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2020 能源转型 破局前行
发布日期:2020-12-30 来源:​ 中国科学报
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2020年,新冠肺炎疫情冲击给全球能源供需一记重创。但有阴影处必定有光,中国能源转型的步伐也因这场危机而加快。这一年,政策不断完善、技术持续突破、项目接连落地,共同推动能源产业披荆斩棘、化危为机。值此辞旧迎新之际,让我们梳理这一年能源领域具有突破性的进展,并从中感受新一年的风向。

新能源“风光”无限

今年能源产业最大的爆点是,中国向世界宣布了“2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”的目标。这不仅是我国积极应对气候变化的国策,也是基于科学论证的国家战略。在政策支持与技术进步的双重催化下,风电、光伏也迎来高光时刻。当前,风电、光伏逐步进入平价时代,并加速替代煤电的步伐。国家能源局表示,为完成“碳达峰”“碳中和”的远景目标,今后每年风电、光伏发电新增装机总量较“十三五”时期将大幅增长。

数据

2014~2019年,全国风电和太阳能发电合计新增规模分别为33吉瓦、48吉瓦、54吉瓦68吉瓦、65吉瓦、56吉瓦,2020年1~10月新增约46吉瓦。预计2019~2025年,可再生能源将满足99%的全球电力需求增量,到2025年,光伏在所有可再生能源新增装机中的占比将达到60%。

(来源:国家能源局、国际能源署)

进展

2月24日,我国首个海上风电柔性直流输电项目——三峡新能源江苏如东800兆瓦(H6、H10)海上风电项目正式开工建设。该项目由中国能建江苏电建三公司承建。柔性直流输电是一种以电压源换流器、绝缘栅双极晶体管和脉宽调制技术为基础的新型直流输电技术,具有可向无源网络供电,实现输电系统有功功率和无功功率的独立控制、无需额外增加无功补偿设备等优点,符合海上风力发电场长距离输电的要求,已成为海上风电场联网的首选技术。

8月28日,住房和城乡建设部、教育部、科技部、工业和信息化部、自然资源部等九部门联合发布《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》,提出加快信息技术融合发展, 推动智能光伏应用示范,促进与建筑相结合的光伏发电系统应用,提升建筑的便捷性和舒适度。该《意见》从设计、施工、信息技术的融合等多个方面,对新型建筑工业化的发展提出明确要求。业内认为,国家政策对光伏建筑一体化市场引导意向明显,将给光伏市场带来巨大变化。

12月22日,地处延安革命老区的华能陕西子长风电工程300兆瓦项目完工,并于当日全容量并网发电,该项目也是当前我国装机规模最大的山地风电项目。据了解,该风机微观选址海拔高度在1360米至1480米之间,属于典型的高原山地地貌。项目以“一机一案”的方式最终实现场内超过70台高难机位吊装,刷新了国内最大容量山地高塔风机吊装建设纪录。

点评

国家能源局新能源和可再生能源司副司长任育之:2020年,全国大部分地区光伏发电都具备了平价上网条件。目前,光伏发电全面参与电力市场,和煤电等传统能源公开竞争,还存在较大难度,但随着电力市场改革的不断深入,光伏、风电等新能源必将逐步参与电力市场,如何成功参与将是“十四五”期间行业各方必须共同研究的问题。

中国可再生能源学会风能专业委员会秘书长秦海岩:近些年,风电成本不断下降,效率不断提升。风电不仅具备技术经济性,而且占地少,不影响农田等原有土地的使用性质,是最节地的发电技术。我国中东南部地区具备平价开发的条件,完全可以大规模开发本地风能资源,实现“电从身边来”,落实中东南部地区的“碳达峰”和“碳中和”目标。

油气勘探逆势上扬

今年以来,新冠肺炎疫情给油气行业带来了前所未有的冲击。中央石油企业受经营压力的影响,勘探开发投入保障难度大增,国内油气稳定生产也面临挑战。为保障国家能源安全,推动能源高质量发展,国家发展改革委、国家能源局发布《关于做好2020年能源安全保障工作的指导意见》,积极推动国内油气稳产增产。油气勘探开发在极为不利的外部环境下取得了一批重大发现,实现逆势上扬。

