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能源迭代宜合不宜搏
——訪中國工程院院士倪維斗
2019-05-31 10:13   審核人:   (點擊量:)

文?本刊記者 王偉彭慧文

我國能源革命的目標已經明確,未來,能源生產和消費將深刻變革、快速迭代。構建清潔低碳、安全高效的現代能源體系,應如何立足國情,統籌考慮,并從全局高度制定發展戰略?日前,本刊對中國工程院院士、中國能源學會會長倪維斗進行專訪,請他就新能源發展戰略、傳統能源轉型與未來能源體系構建等話題分享思想。倪院士認為,能源行業應該堅持系統觀點、協同發展思維,要把合適的能源放在合適的地方,在合適的系統中與其他能源協同發展,發揮作用。在大力發展新能源的同時,也要高度重視煤炭清潔高效利用,不同能源品種應該揚長補短、優勢互補、形成合力。


新能源不能單打一


《能源評論》:發展新能源,是一場關乎能否贏得未來的“戰役”。您如何看待新能源發展前景與策略?

倪維斗:從能源發展與迭代的趨勢來看,風能、太陽能等新能源肯定要大力發展。我國已承諾,到2020年,非化石能源占一次能源消費總量的比重將達到15%左右。但在現有條件下,新能源距離成為主力能源,甚至完全替代化石能源,還有一定距離,需要統籌考慮,不能單打一地發展新能源,需要協調好和其他能源的關系,合力前行。當前存在著一種過分強調新能源的傾向,這可能會導致新能源發展規劃失之于偏、失之于空、失之于制。

發展新能源,一定要規劃先行,不能僅僅從資源角度,盲目建設風電場、光伏電站,需要系統考慮經濟發展、新能源消納以及配套電網建設問題,同時還要不斷提升技術研發水平,爭取讓發電成本降下來,減少國家補貼。


《能源評論》:針對當前社會關注的新能源消納難題,您認為,應如何何化解?

倪維斗:從根本上解決新能源發展問題,需要跳出新能源產業的小圈圈,通盤考慮與其他能源、當地經濟如何統籌發展。

一個值得深入探討的突破路徑是,將新能源與煤化工產業結合起來。在我國風能、太陽能豐富的西北地區,煤炭資源也十分豐富,這些地區也面臨著如何利用這些資源向全國提供清潔能源和發展地方經濟的問題。那么,利用當地富余的新能源電力發展煤化工產業,用增加當地消納的辦法解決棄風、棄光問題,就可以一舉多得。


《能源評論》:目前有哪些成熟的技術路線?您如何評價目前煤制氣、煤制油技術?

倪維斗:我不贊成簡單用煤制氣、制油。因為目前的技術,不僅增加能源消耗,屬于多此一舉,而且造成的大氣和水污染問題也很突出。

可以用負荷低谷的風電、太陽能發電,來電解水產生氧氣和氫氣,再通過煤化工協同系統合成甲醇。與傳統系統相比,新技術增加了電解水環節的協同系統,省去了昂貴且高能耗的空分裝置,大大減少了變換的氣體量,煤炭中大部分碳元素進入甲醇產品而被利用,碳排放減少80%左右,甲醇產出增加約一倍。

如此,既可以解決新能源消納問題,也解決了傳統煤化工的碳排放問題,還可以促進當地工業發展,比如應用于冶金領域,用來代替焦煤,達到能量和資源利用整體最優的效果。


多種能源需協同發展


《能源評論》:這實際上是煤化工的一種新思路——煤基多聯產的發展路徑,您認為這是否代表未來的方向?

倪維斗:對,煤基多聯產也是降低我國燃煤排放的重要技術路徑。傳統的煤化工產業不僅憑白地增加了許多能源消耗,還面臨著嚴峻的環境承載力問題,需要更新技術路線。建議發展以甲醇為中心的新型煤化工,通過電化共軌方式,打破不同行業之間的界限,按照系統最優原則進行集成與優化,達到系統的能源、環境、經濟效益最優的目的。據測算,電化共軌系統的能源利用效率可以達到70%,遠遠高于燃煤電廠的效率,而且碳排放也大大減少。


《能源評論》:我注意到,您一直在強調,要堅持用系統思維解決能源問題。

倪維斗:任何一種能源單獨來看都有它的優點和缺點,任何一種負荷也都有自己的特性。各個能源品種,不能各吹各的號、各敲各的鑼,化石能源、核能、新能源,要綜合系統地加以考慮,協同利用,讓其各得其所、揚長避短,最大程度上促進能源系統的經濟、低碳、可持續發展。

這一思維方式可以歸納為五個“合適”:把合適的能源放在合適的地方,在合適的系統中與其他能源合適的協同,發揮合適的作用。這會涉及到六個方面的協同問題:化石能源與新能源協同,供能和用能協同,高品位和低品位能源協同,供能和產業協同,集中和分布式供能協同,電、氣、熱、車網協同。


《能源評論》:這種能源協同思想如何落實?

