我们需要什么样的能源技术革命——专访国家能源专家咨询委员会副主任、中国工程院院士杜祥琬

○ 文／本刊记者 郑 丹

我们需要什么样的能源技术革命
——专访国家能源专家咨询委员会副主任、中国工程院院士杜祥琬

○ 文／本刊记者 郑 丹

智能化、电气化、低碳化、高效化，是我国能源科技革命的方向。

创新是推动国家、民族发展和人类社会进步的重要力量。在“十三五”开局之年，我国召开“科技三会”，站在科技发展新的历史起点上，把科技创新摆在更加重要的位置，力争在重要科技领域实现跨越发展。日前，国家发改委和能源局下发《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》，明确了我国2020年和2030年能源技术革命创新总体目标和重点任务。

谈到能源科技革命，国家能源专家咨询委员会副主任、国家气候变化专家委员会主任、中国工程院院士杜祥琬指出：“未来新概念、新技术和新的用能方式将重塑能源。从国际视野和长远战略出发，我国亟待加强能源科技创新，振兴能源产业，占领未来能源新科技的战略制高点。”

绿色、低碳、高效、安全

中国石油石化：杜院士，您好！在您看来，当前和今后全球能源革命的大趋势是什么？

我国能源革命发展特点是，消费方式由粗放、低效转向节约和高效，能源生产由黑色、高碳转向绿色和低碳。智能化和网络化管理将使能效提升；基础设施投资将加大对分布式电器、分布式发电设施以及智能化的投资，把智能技术与绿色、低碳能源相结合；人类将拥有更高的资源循环利用能力。

第三，世界各国都在努力实现低碳和可持续发展。发达国家和经济体，如欧盟、美国和日本都提出高比例发展非化石能源的战略目标；许多发展中国家也树立了“把脱贫与可持续相结合”的发展战略。

中国石油石化：在全球能源朝绿色化、低碳化、高效化发展的趋势下，我国能源革命的发展将具有怎样的特点？

杜祥琬：首先，我国能源消费方式由粗放、低效转向节约和高效，能源生产由黑色、高碳转向绿色和低碳。

杜祥琬：全球能源革命将引发对能源的重塑。绿色、低碳、高效和逐步走向以非化石能源为主的结构，是当前和今后全球和我国能源革命的大方向。在此期间，能源科技和结构创新将进入高度活跃期。这体现在三个方面。

第一，环境的战略地位提升和观念进步，体现了“以人为本”的基本诉求。现在世界上越来越多的国家已经认识到，对生态环境需要“大保护”，而不是“大开发”。由于气候变化正在成为全球性的环境问题，应对气候变化正在引领全球能源的低碳转型。这是严肃和责任重大的全球性努力。

第二，未来的社会形态将促使能源转型。一个更加个性化、以消费者为中心的社会需要更多的分布式能源供给，

其次，我国能源安全观念的革新。这包括三方面内容：一是供给安全观革新，即通过需求的合理化、抑制不合理需求，以及供应的科学化、洁净化、低碳化，把能源供给从以前的供给侧单向提供保障改进为从供给侧和需求侧双向协同提供保障，“以科学的供给满足合理的需求。二是能源的环境安全观革新：由以前的单纯“保障供给”转向“保障供给和保护环境”并重的理念，把解决能源利用造成的生态环境问题提升到国家安全的战略高度。三是国际竞争环境中的能源安全观革新：全球能源结构的优化、能源效率的提升、能源科技的进步和能源价格的优势，都对我国能源核心竞争力构成了挑战，也提供了机遇。中国能源的安全和可持续与全球能源的安全和可持续在本质上是一致的。因此，创造一个绿色、低碳、高效、安全的新型能源体系，将为国家和人类的永续发展做出贡献。

再次，我国能源结构的变革。我国能源结构变革将经历三个历史阶段：化石能源为主（＞90%）阶段；多元结构阶段（非化石能源＞10%）；非化石能源为主（＞90%）阶段。低碳能源将逐步成为中国和全球的“常规能源”，是未来能源结构创新的全球性方向。

●太阳能无处不在，如何合理地储存利用是问题所在。

推动低碳转型和能效提升

中国石油石化：在您看来，能源科技革命在我国能源革命中具有怎样的重要性，我国能源科技革命的方向是什么？

杜祥琬：在我国能源四大革命中，能源科技革命是能源生产和消费革命的支撑。放眼全球，能源科技创新正在蓬勃发展，创新成果层出不穷。从国际视野和长远战略出发，我国亟待加强能源科技创新，振兴能源产业，占领未来能源新科技的战略制高点。

