○ 文／本刊記者 鄭 丹

我們需要什么樣的能源技術(shù)革命
——專(zhuān)訪(fǎng)國(guó)家能源專(zhuān)家咨詢(xún)委員會(huì)副主任、中國(guó)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(guó)能源科技革命的方向。

創(chuàng)新是推動(dòng)國(guó)家、民族發(fā)展和人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的重要力量。在“十三五”開(kāi)局之年，我國(guó)召開(kāi)“科技三會(huì)”，站在科技發(fā)展新的歷史起點(diǎn)上，把科技創(chuàng)新擺在更加重要的位置，力爭(zhēng)在重要科技領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跨越發(fā)展。日前，國(guó)家發(fā)改委和能源局下發(fā)《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016-2030年）》，明確了我國(guó)2020年和2030年能源技術(shù)革命創(chuàng)新總體目標(biāo)和重點(diǎn)任務(wù)。

談到能源科技革命，國(guó)家能源專(zhuān)家咨詢(xún)委員會(huì)副主任、國(guó)家氣候變化專(zhuān)家委員會(huì)主任、中國(guó)工程院院士杜祥琬指出：“未來(lái)新概念、新技術(shù)和新的用能方式將重塑能源。從國(guó)際視野和長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略出發(fā)，我國(guó)亟待加強(qiáng)能源科技創(chuàng)新，振興能源產(chǎn)業(yè)，占領(lǐng)未來(lái)能源新科技的戰(zhàn)略制高點(diǎn)?！?/p>

綠色、低碳、高效、安全

中國(guó)石油石化：杜院士，您好！在您看來(lái)，當(dāng)前和今后全球能源革命的大趨勢(shì)是什么？

我國(guó)能源革命發(fā)展特點(diǎn)是，消費(fèi)方式由粗放、低效轉(zhuǎn)向節(jié)約和高效，能源生產(chǎn)由黑色、高碳轉(zhuǎn)向綠色和低碳。智能化和網(wǎng)絡(luò)化管理將使能效提升；基礎(chǔ)設(shè)施投資將加大對(duì)分布式電器、分布式發(fā)電設(shè)施以及智能化的投資，把智能技術(shù)與綠色、低碳能源相結(jié)合；人類(lèi)將擁有更高的資源循環(huán)利用能力。

第三，世界各國(guó)都在努力實(shí)現(xiàn)低碳和可持續(xù)發(fā)展。發(fā)達(dá)國(guó)家和經(jīng)濟(jì)體，如歐盟、美國(guó)和日本都提出高比例發(fā)展非化石能源的戰(zhàn)略目標(biāo)；許多發(fā)展中國(guó)家也樹(shù)立了“把脫貧與可持續(xù)相結(jié)合”的發(fā)展戰(zhàn)略。

中國(guó)石油石化：在全球能源朝綠色化、低碳化、高效化發(fā)展的趨勢(shì)下，我國(guó)能源革命的發(fā)展將具有怎樣的特點(diǎn)？

杜祥琬：首先，我國(guó)能源消費(fèi)方式由粗放、低效轉(zhuǎn)向節(jié)約和高效，能源生產(chǎn)由黑色、高碳轉(zhuǎn)向綠色和低碳。

杜祥琬：全球能源革命將引發(fā)對(duì)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(jié)構(gòu)，是當(dāng)前和今后全球和我國(guó)能源革命的大方向。在此期間，能源科技和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新將進(jìn)入高度活躍期。這體現(xiàn)在三個(gè)方面。

第一，環(huán)境的戰(zhàn)略地位提升和觀(guān)念進(jìn)步，體現(xiàn)了“以人為本”的基本訴求?，F(xiàn)在世界上越來(lái)越多的國(guó)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，對(duì)生態(tài)環(huán)境需要“大保護(hù)”，而不是“大開(kāi)發(fā)”。由于氣候變化正在成為全球性的環(huán)境問(wèn)題，應(yīng)對(duì)氣候變化正在引領(lǐng)全球能源的低碳轉(zhuǎn)型。這是嚴(yán)肅和責(zé)任重大的全球性努力。

