杜祥琬院士：能源安全与能源转型
添加时间：2024-05-10 点击次数：138
在4月20日至21日举行的第二届中原“双碳”会议上，中国工程院院士、国家气候变化专家委员会顾问杜祥琬在报告中指出，要着重认识中国的能源资源禀赋，要根据最新的实践和研究来认识，这是我国能源转型的基础性认识。中东部的能源利用要确立“身边取”加“远方来”的思想，东部的能源完全依靠“西电东送”的想法需要调整。长远的能源安全就是实现“双碳”目标，是国家的目标也是全球大势。以下为报告整理（有删减）
我国向世界宣布了“双碳”目标，宣告了中国绿色低碳转型的决心和雄心，也为中国和世界带来可持续的绿色繁荣。在党的二十大报告里，习总书记有一句很重要的话：“立足我国能源资源禀赋，坚持先立后破”。一直以来，提到中国的能源资源禀赋就是“富煤缺油少气”，如果中国的能源资源禀赋是这样理解，那我们立什么呢？习总书记讲得就非常清楚，能源资源禀赋“先立后破”，那就是能源资源禀赋里有可“立”的。我们要着重认识中国的能源资源禀赋，要根据最新的实践和研究来认识，这是我国能源转型的基础性认知。长时间以来，一提起中国的能源资源禀赋就是“富煤缺油少气”。如果视野中的能源只是化石能源，这一认识也许并不出错。但是，这一认识已经跟不上形势的发展——随着经济社会的可持续发展，要求可再生能源也要实现快速增长。河南省的情况也是如此，可再生能源已经从本世纪初的“微不足道”走到现在的“举足轻重”，并且正在走向“担当大任”。这种变化实际上是可再生能源的历史地位在中国的变化。值得一提的是，可再生能源的可持续性即资源的可再生性是伴随着太阳的存在而自然存在的，而它的量值大小与技术开发能力有关。目前，中国的水、风、光、生物质发电量的装机规模居世界第一。2023年的数据显示，我国可再生能源发电装机达到15亿千瓦，占全国发电总装机的51.9%，可再生能源的发电量已接近3万亿千瓦时，接近全社会用电量的三分之一，这些数据说明我国可再生能源的发展如何迅速。丰富的可再生能源是我国能源资源禀赋的重要组成部分，所以提及能源资源禀赋就是“富煤缺油少气”，显然是不准确的。我国已开发的可再生能源不到技术可开发资源量的十分之一，能源低碳转型的资源基础是丰厚的，这是我国能源转型的前提。太阳能、风能等可再生能源本身是可再生的，但并不能直接使用太阳能和风能，而是将它们通过太阳能发电、风力发电等方式变成电能，这就需要相应的装备如太阳能电池、风机等。这些装备必需的材料包括矿物质，而这些材料并不是可再生的。所以，要实现风电、光电可持续地被利用，要做好风电和光电设备的绿色退役和循环利用，这样才能使它们真正成为可再生能源。由于对中国能源资源禀赋认识的局限性，有一些地区的电力能源负荷很重，认为自己没有能源，比如沿海的部分省份。认为负荷很重、资源很缺。所谓资源缺即当地没有煤、油、气，那么有没有太阳能呢？有太阳能，但是并没有把太阳能当成身边的能源资源，这种认识就形成了对外来电、外来煤的依赖，这种对能源资源禀赋的认识就是影响能源政策和能源战略的实际问题。