倪維斗:對于一種能源資源,應該從戰略高度考察它在整個能源系統中的合理位置,不是研究它在理論上的作用,而是要研究它應該干什么、適合干什么。

以天然氣為例,從熱力學角度來說,高品位燃料低品位利用會造成能量損失。用天然氣做煤炭可以做的事情,用來采暖、發電,有一點暴殄天物。

好鋼要用在刀刃上,我國的天然氣應該用于輔助新能源調峰。相比于燃煤機組,燃氣輪機的優勢在于可以模塊化拼裝,具有快速調節出力的天然優勢,非常適合與新能源搭配,用于“熨平”新能源發電的波動性與間歇性。


沒有煤炭清潔化都是空談


《能源評論》:您如何評價煤炭行業在未來能源體系中的地位?

倪維斗:到2050年,我國總能耗將達到65億噸標準煤的水平,屆時,煤炭在我國一次能源中的占比仍然會在40%左右,需求量不會少于25億噸標準煤。因此,要促進能源系統優化,需要多種能源發揮協同作用,也要充分認識煤炭的清潔高效利用,對節能減排、能源轉型的促進作用。如果不在煤炭的清潔利用上下大力氣研發,其他一切只能是空談,低碳就會成為一句口號。


《能源評論》:但在很多人看來,煤炭本質上就是一個高污染能源品種,控煤呼聲也一直很高,究竟應當如何認識和處理好煤炭與經濟發展、環境保護之間的關系?

倪維斗:需要強調的是,煤炭行業對我國的經濟發展曾經發揮了極大的作用,煤炭過去、現在、將來相當長時間內,仍然是我國的主力能源。推進能源革命,就必須走煤炭清潔高效利用之路,下大力氣、花苦工夫去研發突破相關技術。現在一味搞去煤化,要打倒煤、要革煤的命,這就有點忘了本,不能卸磨殺驢,不能飛鳥盡良弓藏,更不能見煤就煩,見煤就砍。

實事求是地說,燃煤污染確實存在,但問題不在于要不要燃煤,而在于怎么燃煤。沒有臟的能源,只有臟的使用方式。停留于老技術、沿襲老套路已經行不通,煤炭工業需要革新,需要有新的思維。


《能源評論》:作為我國煤炭消費的半壁江山和能源主力,火電行業需要如何創新高效清潔利用?

倪維斗:實際上,我國的燃煤發電技術在世界范圍內都是領先的,發電效率在2006年就已經超過了美國,而且前沿技術還在不斷取得突破。例如上海外高橋(600648,股吧)第三發電廠發電煤耗已經達到276克/千瓦時,每立方米廢氣中只含有二氧化硫18毫克、氮氧化物17毫克、煙塵8毫克,被國際能源署稱為是全球最清潔的電廠。現在該廠又提出一個新的方案:其核心技術就在于,通過兩次再熱,汽輪高低位雙軸布置,仍維持600攝氏度的蒸汽溫度,節省了價格高昂的管道材料,發電煤耗可降至251克/千瓦時。

未來,火電行業需要繼續下大力氣研究應用降低煤耗和排放的技術。以火電機組的平均煤耗為例,目前每千瓦時煤耗為318克,如果能夠再降低10克,每年可節約5000多萬噸煤炭。按照有關部門測算,2020年火電行業改造完成后,每年可節約原煤約1億噸、減少二氧化碳排放1.8億噸,電力行業主要污染物排放總量可降低60%左右。


電能替代是未來方向


《能源評論》:火電行業用煤只占我國煤炭消費的50%,其余的煤炭使用方式,您認為如何實現清潔高效利用?

倪維斗:實際上,現在造成大氣污染的主要是散煤燃燒。我國目前大約有50%的煤炭被消耗在了發電以外的其他生產和生活領域,大量的工業窯爐、工業鍋爐、采暖鍋爐等都是對排放沒有控制的小鍋爐,使用的又是廉潔的低階煤,因煤炭不能充分燃燒,尾部煙氣又不處理,導致了大量污染物排放。

目前,我國的電氣化水平電力占終端能源消費的比例在22%左右,仍然處于較低水平。以人均生活用電為例,我國僅為450千瓦時左右,美國、加拿大等發達國家均在4400千瓦時以上。在工業和生活領域,實行電能替代、清潔替代,可以大幅度提高能效,減少污染物排放。

對于農村地區的散煤燃燒,需按照“分散能源分散用,農村能源農村用”的原則,充分利用農村地區的生物質材料,就地解決農民用能問題。具體辦法是將秸稈打碎,利用固體成型技術壓縮成體積小、密度大、熱值高的顆粒,使用專門的爐灶燃燒。此舉不僅可以減少農村地區的散煤燃燒,也可以解決多年來一直困擾政府部門的秸稈野燒問題。


《能源評論》:您如何評價電能替代的意義?

倪維斗:電能替代是未來的發展方向,對促進節能減排具有重要意義。研究顯示,電能占終端能源消費比重每提升1個百分點,單位GDP能耗可下降4%左右。

列寧曾說過:“共產主義就是蘇維埃政權加全國電氣化”。對于我國而言,這句話可以改為,“黨領導下的法治社會加上電氣化,等于全面建成小康社會”。

(來源:《能源評論》雜志)

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