第二，未來(lái)的社會(huì)形態(tài)將促使能源轉(zhuǎn)型。一個(gè)更加個(gè)性化、以消費(fèi)者為中心的社會(huì)需要更多的分布式能源供給，

其次，我國(guó)能源安全觀(guān)念的革新。這包括三方面內(nèi)容：一是供給安全觀(guān)革新，即通過(guò)需求的合理化、抑制不合理需求，以及供應(yīng)的科學(xué)化、潔凈化、低碳化，把能源供給從以前的供給側(cè)單向提供保障改進(jìn)為從供給側(cè)和需求側(cè)雙向協(xié)同提供保障，“以科學(xué)的供給滿(mǎn)足合理的需求。二是能源的環(huán)境安全觀(guān)革新：由以前的單純“保障供給”轉(zhuǎn)向“保障供給和保護(hù)環(huán)境”并重的理念，把解決能源利用造成的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題提升到國(guó)家安全的戰(zhàn)略高度。三是國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中的能源安全觀(guān)革新：全球能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、能源效率的提升、能源科技的進(jìn)步和能源價(jià)格的優(yōu)勢(shì)，都對(duì)我國(guó)能源核心競(jìng)爭(zhēng)力構(gòu)成了挑戰(zhàn)，也提供了機(jī)遇。中國(guó)能源的安全和可持續(xù)與全球能源的安全和可持續(xù)在本質(zhì)上是一致的。因此，創(chuàng)造一個(gè)綠色、低碳、高效、安全的新型能源體系，將為國(guó)家和人類(lèi)的永續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

再次，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的變革。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)變革將經(jīng)歷三個(gè)歷史階段：化石能源為主（＞90%）階段；多元結(jié)構(gòu)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(guó)和全球的“常規(guī)能源”，是未來(lái)能源結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的全球性方向。

●太陽(yáng)能無(wú)處不在，如何合理地儲(chǔ)存利用是問(wèn)題所在。

推動(dòng)低碳轉(zhuǎn)型和能效提升

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

杜祥琬：在我國(guó)能源四大革命中，能源科技革命是能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命的支撐。放眼全球，能源科技創(chuàng)新正在蓬勃發(fā)展，創(chuàng)新成果層出不窮。從國(guó)際視野和長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略出發(fā)，我國(guó)亟待加強(qiáng)能源科技創(chuàng)新，振興能源產(chǎn)業(yè)，占領(lǐng)未來(lái)能源新科技的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

我國(guó)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(xiàn)在重要的是認(rèn)準(zhǔn)戰(zhàn)略方向，堅(jiān)持努力，并發(fā)展國(guó)際合作。

中國(guó)石油石化：我國(guó)能源科技革命應(yīng)怎樣通過(guò)智能化、電氣化實(shí)現(xiàn)能源的低碳化轉(zhuǎn)型？目前，智能化、電氣化技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展?fàn)顩r如何？

杜祥琬：一個(gè)創(chuàng)新的智能化電力系統(tǒng)將取代我國(guó)過(guò)去主要以煤電為主的電力系統(tǒng)。智能化意味著電力系統(tǒng)與信息技術(shù)（IT）、數(shù)字技術(shù)（DT）深度融合。同時(shí)，電力系統(tǒng)進(jìn)行向新能源的適應(yīng)性變革，增加非化石能源比例。這是能源體系低碳轉(zhuǎn)型的核心。最終將形成移動(dòng)/固定的分布式低碳能源網(wǎng)絡(luò)與集中式智能能源網(wǎng)（電、熱、冷、水、氣象網(wǎng)）的結(jié)合與互動(dòng)，達(dá)到橫向“多能互補(bǔ)”與縱向“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)-用優(yōu)化”相結(jié)合，提供多樣化的電能服務(wù),并提高能源利用的綜合效率。