当前能源的利用还是以化石能源为主，中国以煤为主，而欧美等国家地区以油气为主。化石能源从发现之时起就迅速地成为人类能源的主角，推动了城市化的进程，并且使人类由农耕文明进入了工业文明。在化石能源被发现之前，人们以森林而居、以水域而居，并不需要集中地使用能源，那时是没有城市的。城市的诞生与化石能源是相伴的，它的经济性、便利性、稳定性促进了人类工业化的进程。但是200多年来的使用也使人们逐渐认识到，大量使用化石能源带来的环境问题和气候变化问题。其中核心的一个问题就是二氧化碳分子物理特性的研究，这成为现代气候变化科学的核心——即二氧化碳在大气里面的浓度应该受到限制，这一认知是低碳经济学概念的核心。本世纪初提出了低碳经济学的概念，对气候变化的深入评估和研究产生了全球意义上的“碳中和”这 一概念。而有了碳中和这个概念，才有了2015年在巴黎会议上达成的《巴黎协定》，这是一套非常严谨的科学过程，也是人类共同的利益攸关的科学问题。我国的煤炭储量比较丰富，在中国的一次能源结构当中是第一贡献者，但是对于“富煤”要有清醒的认识。专家们的研究给了我一个定量的认识，就是中国煤炭的储采比大约是40年。煤炭资源是有限的，是富含碳元素的宝贵资源、是长期的财富，但又是不可再生的。所以当代人首先要用好煤，但同时也要为未来早做准备。为什么能源要转型呢？就是这个原因。煤炭有多方面的用途，首先是发电。在全世界的燃煤电厂中，能源利用率最高的电厂在中国。十几年前发1千瓦时的电大约需要消耗400克标准煤，但是现在全国的燃煤发电厂平均只需300克标准煤就可发1度电，而能源使用率最高的厂只需248克标准煤就能够发1度电——如果全国的煤电厂都能进步到这一水平，那么用于发电的煤炭消耗量就可以减少10%以上。所以，我们可以归纳出来这么一句话“煤炭是功臣，但是减煤是进步”。国际能源署也预测到2030年，全球电力行业的煤炭消耗和二氧化碳排放都会比基准情景降低15%。各种化石能源都是碳和氢的不同比例的化合物，利用物理和化学的方法、基于对氢和二氧化碳的认识，化石能源既可以做化石燃料，又可以用于化工的各种原料。其中不断出现许多清洁、高效利用的创新发展，比如煤炭的分质利用等。而丰富的可再生能源资源才使我们有底气在中央和国务院“1+N”文件里面写了这么一句话“2060年……非化石能源消费比重达到80%以上”，几十年以后的事情能这样写，说明我们是有底气的，而且有可能使我国的非化石能源消费比重从20%~30%达到80%以上。针对风、光等能源的间歇性、波动性特点，中央及时提出了“构建新能源占比逐渐增加的新型电力系统”。大自然的间歇性，有没有办法把它解决好呢？我们把它利用好的关键是什么？是灵活用电和灵活发电，要将风和光的间歇性变成灵活性在，使得风和光不仅能成为绿色低碳能源，而且是智慧能源。“智慧”不只是好听的形容词而是一种能力，在发电中要成为灵活发电的“电源”，依靠智慧能源可以让间歇性变为灵活性。
中国的能源也好、电力也好，主要被用于中部和东部包括河南。中东部的能源利用要确立“身边取”加“远方来”的思想，这是针对“西电东送”这一老的提法。我们并不完全否定“西电东送”，但是东部的能源完全依靠“西电东送”的想法需要调整。首先要“身边取”，不够的地方再“远方来”。“身边取”也就是使用非化石能源，河南省已经做出榜样，比如过去河南兰考基本上依靠外来的燃煤发电厂送电，但是现在发电完全依靠当地的可再生能源发电，每年发的电量已经超过自身的需求，能源的自给率得到提升。实在“身边取”不够的地方，比如苏州、上海等地可以“西电东送”来补充。“远方来”做补充、“身边取”做主流，应当是中东部能源的主要思路。这么做的首要（考虑因素）是经济性，具有经济性才能够推广。我们在做这个课题时，天津大学和华北电力大学不同的专家组分别计算得出同样的结论，即一个千瓦时的电力，东部自发电的成本比“西电东送”的成本低。这一结论非常重要，如果东部自发电成本比“西电东送”成本低就可以推广，能源生产消费的方式在我国将出现变革，会产生一大批能源的产消者。