数据

今年1~10月份,我国原油累计产量1.62亿吨,同比增长1.5%;天然气累计产量1509亿立方米,同比增长8.2%。预计全年生产原油1.935亿吨、天然气1860亿立方米以上,超额完成年度目标任务。(来源:国家能源局)

进展

3月18日,中国海油在渤海莱州湾北部地区发现大型油田——垦利6-1油田,这是继千亿方大气田渤中19-6之后,渤海地区获得的又一重要油气发现。经证实,垦利6-1油田具有储量规模大、油品性质好、测试产能高的特点。截至目前,垦利6-1油田石油探明地质储量已超过1亿吨,标志着该油田成为我国渤海莱州湾北部地区首个亿吨级大型油田。

3月26日,自然资源部宣布,我国海域可燃冰第二轮试采取得圆满成功。本次是全球首次利用水平井技术,在水深1225米的南海神狐海域,成功从海底以下237至304米开采出天然气。此举创造出产气总量最大、日均产气量最高两项世界纪录,并攻克了深海浅软地层水平井钻采的世界性难题。

11月20日,中国石化东胜气田新7井取得勘探新突破。技术人员针对该井储层层间跨度大、目的层砂体厚度大、隔层薄等困难,采用变排量控缝高压裂技术和机械分压合试工艺,有效地提高了增产效果,测试日产气3.2万方。该井的成功,为后续此类储层改造提供了技术指导,也为东胜气田新召区块高效勘探奠定基础。

12月27日,中国石油长庆油田生产指挥中心数字化显示屏上,油气生产曲线跨上6000万吨高点,达到6000.08万吨。其中生产原油2451.8万吨、生产天然气445.31亿立方米。至此,中国石油工业新的里程碑诞生,标志着我国建成了年产油气当量6000万吨级特大型油气田。

点评

中国科学院院士金之钧:油气同粮食、水一样,已经成为人类生活必需品,是涉及国家安全的战略物资。保障国家油气安全,不能光靠进口,立足国内加大勘探开发力度,将是国家战略层面的一项重要任务。未来,3500米以深的海相深层页岩气和陆相页岩油将是中国油气勘探的重点突破领域,低成本技术也将成为整个石油工业科技进步的重要方向。

中国科学院院士贾承造:目前,我国油气勘探开发正站在新的十字路口,一是能源安全的挑战,二是碳中和的挑战。能源转型应该科学转型,从油气过渡到新能源时代、从高碳转为低碳都需要一个过程,不可能一蹴而就。未来,我国还需要构建新的石油地质学理论体系,为关键时期的中国非常规油气勘探开发探索出一条更科学的道路。

氢能扛起减排重担

氢能被认为是解决人类能源危机和环境污染的终极方案,但因为技术和安全等问题,一直很难实现商业化。但在今年,氢能经济初现曙光。尤其是从下半年开始,随着“氢燃料电池行业第一股”亿华通科创板上市,国家燃料电池汽车“以奖代补”政策及各地方氢能产业发展规划、指导意见等密集出台,氢能产业开始进入爆发期。目前,国内已形成京津冀、华东、华南、华中四大氢能产业集群,覆盖了氢能的制氢、储运及应用等领域。氢能成为能源转型不可或缺的一环。

数据

2019年,我国燃料电池汽车产销量分别为2833辆、2737辆,同比增长85.5%、79.2%。2020年上半年因新冠肺炎疫情导致产销量有所下降。截至2020年6月,我国燃料电池汽车累计销售超过6000辆。预计到2050年,中国氢能占终端能源消费比例达10%,氢燃料电池汽车保有量3000万辆,氢气需求量6000万吨,进入氢能社会。

(来源:中国汽车工业协会、《中国氢能产业发展报告(2020)》)