中國(guó)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(shù)在智能交通、建筑節(jié)能、工業(yè)節(jié)能和新型城鎮(zhèn)化等多個(gè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

第一，智能交通。智能交通包括智能化的汽車(chē)設(shè)計(jì)，加之碳纖維合成物等超輕、超強(qiáng)新材料的利用，可大幅度節(jié)能；智能化的出行方式，如通過(guò)汽車(chē)共享、拼車(chē)，顯著降低用車(chē)需求；智慧型的緊湊城市設(shè)計(jì)，減少出行和堵車(chē)，節(jié)約交通用能。通過(guò)智能交通最終實(shí)現(xiàn)高效、通暢、安全、節(jié)能和環(huán)保運(yùn)行。

第二，建筑節(jié)能。通過(guò)對(duì)建筑物的直接數(shù)字控制、變風(fēng)量空調(diào)控制、智能照明及加裝熱輻射屏蔽，降低室內(nèi)取暖和熱水用能實(shí)現(xiàn)的。此外，輻射冷卻新材料可用于建筑防熱。例如，德國(guó)的一棟智能節(jié)能三層辦公樓，每平方米每年只需消耗21℃電，屋頂?shù)墓夥迥馨l(fā)出5倍于需求的電量。

第三，工業(yè)節(jié)能，即對(duì)工業(yè)制造流程進(jìn)行優(yōu)化，包括推進(jìn)制造過(guò)程的信息處理、質(zhì)量控測(cè)、生產(chǎn)控制、資源管理、環(huán)保處理等環(huán)節(jié)的流程化再造；推廣先進(jìn)工藝，發(fā)展一體化整合設(shè)計(jì)，發(fā)展3D打印，加之余熱余能的回收利用，可產(chǎn)生顯著的工業(yè)節(jié)能效果。

第四，走新型城鎮(zhèn)化和低碳道路。其一，通過(guò)對(duì)交通、建筑、工廠(chǎng)、園區(qū)、村鎮(zhèn)進(jìn)行系統(tǒng)整合設(shè)計(jì)，因地制宜，利用可再生能源、天然氣、余熱等低碳能源的網(wǎng)絡(luò)滿(mǎn)足能源增量的需求。其二，物流業(yè)的智能化節(jié)能潛力有待挖掘，如一個(gè)定位服務(wù)功能的貨運(yùn)及物流手機(jī)軟件，可使當(dāng)前高達(dá)40%的貨車(chē)空駛率減半，每年可減排100兆噸CO2。

儲(chǔ)能技術(shù)推動(dòng)能源低碳化

中國(guó)石油石化：能源科技革命帶來(lái)用能方式的根本變化，從而對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)提出很高要求。在您看來(lái)，如何通過(guò)發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源利用的低碳化、高效化？

鄉(xiāng)級(jí)土地利用規(guī)劃圖數(shù)據(jù)庫(kù)按鄉(xiāng)鎮(zhèn)范圍進(jìn)行存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)庫(kù)中包含各類(lèi)圖形要素，圖層較多，用傳統(tǒng)裁切方式需要耗費(fèi)大量時(shí)間，運(yùn)用Python編寫(xiě)批處理程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)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(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及所有圖層要素，按照現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)新建各鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)據(jù)庫(kù)；然后，調(diào)用ArcGIS軟件中Clip工具模塊對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中所有數(shù)據(jù)進(jìn)行裁切，對(duì)裁切后的圖層要素進(jìn)行重命名和保存。具體批處理程序如下：

杜祥琬：各國(guó)都在著力于儲(chǔ)能技術(shù)的創(chuàng)新，高能量密度儲(chǔ)能技術(shù)可能是一個(gè)顛覆性的技術(shù)領(lǐng)域。它將與間歇性可再生能源配合，使其規(guī)?；咝Оl(fā)展；它將使電動(dòng)汽車(chē)更為輕量和小型，并實(shí)現(xiàn)對(duì)石油的替代。它還可以把夜間不用的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，供白天使用，使智能電力系統(tǒng)節(jié)能提效，并可應(yīng)用于智能小區(qū)的管理。