一个家庭、一个企业或者一个学校，它们的屋顶光伏（都可以利用起来），不仅将成为能源的消费者，而且是能源的生产者，这样就形成了能源产消者。这样的产消者在中国推广起来，自发自用、寓电与民，也可以和集中式的电网来互动，这是非常重要的一个思路。河南省兰考是能源规模的试点，从2017年启动试点至今做了八件事，使得能源来源完全变成自身的可再生能源。从当年7月开展农村能源革命试点至今，兰考全面淘汰了薪柴和散烧煤，把清洁取暖普及率从14%提高到99%。农村人居环境明显改善，收入也显著增加，这样农民才有积极性来参与能源革命。中东部能源这一发展思路符合电力转型和能源革命的方向，它利于电力发展趋于平衡、充分，利于电力系统的经济性、安全性和灵活性，也符合绿色、低碳、高效、智慧，体现从“政府办电、大企业办电”转向“政府+大企业+人民办电”，利于社会进步。对于中国能源的供需安全和环境气候安全，也具有重要意义。同时，西北部有丰富的可再生能源，通过政策的引导可以把东部沿海的产业逐步迁移到西北地区，这可能是未来发展的主要方向。
碳达峰是经济增长和碳排放增长曲线脱钩的进步拐点，高碳不是走向发达国家的必由之路。碳中和是一个兼具成本效益、经济效益和社会效益，和我国第二个百年目标同步的经济社会转型的里程碑。能源转型同时要保证能源的安全，我主要强调一下供给安全。保供目前以化石能源为主，但同时必须研究非化石能源包括可再生能源加上核能。可再生能源技术可开发量包括水、风、光、生物质、地热、太阳能等，特别是其中的生物质能源。河南省是生物质能源非常丰富的一个省份，每年大约有34亿吨的生物质产量。逐步、稳步地由以煤为主转向以可再生能源为主，是长远的能源安全之策，也是走向碳中和的必由之路。实现“双碳”目标是一个复杂的系统工程，是一个长达几十年科学的转型过程，它呼唤深度的管理创新、科技创新、金融支持和企业的参与。从未来能源的角度回头看，我们能够更好地理解“双碳”目标的意义和历史地位，到那时候人们会理解当年实现这个目标是完全必要的，而且也是人类历史上要完成的事。
重新认识中国的资源禀赋
我国向世界宣布了“双碳”目标，宣告了中国绿色低碳转型的决心和雄心，也为中国和世界带来可持续的绿色繁荣。在党的二十大报告里，习总书记有一句很重要的话：“立足我国能源资源禀赋，坚持先立后破”。一直以来，提到中国的能源资源禀赋就是“富煤缺油少气”，如果中国的能源资源禀赋是这样理解，那我们立什么呢？习总书记讲得就非常清楚，能源资源禀赋“先立后破”，那就是能源资源禀赋里有可“立”的。我们要着重认识中国的能源资源禀赋，要根据最新的实践和研究来认识，这是我国能源转型的基础性认知。长时间以来，一提起中国的能源资源禀赋就是“富煤缺油少气”。如果视野中的能源只是化石能源，这一认识也许并不出错。但是，这一认识已经跟不上形势的发展——随着经济社会的可持续发展，要求可再生能源也要实现快速增长。河南省的情况也是如此，可再生能源已经从本世纪初的“微不足道”走到现在的“举足轻重”，并且正在走向“担当大任”。这种变化实际上是可再生能源的历史地位在中国的变化。值得一提的是，可再生能源的可持续性即资源的可再生性是伴随着太阳的存在而自然存在的，而它的量值大小与技术开发能力有关。目前，中国的水、风、光、生物质发电量的装机规模居世界第一。2023年的数据显示，我国可再生能源发电装机达到15亿千瓦，占全国发电总装机的51.9%，可再生能源的发电量已接近3万亿千瓦时，接近全社会用电量的三分之一，这些数据说明我国可再生能源的发展如何迅速。丰富的可再生能源是我国能源资源禀赋的重要组成部分，所以提及能源资源禀赋就是“富煤缺油少气”，显然是不准确的。