我国能源科技革命的大方向是趋向“四化”，即智能化、电气化、低碳化、高效化。现在重要的是认准战略方向，坚持努力，并发展国际合作。

中国石油石化：我国能源科技革命应怎样通过智能化、电气化实现能源的低碳化转型？目前，智能化、电气化技术创新的发展状况如何？

杜祥琬：一个创新的智能化电力系统将取代我国过去主要以煤电为主的电力系统。智能化意味着电力系统与信息技术（IT）、数字技术（DT）深度融合。同时，电力系统进行向新能源的适应性变革，增加非化石能源比例。这是能源体系低碳转型的核心。最终将形成移动/固定的分布式低碳能源网络与集中式智能能源网（电、热、冷、水、气象网）的结合与互动，达到横向“多能互补”与纵向“源-网-荷-储-用优化”相结合，提供多样化的电能服务,并提高能源利用的综合效率。

中国石油石化：智能化和电气化将在哪些方面有利于能效的提高？

杜祥琬：智能化提效技术在智能交通、建筑节能、工业节能和新型城镇化等多个领域有广泛应用。

第一，智能交通。智能交通包括智能化的汽车设计，加之碳纤维合成物等超轻、超强新材料的利用，可大幅度节能；智能化的出行方式，如通过汽车共享、拼车，显著降低用车需求；智慧型的紧凑城市设计，减少出行和堵车，节约交通用能。通过智能交通最终实现高效、通畅、安全、节能和环保运行。

第二，建筑节能。通过对建筑物的直接数字控制、变风量空调控制、智能照明及加装热辐射屏蔽，降低室内取暖和热水用能实现的。此外，辐射冷却新材料可用于建筑防热。例如，德国的一栋智能节能三层办公楼，每平方米每年只需消耗21℃电，屋顶的光伏板能发出5倍于需求的电量。

第三，工业节能，即对工业制造流程进行优化，包括推进制造过程的信息处理、质量控测、生产控制、资源管理、环保处理等环节的流程化再造；推广先进工艺，发展一体化整合设计，发展3D打印，加之余热余能的回收利用，可产生显著的工业节能效果。

第四，走新型城镇化和低碳道路。其一，通过对交通、建筑、工厂、园区、村镇进行系统整合设计，因地制宜，利用可再生能源、天然气、余热等低碳能源的网络满足能源增量的需求。其二，物流业的智能化节能潜力有待挖掘，如一个定位服务功能的货运及物流手机软件，可使当前高达40%的货车空驶率减半，每年可减排100兆吨CO2。

储能技术推动能源低碳化

中国石油石化：能源科技革命带来用能方式的根本变化，从而对储能技术提出很高要求。在您看来，如何通过发展储能技术实现能源利用的低碳化、高效化？

乡级土地利用规划图数据库按乡镇范围进行存储，数据库中包含各类图形要素，图层较多，用传统裁切方式需要耗费大量时间，运用Python编写批处理程序实现自动化批量裁切，可大大提高工作效率，具体步骤如下：首先，获取已知数据库的数据结构以及所有图层要素，按照现有数据库结构新建各乡镇数据库；然后，调用ArcGIS软件中Clip工具模块对数据库中所有数据进行裁切，对裁切后的图层要素进行重命名和保存。具体批处理程序如下：

杜祥琬：各国都在着力于储能技术的创新，高能量密度储能技术可能是一个颠覆性的技术领域。它将与间歇性可再生能源配合，使其规模化高效发展；它将使电动汽车更为轻量和小型，并实现对石油的替代。它还可以把夜间不用的能量储存起来，供白天使用，使智能电力系统节能提效，并可应用于智能小区的管理。

储能技术分为化学储能技术和物理储能技术。

●供图/CFP

化学储能技术创新非常活跃，主要和新材料和新工艺有关。以色列研制的空气锂电池比锂-镁电池的储电量提高8倍，而西班牙的石墨烯电池储电量又比空气锂电池高出5倍。操控和设计纳米材料的能力推动储能创新方面，美国斯坦福大学研究出“不会起火的纳米粒子电池”，即覆盖有石墨烯的镍纳米粒子锂离子电池。另外，液体电池、纳米储能和智能储能（由电池组和功率检测器及电脑组成）、纤维状超级电容器、无线电磁充电技术也在发展中。未来的电动汽车将可以脱离充电桩，而依靠电磁波进行无线充电。