儲(chǔ)能技術(shù)分為化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)和物理儲(chǔ)能技術(shù)。

●供圖/CFP

化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新非?；钴S，主要和新材料和新工藝有關(guān)。以色列研制的空氣鋰電池比鋰-鎂電池的儲(chǔ)電量提高8倍，而西班牙的石墨烯電池儲(chǔ)電量又比空氣鋰電池高出5倍。操控和設(shè)計(jì)納米材料的能力推動(dòng)儲(chǔ)能創(chuàng)新方面，美國(guó)斯坦福大學(xué)研究出“不會(huì)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(chǔ)能和智能儲(chǔ)能（由電池組和功率檢測(cè)器及電腦組成）、纖維狀超級(jí)電容器、無(wú)線(xiàn)電磁充電技術(shù)也在發(fā)展中。未來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)將可以脫離充電樁，而依靠電磁波進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電。

物理儲(chǔ)能技術(shù)包括抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、相變儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能和制氫儲(chǔ)能技術(shù)等，目前都有新的進(jìn)展。

中國(guó)石油石化：據(jù)您了解，在能源科技創(chuàng)新低碳化大潮中，低碳能源技術(shù)有哪些前沿創(chuàng)新和突破？

杜祥琬：為提高低碳能源競(jìng)爭(zhēng)力，需著力發(fā)展與低碳能源技術(shù)相關(guān)的新材料、新工藝、新概念、新技術(shù)。目前，儲(chǔ)能、可再生能源和核能技術(shù)等都屬創(chuàng)新比較活躍的領(lǐng)域。

●風(fēng)能在構(gòu)建綠色、低碳、高效、安全的新能源體系中擔(dān)當(dāng)重要角色。

例如，可再生能源技術(shù)中的前沿領(lǐng)域太陽(yáng)能電池。現(xiàn)在的太陽(yáng)能電池仍然需要大量使用硅，包括高純度的多晶硅、單晶硅?，F(xiàn)已研制出硅基的柔性薄膜太陽(yáng)能電池；CIGS薄膜太陽(yáng)能電池；非硅（聚合物）的超輕超薄的柔性太陽(yáng)能電池，以高功率/重量比為特征；硅與半導(dǎo)體聯(lián)姻的太陽(yáng)能電池，轉(zhuǎn)換效率在實(shí)驗(yàn)室里可達(dá)40%～50%；全天候太陽(yáng)能電池，在下雨的時(shí)候仍能發(fā)電，等等。在應(yīng)用形式上，太陽(yáng)能電池技術(shù)也有創(chuàng)新，如太陽(yáng)能電池能量墻（Power Wall）和屋頂，能與我們居住的房子相結(jié)合，把建筑物變?yōu)槟茉吹南捏w和生產(chǎn)者，自己發(fā)電自己用。美國(guó)的一項(xiàng)研究顯示，若在4000萬(wàn)個(gè)屋頂安裝太陽(yáng)能電池，容量可達(dá)400GW。此外，太陽(yáng)能直接熱利用也有新的發(fā)展空間，如太陽(yáng)能熱水器。

核能是一個(gè)科技含量高的領(lǐng)域，需要關(guān)注目前在全球?qū)嶋H應(yīng)用的核裂變發(fā)電。先進(jìn)安全的核能技術(shù)包括：產(chǎn)業(yè)鏈下端核廢物的減量技術(shù)、嬗變技術(shù)及最終安全、環(huán)境友好的處置技術(shù)。很多國(guó)家在這方面的努力很有成效，如瑞典的核廢料最終地下儲(chǔ)存做得非常精細(xì)；更先進(jìn)的堆形（含第四代堆、小型模塊型堆）的研究；產(chǎn)業(yè)鏈前端即燃料，包括非常規(guī)鈾資源勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)和從海/湖水中提取鈾的技術(shù)等。目前美國(guó)和日本已具備了上述技術(shù)，我國(guó)也在973計(jì)劃中做了相應(yīng)安排。為了實(shí)現(xiàn)受控核聚變，國(guó)際上正在合作進(jìn)行磁約束核聚變（ITER實(shí)驗(yàn)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(lì)核聚變新概念的研究。