我国已开发的可再生能源不到技术可开发资源量的十分之一，能源低碳转型的资源基础是丰厚的，这是我国能源转型的前提。太阳能、风能等可再生能源本身是可再生的，但并不能直接使用太阳能和风能，而是将它们通过太阳能发电、风力发电等方式变成电能，这就需要相应的装备如太阳能电池、风机等。这些装备必需的材料包括矿物质，而这些材料并不是可再生的。所以，要实现风电、光电可持续地被利用，要做好风电和光电设备的绿色退役和循环利用，这样才能使它们真正成为可再生能源。由于对中国能源资源禀赋认识的局限性，有一些地区的电力能源负荷很重，认为自己没有能源，比如沿海的部分省份。认为负荷很重、资源很缺。所谓资源缺即当地没有煤、油、气，那么有没有太阳能呢？有太阳能，但是并没有把太阳能当成身边的能源资源，这种认识就形成了对外来电、外来煤的依赖，这种对能源资源禀赋的认识就是影响能源政策和能源战略的实际问题。
打造高质量的中国能源系统
当前能源的利用还是以化石能源为主，中国以煤为主，而欧美等国家地区以油气为主。化石能源从发现之时起就迅速地成为人类能源的主角，推动了城市化的进程，并且使人类由农耕文明进入了工业文明。在化石能源被发现之前，人们以森林而居、以水域而居，并不需要集中地使用能源，那时是没有城市的。城市的诞生与化石能源是相伴的，它的经济性、便利性、稳定性促进了人类工业化的进程。但是200多年来的使用也使人们逐渐认识到，大量使用化石能源带来的环境问题和气候变化问题。其中核心的一个问题就是二氧化碳分子物理特性的研究，这成为现代气候变化科学的核心——即二氧化碳在大气里面的浓度应该受到限制，这一认知是低碳经济学概念的核心。本世纪初提出了低碳经济学的概念，对气候变化的深入评估和研究产生了全球意义上的“碳中和”这 一概念。而有了碳中和这个概念，才有了2015年在巴黎会议上达成的《巴黎协定》，这是一套非常严谨的科学过程，也是人类共同的利益攸关的科学问题。我国的煤炭储量比较丰富，在中国的一次能源结构当中是第一贡献者，但是对于“富煤”要有清醒的认识。专家们的研究给了我一个定量的认识，就是中国煤炭的储采比大约是40年。煤炭资源是有限的，是富含碳元素的宝贵资源、是长期的财富，但又是不可再生的。所以当代人首先要用好煤，但同时也要为未来早做准备。为什么能源要转型呢？就是这个原因。煤炭有多方面的用途，首先是发电。在全世界的燃煤电厂中，能源利用率最高的电厂在中国。十几年前发1千瓦时的电大约需要消耗400克标准煤，但是现在全国的燃煤发电厂平均只需300克标准煤就可发1度电，而能源使用率最高的厂只需248克标准煤就能够发1度电——如果全国的煤电厂都能进步到这一水平，那么用于发电的煤炭消耗量就可以减少10%以上。所以，我们可以归纳出来这么一句话“煤炭是功臣，但是减煤是进步”。国际能源署也预测到2030年，全球电力行业的煤炭消耗和二氧化碳排放都会比基准情景降低15%。各种化石能源都是碳和氢的不同比例的化合物，利用物理和化学的方法、基于对氢和二氧化碳的认识，化石能源既可以做化石燃料，又可以用于化工的各种原料。其中不断出现许多清洁、高效利用的创新发展，比如煤炭的分质利用等。而丰富的可再生能源资源才使我们有底气在中央和国务院“1+N”文件里面写了这么一句话“2060年……非化石能源消费比重达到80%以上”，几十年以后的事情能这样写，说明我们是有底气的，而且有可能使我国的非化石能源消费比重从20%~30%达到80%以上。针对风、光等能源的间歇性、波动性特点，中央及时提出了“构建新能源占比逐渐增加的新型电力系统”。大自然的间歇性，有没有办法把它解决好呢？我们把它利用好的关键是什么？是灵活用电和灵活发电，要将风和光的间歇性变成灵活性在，使得风和光不仅能成为绿色低碳能源，而且是智慧能源。“智慧”不只是好听的形容词而是一种能力，在发电中要成为灵活发电的“电源”，依靠智慧能源可以让间歇性变为灵活性。
