW級(jí)風(fēng)電機(jī)組樣機(jī)掛機(jī)。GE宣布將在3年內(nèi)完成12MW海上風(fēng)電機(jī)組的開發(fā)。此外，國(guó)外公司已經(jīng)掌握漂浮式基礎(chǔ)等海上風(fēng)電關(guān)鍵技術(shù)，突破了軸承、傳感器、滑環(huán)等風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵部件的大型化設(shè)計(jì)瓶頸。我國(guó)風(fēng)電行業(yè)雖然起步較晚，但發(fā)展迅速，目前已成為全球最大的風(fēng)電裝備制造基地，形成了一個(gè)涵蓋上下游業(yè)務(wù)，涉及電場(chǎng)建造、零部件制造、技術(shù)研發(fā)的完整產(chǎn)業(yè)鏈[1]。

2.光伏產(chǎn)業(yè)資源分布及技術(shù)分析

光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)能光生伏特效應(yīng)，使光能轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電技術(shù)，也是當(dāng)今世界應(yīng)用最為廣泛的太陽(yáng)能利用手段。根據(jù)國(guó)際太陽(yáng)能熱利用區(qū)域分類，全球太陽(yáng)能資源最豐富的區(qū)域包括北非、中東、美國(guó)西南部和墨西哥、澳大利亞、南非、南美洲東西海岸和中國(guó)西部地區(qū)等。統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國(guó)陸上每年接收的太陽(yáng)輻射總量相當(dāng)于2.4×104億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，三分之二國(guó)土面積年日照時(shí)數(shù)不小于2200h，具有利用太陽(yáng)能的良好資源條件。

光伏電池技術(shù)是制約光伏產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，自1839年法國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)光生伏打效應(yīng)以來(lái)，太陽(yáng)能電池已經(jīng)有180余年的發(fā)展歷史。1954年，貝爾實(shí)驗(yàn)室成功制備了具有實(shí)用價(jià)值的單晶硅太陽(yáng)能電池，轉(zhuǎn)換效率從4.5%很快提升到6%，光伏發(fā)展進(jìn)入了新階段。據(jù)美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室2020年2月數(shù)據(jù)，多結(jié)太陽(yáng)能電池、單結(jié)太陽(yáng)能電池、晶體硅電池以及薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到了47.1%、44.4%、27.6%、23.4%，有機(jī)太陽(yáng)能電池等新興電池技術(shù)的轉(zhuǎn)換效率也已達(dá)到17.4%。我國(guó)于1958年成功研制出首塊單晶硅，進(jìn)入太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，在《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件》和“領(lǐng)跑者”計(jì)劃推動(dòng)下，晶硅電池技術(shù)取得巨大突破，大面積晶體硅太陽(yáng)電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面處于國(guó)際領(lǐng)先地位。2018年，工業(yè)化生產(chǎn)多晶黑硅電池平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到19.2%，使用PERC（鈍化發(fā)射極和背面電池）技術(shù)的單晶和多晶硅電池效率提升至21.8%和20.3%，N型PERT（鈍化發(fā)射極背表面全擴(kuò)散電池）單晶電池平均效率已經(jīng)達(dá)到21.5%，且未來(lái)還有進(jìn)一步提升空間。

3.地?zé)岙a(chǎn)業(yè)資源分布及經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

地?zé)崮苁翘N(yùn)藏在地殼巖石（干熱巖）和地下流體中能夠?yàn)槿祟愰_發(fā)利用的熱能資源。據(jù)《中國(guó)地?zé)崮馨l(fā)展報(bào)告(2018)》數(shù)據(jù)顯示，世界地?zé)崮芑A(chǔ)資源總量約4.27×108億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可利用量約4.95×107億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，按目前世界年消耗190億噸標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算，能滿足人類數(shù)10萬(wàn)年的需求。我國(guó)地?zé)崮苜Y源相對(duì)豐富，據(jù)估算地?zé)豳Y源總量約占全球的7.9%，可采儲(chǔ)量約4626.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤[2]。

地?zé)崮荛_發(fā)利用涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域、多行業(yè)的綜合應(yīng)用，包括資源勘查與評(píng)價(jià)、鉆完井、尾水利用、換熱和保溫、熱泵技術(shù)、地面建設(shè)、運(yùn)營(yíng)管理等技術(shù)。直接利用和高溫發(fā)電是當(dāng)今世界地?zé)崮荛_發(fā)利用的主要方式，技術(shù)相對(duì)成熟。熱泵技術(shù)是直接利用地?zé)崮艿淖罴逊桨福夹g(shù)成熟，發(fā)展迅速，已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用；高溫地?zé)岚l(fā)電技術(shù)相對(duì)成熟，但是中低溫地?zé)岚l(fā)電相關(guān)技術(shù)仍不成熟，處于攻關(guān)階段。當(dāng)前，干熱巖的開發(fā)與利用是地?zé)崮芾玫臒狳c(diǎn)，無(wú)論是干熱巖高溫鉆完井技術(shù)，還是干熱巖壓裂技術(shù)、干熱巖換熱和發(fā)電技術(shù)，均處于試驗(yàn)階段。近年來(lái)，我國(guó)地?zé)崮荛_發(fā)利用技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新，淺層地?zé)崮芾每焖侔l(fā)展，水熱型地?zé)崮芾贸掷m(xù)增長(zhǎng)，地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)體系初步形成。1977年，我國(guó)首臺(tái)高溫地?zé)崮馨l(fā)電機(jī)組在西藏羊八井發(fā)電成功，成為全球第8個(gè)掌握高溫地?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)的國(guó)家，但地?zé)岚l(fā)電成套技術(shù)相對(duì)落后。