进展

6月30日,国家能源局综合司正式发布《关于能源领域“科技助力经济2020”重点专项拟立项项目的公示》,其中有两大氢能项目被列入十大重点专项。项目分别为高性能长寿命燃料电池膜电极研发及氢能重载车辆示范应用、三北地区风光基地与氢储能高比例耦合技术及产业推广。

7月28日,我国首套国产化50万吨/年中低温煤焦油STRONG沸腾床加氢裂化装置在陕西神木开车成功。该装置完全采用中国石化大连石油化工研究院自主研发的“煤焦油STRONG沸腾床加氢技术”,可提高液体收率15%以上。与此同时,该装置在国际上首次实现微球型催化剂连续化工业生产,攻克了金属脱除、胶质和沥青质加氢全转化及装置长周期运行等业界难题,有力助推我国煤焦油加氢行业提质增效和转型升级。

10月15日,由中科院大连化学物理研究所主导研发的“千吨级液态太阳燃料合成示范项目”在兰州新区通过科技成果鉴定。该项目利用太阳能等可再生能源产生的电力,通过电解水生产“绿色”氢能,并将二氧化碳加氢转化为甲醇等液体燃料,其电解水制氢和二氧化碳加氢制甲醇两项关键核心技术均取得创新突破。鉴定委员会专家一致认为,该项目集成创新了液态太阳燃料合成全流程工艺装置,具有完全自主知识产权,整体技术处于国际领先。

点评

中国工程院院士衣宝廉:我国能源特点是富煤、贫油、少气,每年需要大量进口石油和天然气,为实现低碳减排,提高能源安全,需大力发展可再生能源。利用风能、太阳能和水力发电,选择氢做能源载体,电解水制氢,消除可再生能源发展的天花板,为实现“碳达峰”和“碳中和”保驾护航。

中国工业经济联合会会长李毅中:现有的制氢方法有两种,一是化石能源制氢;二是电解水制氢。根据制氢过程中是否伴随二氧化碳排放,本人认为“灰氢不可取、蓝氢方可用、废氢可回收、绿氢是方向”。目前,破解制氢难题首先要有合理务实的规划设计和标准;其次要抓紧实施二氧化碳捕集、封存和利用研发攻关和产业化;最后要开展工业含氢尾气中氢的回收、提纯和利用。

核能定位愈发明确

今年,我国核电不惧疫情冲击,稳如泰山。全国核电运行状况持续向好,前三季度累计利用小时连续第四年实现增长。目前,中国已跻身世界核电大国行列,成功实现了由“二代”向“三代”的技术跨越,形成了涵盖铀资源开发、核燃料供应、工程设计与研发、运行维护和放射性废物处理处置等完整先进的核电产业链和保障能力。《中国核能发展报告(2020)》指出,“十四五”及中长期,核能在我国清洁能源低碳系统中的定位将更加明确,作用将更加凸显,核电建设有望按照每年6~8 台持续稳步推进。

数据

预计到今年年底,我国在运核电机组达到51 台,总装机容量5200万千瓦,在建核电机组 17 台以上,装机容量1900万千瓦以上;到2025年,在运核电装机达到7000万千瓦,在建3000万千瓦;到2035年,在运和在建核电装机容量合计将达到2亿千瓦。

(来源:《中国核能发展报告(2020)》)

进展

8月5日,中科院公布了“率先行动”计划第一阶段重大科技成果及标志性进展,“加速器驱动先进核能系统原理验证及关键技术重大突破”榜上有名。主加速器原理样机集成了两大技术路线——中科院高能物理研究所研发的基于轮辐型超导腔的注入器I,质子束能量达10.67兆电子伏、脉冲流强达10.6毫安;中科院近代物理研究所研发的基于半波长超导腔的注入器Ⅱ,质子束能量达10.06兆电子伏、脉冲流强达11.7毫安。这两条技术路线研制出的样机,均达到国际领先水平。

11月27日,华龙一号全球首堆——中核集团福清核电5号机组首次并网成功,创造了全球第三代核电首堆建设的最佳业绩。这标志着中国打破了国外核电技术垄断,正式进入核电技术先进国家行列,这对我国实现由核电大国向核电强国的跨越具有重要意义,同时也进一步增强了“一带一路”沿线国家对华龙一号的信心。