能源是一個(gè)多學(xué)科交叉的應(yīng)用領(lǐng)域。其創(chuàng)新發(fā)展與材料科學(xué)、生物技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展關(guān)系密切，故需加強(qiáng)基礎(chǔ)研究。同時(shí)，新能源科技的突破也有難度和不確定性。

油氣科技創(chuàng)新促能源低碳化

中國(guó)石油石化：我國(guó)《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016-2030年）》明確了包括“非常規(guī)油氣和深層、深海油氣開(kāi)發(fā)技術(shù)創(chuàng)新”等重點(diǎn)任務(wù)。在您看來(lái)，我國(guó)油氣領(lǐng)域的能源科技創(chuàng)新包含哪些主要內(nèi)容？

杜祥琬：首先是非常規(guī)和深海油氣資源開(kāi)發(fā)和利用技術(shù)。一、油氣勘探的多維地震技術(shù)、可控源電磁測(cè)量技術(shù)；二、油氣開(kāi)發(fā)的全自動(dòng)鉆井操作技術(shù)；三、頁(yè)巖油氣的地質(zhì)理論及勘探技術(shù)；四、頁(yè)巖氣開(kāi)采的水力壓裂技術(shù)；五、煤層氣開(kāi)發(fā)和動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)技術(shù)；六、深海油、氣（包括非常規(guī)油氣）的資源勘探、開(kāi)發(fā)和利用技術(shù)；七、可燃冰（天然氣水合物）的探測(cè)和安全開(kāi)采技術(shù)。在非常規(guī)氣中，煤層氣和頁(yè)巖氣是我國(guó)比較現(xiàn)實(shí)的選擇，可燃冰是儲(chǔ)量較大的非常規(guī)天然氣。

其次是煉化轉(zhuǎn)型升級(jí)和促進(jìn)成品油質(zhì)量提升技術(shù)。此外，提高油氣儲(chǔ)備和調(diào)峰能力技術(shù)，等等。

中國(guó)石油石化：油氣領(lǐng)域的能源科技創(chuàng)新對(duì)我國(guó)能源科技革命的重要意義何在？

杜祥琬：我國(guó)石油的對(duì)外依存度已經(jīng)超過(guò)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(xù)使用，但要減少比例并降低污染和排放。因此，油氣科技創(chuàng)新對(duì)我國(guó)能源科技革命和能源發(fā)展低碳化具有重要意義。

首先，發(fā)展低碳技術(shù)，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(shù)和CO2生物轉(zhuǎn)化利用技術(shù)等。目前，CCUS已在初步試用，但離規(guī)?；虡I(yè)利用尚遠(yuǎn)；CCS地下封存處于試驗(yàn)階段。在減少汽車(chē)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(jìn)步，而且仍有發(fā)展?jié)摿Α?/p>

其次，發(fā)展石油的四種替代技術(shù)。石油畢竟比較高碳和高污染，未來(lái)可用電、生物油氣、氫和太陽(yáng)能來(lái)替代。世界第一架太陽(yáng)能飛機(jī)已經(jīng)誕生，電動(dòng)汽車(chē)也實(shí)現(xiàn)了自己發(fā)電、自己儲(chǔ)能和自己用能，未來(lái)還將有更大程度的發(fā)展。

再次，發(fā)展天然氣熱、電、冷三聯(lián)供技術(shù)。我國(guó)開(kāi)展石油和天然氣能源技術(shù)創(chuàng)新還面臨投資、金融傾斜和政策扶持等一系列問(wèn)題有待解決。

責(zé)任編輯：石杏茹

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