能源利用“身边取”加“远方来”
中国的能源也好、电力也好，主要被用于中部和东部包括河南。中东部的能源利用要确立“身边取”加“远方来”的思想，这是针对“西电东送”这一老的提法。我们并不完全否定“西电东送”，但是东部的能源完全依靠“西电东送”的想法需要调整。首先要“身边取”，不够的地方再“远方来”。“身边取”也就是使用非化石能源，河南省已经做出榜样，比如过去河南兰考基本上依靠外来的燃煤发电厂送电，但是现在发电完全依靠当地的可再生能源发电，每年发的电量已经超过自身的需求，能源的自给率得到提升。实在“身边取”不够的地方，比如苏州、上海等地可以“西电东送”来补充。“远方来”做补充、“身边取”做主流，应当是中东部能源的主要思路。这么做的首要（考虑因素）是经济性，具有经济性才能够推广。我们在做这个课题时，天津大学和华北电力大学不同的专家组分别计算得出同样的结论，即一个千瓦时的电力，东部自发电的成本比“西电东送”的成本低。这一结论非常重要，如果东部自发电成本比“西电东送”成本低就可以推广，能源生产消费的方式在我国将出现变革，会产生一大批能源的产消者。一个家庭、一个企业或者一个学校，它们的屋顶光伏（都可以利用起来），不仅将成为能源的消费者，而且是能源的生产者，这样就形成了能源产消者。这样的产消者在中国推广起来，自发自用、寓电与民，也可以和集中式的电网来互动，这是非常重要的一个思路。河南省兰考是能源规模的试点，从2017年启动试点至今做了八件事，使得能源来源完全变成自身的可再生能源。从当年7月开展农村能源革命试点至今，兰考全面淘汰了薪柴和散烧煤，把清洁取暖普及率从14%提高到99%。农村人居环境明显改善，收入也显著增加，这样农民才有积极性来参与能源革命。中东部能源这一发展思路符合电力转型和能源革命的方向，它利于电力发展趋于平衡、充分，利于电力系统的经济性、安全性和灵活性，也符合绿色、低碳、高效、智慧，体现从“政府办电、大企业办电”转向“政府+大企业+人民办电”，利于社会进步。对于中国能源的供需安全和环境气候安全，也具有重要意义。同时，西北部有丰富的可再生能源，通过政策的引导可以把东部沿海的产业逐步迁移到西北地区，这可能是未来发展的主要方向。
成就我国能源的新常态、高质量、新体系
碳达峰是经济增长和碳排放增长曲线脱钩的进步拐点，高碳不是走向发达国家的必由之路。碳中和是一个兼具成本效益、经济效益和社会效益，和我国第二个百年目标同步的经济社会转型的里程碑。能源转型同时要保证能源的安全，我主要强调一下供给安全。保供目前以化石能源为主，但同时必须研究非化石能源包括可再生能源加上核能。可再生能源技术可开发量包括水、风、光、生物质、地热、太阳能等，特别是其中的生物质能源。河南省是生物质能源非常丰富的一个省份，每年大约有34亿吨的生物质产量。逐步、稳步地由以煤为主转向以可再生能源为主，是长远的能源安全之策，也是走向碳中和的必由之路。实现“双碳”目标是一个复杂的系统工程，是一个长达几十年科学的转型过程，它呼唤深度的管理创新、科技创新、金融支持和企业的参与。从未来能源的角度回头看，我们能够更好地理解“双碳”目标的意义和历史地位，到那时候人们会理解当年实现这个目标是完全必要的，而且也是人类历史上要完成的事。