助推“能源革命”靠“两条腿”走路

能源是人类社会生存和发展的三大支柱之一，是中国现代化的基础和动力。中国已成为世界上最大的能源生产国和消费国，但长期以来，“富煤少油少气”一直是自然资源禀赋的特征，这导致中国能源供应安全压力加大，能源资源约束加大，生态环境问题突出。

加快建设清洁、高效、安全、可持续的新能源体系，对于中国夺取新能源革命的战略制高点，维护国家长远利益具有重要意义。

近日，在“中国科学院大连化学物理研究所发展战略研讨会暨70周年纪念会”上，近百名能源化工领域的专家学者和企业界代表聚焦创新能源科技创新和产业发展，为新能源体系建设提供建议。

清洁高效利用化石能源是关键

“尽管非化石能源总量明显增加，但以煤炭为主的化石资源仍将是未来一段时期的主要资源。”中国工程院院士、中科院大连化学物理研究所所长刘说。

国家统计局的数据可以证实这一论断。2018年全年能源消费总量为46.4亿吨标准煤，比上年增长3.3%。煤炭消耗占总能耗的59%。天然气、水电、核电、风电等清洁能源消耗占总能耗的22.1%，可再生能源发电装机容量达到7.28亿千瓦，同比增长12%。此外，对外国原油的依赖从2010年的53.8%飙升至2018年的71%，天然气也升至43.9%。

然而，这种以化石能源为主的能源消费结构带来了许多弊端。一方面，石油和天然气资源对国外进口的高度依赖严重威胁着中国能源供应的安全；

另一方面，化石能源的大规模开发利用排放了大量的二氧化硫、氮氧化物、烟尘等污染物，导致了生态环境的恶化。大范围高强度的霾天气迫使能量转化。此外，高碳化石能源的消耗也导致二氧化碳等大量温室气体的排放，给减排带来巨大压力。

在当前形势下，煤炭资源仍然非常重要。推进以煤为代表的化石能源高效清洁利用，实现绿色低碳发展是能源转型的关键。

煤化工的清洁利用主要分为两个方面，并形成了一些核心技术。目前，正处于完成工业示范和大规模推广应用的有利时期。一方面，化学生产是通过高效转化实现的。如发展以煤为原料的现代煤化工，通过气化、液化、新焦化等方式生产石油产品，以石油替代大宗化工产品等，刘团队在煤制甲醇和煤制乙醇技术方面取得了一批创新成果，实现了产业化。

9月15日，中科院院士、大连化工研究院研究员鲍新河团队与陕西延长石油(集团)有限公司成功进行了煤制合成气直接生产低碳烯烃的工业试验，为中国进一步摆脱对原油进口的依赖，实现煤的清洁利用提供了一条全新的技术路线。

另一方面，煤化工的清洁燃烧是通过煤燃烧和催化转化过程中的技术创新实现的。目前，中国燃煤发电净效率已超过50%，燃煤电耗和污染排放控制达到世界领先水平。

中国科学院院士、华东师范大学终身教授何明远从“绿色碳科学”的概念出发，提出解决化石能源利用中碳循环严重失衡的问题。他说，当化石能源的加工和利用产生二氧化碳时，可以通过化学循环或生态循环将其转化为燃料和化学品，以尽可能接近碳循环的平衡。

“二氧化碳的集中排放必须以工业方式解决。中国的“二氧化碳化学工业”研究正引领世界朝着二氧化碳资源利用的正确方向前进。”何明远说道。

可再生能源成为主攻方向

目前，世界能源结构正处于从高碳向低碳、向无碳过渡的时期。在世界各地，风能、太阳能和生物燃料等可再生能源技术的研究和开发十分活跃。主要发达国家和地区纷纷提出海上风电发展战略，以加快海上风能产业的发展。深化光伏发电产业链布局创新。此外，在纤维素乙醇和藻类生物燃料等生物能源技术领域取得了重要进展。

如果说化石能源的清洁利用是我国能源转型过程中的“一条腿”，那么新能源和可再生能源就是不可忽视的“另一条腿”。优化我国能源结构是主要方向。中国的“能源生产和消费革命战略(2016-2030)”指出，到2030年和2050年，非化石能源的比例将达到20%和50%，要实现这一目标还有很长的路要走。

“可再生能源的发展势不可挡，也是世界各国倡导和重视的方向。可再生能源已经逐渐取代化石能源成为一种必然趋势。”中国科学院院士、大连化学研究所研究员李灿说。

他建议加快发展太阳能燃料技术。在李灿看来，中国拥有丰富的可再生能源，尤其是西部大部分地区的光伏和风力发电。其中，西南地区可以大力开发利用水电，沿海地区拥有丰富的风力资源。这些可再生能源的区域分布符合中国区域经济的能源需求。如果将这些可再生能源中的一部分转化为太阳能燃料，同时解决能源储存问题，通过智能电网合理配置可再生能源，可以满足多样化的市场需求，电能和化学能的优化互补可以大大缓解中国高度依赖外国石油(化石燃料)的国家能源安全问题，这将成为中国能源问题和环境生态问题的解决方案。

此外，氢能和甲醇燃料也在世界范围内形成新一轮的发展热点，特别是燃料电池作为应用工具正在许多领域商业化。

中国南方科技大学清洁能源研究所所长虫火谷说:“如果你掌握了氢能的平衡，你就掌握了能源的核心。”他指出，氢燃料电池的未来在于液态甲醇。目前，甲醇制氢的成本已大大降低，完全满足工业化条件。“全球甲醇供应几乎没有问题，它为从化石能源向可再生能源的转化提供了一条成本最低的途径。”

然而，在燃料电池的应用和推广过程中，仍然存在许多挑战。我国的研究机构和企业在基础研究和应用研究方面进行了规划和投资。

构建新能源系统的顶层设计

能源转换应坚持化石能源和可再生能源的“两条腿”齐头并进，相辅相成。在刘看来，要实现建设清洁、低碳、安全、高效能源系统的战略目标，还必须从能源系统的顶层设计入手，以能源技术创新为先导。

“无论是煤炭、石油和天然气等化石能源，还是可再生能源和核能等新能源，其目的都是为用户提供电力、热能、石油和化学品。尽管他们有相同的目标，但他们没有“相似项目的合并”。能量结构中的每个系统都是相对独立的，并不构成一个完整的能量系统。整体效率不高。”刘对说道。

的确，多能源的整合和互补是能源转换的发展趋势。有专家指出，为了应对全球能源危机，突破中国能源困境，创建新的能源局，有必要借助国家能源科技创新团队的力量，将分散的、偶然的、战术性的创新转化为系统的、必然的、战略性的创新，更好更快地把中国建设成为能源强国。美国、德国等发达国家已经开始探索建筑设计的集成化、智能化和多功能一体化系统。

目前，中国科学院大连化学研究所正在牵头筹建清洁能源创新研究所，推动能源领域国家实验室建设，探索建立创新链、产业链、资金链和政策链相互交织、相互支撑的全链创新体系。

“要充分发挥国家系统优势，突破能源领域壁垒，突破高效催化、低碳制氢、大规模储能等一批战略核心技术，抢占能源技术战略制高点，实现化石能源、可再生能源、核能低碳战略的整合与发展。”刘对说道。