12月4日,新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置(HL-2M)在成都建成并实现首次放电。该项目由中国核工业集团西南物理研究院自主设计建造,是中国目前规模最大、参数最高的先进托卡马克装置。首次放电也标志着中国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造、运行技术,为我国核聚变堆的自主设计与建造打下坚实基础。

点评

中国能源研究会副理事长谭建生:核电虽然能够助力实现“碳中和”,但其发展要防止陷入片面、追求技术迭代等误区,要尽量保证核电建设节奏稳定,重视保护核电厂址资源,科学处理核电经济运行与参与电力市场竞争的关系。

中国核电党委副书记杜运斌:核电是一种清洁能源。1千克铀—235释放的能量相当于燃烧2700吨标准煤。过去30年里,中国核电一共发电超过一万亿度,相当于减少燃烧标准煤3亿吨,植树造林288万公顷。中国要实现2030年“碳达峰”、2060年“碳中和”目标,核电是重要的生力军。中国核电人对清洁能源事业是责无旁贷的。

储能应用百花齐放

储能是电能存储的媒介,也是能源革命的刚需。今年,随着新能源产业迎来新一轮爆发,储能技术不断取得突破,相关政策也密集出台。《关于做好2020年能源安全保障工作的指导意见》提出,推动储能技术应用,鼓励电源侧、电网侧和用户侧储能应用;《关于开展“风光水火储一体化”“源网荷储一体化”的指导意见(征求意见稿)》提出,探索实施路径,提升能源清洁利用水平和电力系统运行效率。一系列政策推动储能技术从研发示范向大规模应用转变。

数据

保守预计,2020年国内电化学装机规模达到2.73吉瓦,到2024年累计装机达到15.53吉瓦, 年化复合装机增速55%;乐观场景下,2020年累计装机达到3.1吉瓦,2024年累计装机达到 23.8吉瓦,年化复合装机增速65%。

(来源:中关村储能产业技术联盟)

进展

6月15日,《自然—材料》发布了西安交通大学的一项研究成果。该校电信学部徐卓、李飞课题组基于钙钛矿晶体电致伸缩效应的各向异性特点,提出了一种新的设计思路,即通过控制晶粒取向,降低陶瓷电容器在强场下所产生的应变和应力,避免微裂纹和拉伸应力所导致的陶瓷击穿,从而提高其击穿电场强度和储能密度,获得目前已知陶瓷电容器的最高值。

7月21日,中科院工程热物理研究所完成100兆瓦先进压缩空气储能系统膨胀机的集成测试,各项结果全部合格,达到或超过设计指标。这一进展也是研制国际首台100兆瓦先进压缩空气储能系统样机的重要一步。据介绍,样机建成后,额定效率将达到70%左右。示范项目建成后,将成为国际上效率最高、技术最先进的百兆瓦级压缩空气储能电站。

10月9日,《科学》发布一项成果,由中国科学技术大学教授季恒星研究组与合作者全新设计出一种新型锂电池电极材料——黑磷复合材料。使用该电极材料,电池充电9分钟即可恢复约80%的电量、2000次循环后仍可保持90%的容量。该材料也使得制备兼具高容量、快速充电能力且长寿命的锂电池成为可能。

点评

中国科学院院士欧阳明高:光伏、风电目前的技术可行性完全可以满足大规模应用的要求,当前的瓶颈就是储能如何实现商业化。未来,大规模储能有两条主流道路,一条是基于电池的分布式短周期电化学储能;另一条是基于氢能的集中式长周期储能,通过发展电解水制氢,消纳西北地区大规模可再生能源基地富余的风电、光伏能源。

中国科学院工程热物理研究所副所长陈海生:短期来看,有必要出台过渡政策以支持可再生能源与储能协同发展。研究储能配额机制,提高“绿色电力”认定权重。从长远看,在度电成本高于传统火电成本的情况下,应建立价格补偿机制,实现“绿色价值”的成本疏导。


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