4.氫能產(chǎn)業(yè)資源分布及經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

氫能被稱作未來(lái)社會(huì)的終極能源，是能源轉(zhuǎn)型的重要方向。因氫能兼具二次能源和儲(chǔ)能媒介雙重角色，發(fā)電效率超過(guò)50%，并且零污染，受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。有關(guān)數(shù)據(jù)表明，宇宙中物質(zhì)的75%都是由氫元素組成，氫以化合物的形式儲(chǔ)于水與化石燃料等物質(zhì)中，氫燃料在已知燃料中熱值僅低于核燃料，較傳統(tǒng)的化學(xué)燃料、乙醇燃料、煤炭等高3～4.5倍。氫能與傳統(tǒng)油氣產(chǎn)業(yè)鏈具有先天的融合特性，油氣企業(yè)具備強(qiáng)大的制氫能力、成熟的安全管控體系、豐富的銷售網(wǎng)點(diǎn)資源，擁有規(guī)劃涉及、生產(chǎn)運(yùn)維、儲(chǔ)運(yùn)銷售等多方面技術(shù)基礎(chǔ)與整合優(yōu)勢(shì)[3]。

1972年，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)Bockris教授首次提出“氫經(jīng)濟(jì)”概念。新世紀(jì)以來(lái)，伴隨碳排放政策收緊、儲(chǔ)氫技術(shù)進(jìn)步以及燃料電池逐步完善，“氫經(jīng)濟(jì)”逐漸受到各國(guó)普遍重視。我國(guó)從20世紀(jì)60年代就開始開展氫能的相關(guān)研究工作，主要為火箭生產(chǎn)液氫燃料；1970年以后，逐步將氫作為能源載體和新的能源系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)；進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)大力支持民用氫能的發(fā)展，氫能應(yīng)用相關(guān)技術(shù)得到提高。作為新興產(chǎn)業(yè)，氫能利用在全球仍處于初期階段，制氫技術(shù)、儲(chǔ)氫技術(shù)、氫燃料電池和加氫站建設(shè)等都面臨諸多瓶頸問(wèn)題。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前我國(guó)已經(jīng)成為全球第一大制氫國(guó)，但氫氣主要是作為中間產(chǎn)品或工業(yè)原料來(lái)制備使用，氫能產(chǎn)業(yè)鏈比較薄弱，距離開始產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化利用仍有較大距離，加氫站總體數(shù)量較少，且分布不均，成熟的氫燃料電池汽車尚處于試點(diǎn)階段，燃料電池技術(shù)仍處于研發(fā)階段。

5.結(jié)論及建議

基于以上認(rèn)識(shí)，油氣田企業(yè)新能源業(yè)務(wù)戰(zhàn)略布局的構(gòu)建策略等提出如下建議。

（1）綜合多種因素，優(yōu)先布局風(fēng)電、光伏業(yè)務(wù)。目前，國(guó)內(nèi)外風(fēng)電、光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)日益成熟。與此同時(shí)，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，相關(guān)政策從鼓勵(lì)向從嚴(yán)規(guī)范轉(zhuǎn)變，準(zhǔn)入門檻和標(biāo)準(zhǔn)要求不斷提高，市場(chǎng)消納和價(jià)格補(bǔ)貼相繼收緊。應(yīng)根據(jù)產(chǎn)業(yè)特征變化，統(tǒng)籌考慮政策影響，結(jié)合自身特點(diǎn)和需求，堅(jiān)持差異化發(fā)展，科學(xué)制定整體發(fā)展規(guī)劃，以規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、提高效益。（2）注重地企協(xié)同，促進(jìn)地?zé)崮芸焖侔l(fā)展。國(guó)家和地方政策鼓勵(lì)地?zé)崮馨l(fā)展，對(duì)大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用有良好的促進(jìn)作用。能源企業(yè)應(yīng)充分發(fā)揮資源儲(chǔ)備足、礦區(qū)和周邊需求大的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步加大科技攻關(guān)力度，周密規(guī)劃地?zé)崮軜I(yè)務(wù)布局，與地方政府搞好對(duì)接和協(xié)同，推動(dòng)地?zé)崮芾每焖侔l(fā)展。（3）瞄準(zhǔn)全產(chǎn)業(yè)鏈，積極謀劃氫能發(fā)展。氫能作為新興產(chǎn)業(yè)，具有國(guó)家和地方政策支持力度大、技術(shù)研發(fā)和發(fā)展?jié)摿Υ蟮膬?yōu)勢(shì)。謀劃氫能業(yè)務(wù)發(fā)展，應(yīng)緊盯行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，超前開展基礎(chǔ)性研究工作強(qiáng)化技術(shù)儲(chǔ)備，瞄準(zhǔn)全產(chǎn)業(yè)鏈或關(guān)鍵環(huán)節(jié)擇機(jī)介入是重點(diǎn)方向。