物理储能技术包括抽水储能、压缩空气储能、相变储能、飞轮储能和制氢储能技术等，目前都有新的进展。

中国石油石化：据您了解，在能源科技创新低碳化大潮中，低碳能源技术有哪些前沿创新和突破？

杜祥琬：为提高低碳能源竞争力，需着力发展与低碳能源技术相关的新材料、新工艺、新概念、新技术。目前，储能、可再生能源和核能技术等都属创新比较活跃的领域。

●风能在构建绿色、低碳、高效、安全的新能源体系中担当重要角色。

例如，可再生能源技术中的前沿领域太阳能电池。现在的太阳能电池仍然需要大量使用硅，包括高纯度的多晶硅、单晶硅。现已研制出硅基的柔性薄膜太阳能电池；CIGS薄膜太阳能电池；非硅（聚合物）的超轻超薄的柔性太阳能电池，以高功率/重量比为特征；硅与半导体联姻的太阳能电池，转换效率在实验室里可达40%～50%；全天候太阳能电池，在下雨的时候仍能发电，等等。在应用形式上，太阳能电池技术也有创新，如太阳能电池能量墙（Power Wall）和屋顶，能与我们居住的房子相结合，把建筑物变为能源的消耗体和生产者，自己发电自己用。美国的一项研究显示，若在4000万个屋顶安装太阳能电池，容量可达400GW。此外，太阳能直接热利用也有新的发展空间，如太阳能热水器。

核能是一个科技含量高的领域，需要关注目前在全球实际应用的核裂变发电。先进安全的核能技术包括：产业链下端核废物的减量技术、嬗变技术及最终安全、环境友好的处置技术。很多国家在这方面的努力很有成效，如瑞典的核废料最终地下储存做得非常精细；更先进的堆形（含第四代堆、小型模块型堆）的研究；产业链前端即燃料，包括非常规铀资源勘探开发技术和从海/湖水中提取铀的技术等。目前美国和日本已具备了上述技术，我国也在973计划中做了相应安排。为了实现受控核聚变，国际上正在合作进行磁约束核聚变（ITER实验堆），不同概念的惯性约束聚变（如激光核聚变、Z-Pinch聚变），以及聚变－裂变混合堆等，特别要鼓励核聚变新概念的研究。

能源是一个多学科交叉的应用领域。其创新发展与材料科学、生物技术、信息技术的发展关系密切，故需加强基础研究。同时，新能源科技的突破也有难度和不确定性。

油气科技创新促能源低碳化

中国石油石化：我国《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》明确了包括“非常规油气和深层、深海油气开发技术创新”等重点任务。在您看来，我国油气领域的能源科技创新包含哪些主要内容？

杜祥琬：首先是非常规和深海油气资源开发和利用技术。一、油气勘探的多维地震技术、可控源电磁测量技术；二、油气开发的全自动钻井操作技术；三、页岩油气的地质理论及勘探技术；四、页岩气开采的水力压裂技术；五、煤层气开发和动态评价技术；六、深海油、气（包括非常规油气）的资源勘探、开发和利用技术；七、可燃冰（天然气水合物）的探测和安全开采技术。在非常规气中，煤层气和页岩气是我国比较现实的选择，可燃冰是储量较大的非常规天然气。

其次是炼化转型升级和促进成品油质量提升技术。此外，提高油气储备和调峰能力技术，等等。

中国石油石化：油气领域的能源科技创新对我国能源科技革命的重要意义何在？

杜祥琬：我国石油的对外依存度已经超过60%，非化石能源利用占一次能源比重仅为12%，高碳能源的比例仍然较高。虽然高碳能源还要继续使用，但要减少比例并降低污染和排放。因此，油气科技创新对我国能源科技革命和能源发展低碳化具有重要意义。

首先，发展低碳技术，如把CO2注入油井提高石油采收率，碳捕获、利用与封存（CCUS）技术和CO2生物转化利用技术等。目前，CCUS已在初步试用，但离规模化商业利用尚远；CCS地下封存处于试验阶段。在减少汽车尾气排放、提高油品品位、防治大气污染方面，我们的石油公司有明显进步，而且仍有发展潜力。

其次，发展石油的四种替代技术。石油毕竟比较高碳和高污染，未来可用电、生物油气、氢和太阳能来替代。世界第一架太阳能飞机已经诞生，电动汽车也实现了自己发电、自己储能和自己用能，未来还将有更大程度的发展。

再次，发展天然气热、电、冷三联供技术。我国开展石油和天然气能源技术创新还面临投资、金融倾斜和政策扶持等一系列问题有待解决。

责任编辑：石杏茹

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