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New trends in energy technology development (necessary and inevitable)

Published on: September 6, 2015

能源是人类社会发展的基石和动力。人类对能源的需求牵引着能源技术的革新与革命,而能源技术的革新与革命又影响着人类的生产模式、生活方式和社会管理,促进人类社会发展。当前,世界能源发展日益呈现出多元化、低碳化、智能化和分布式等特征。据专家们预测,未来全球能源消费结构中的化石能源将在2030年左右达到顶峰,而太阳能、风能、地热能、现代生物质能的占比将不断增加,并在2100年能源消费总量中的占比或将超过60%。为此,世界各主要国家纷纷调整能源战略,竞相争占能源科技这一新的战略制高点,以争取掌握在未来竞争中的主动权。

当今世界,能源的种类有很多,以大类划分可将一次能源分为化石能源、可再生能源、核能等,而每一类又包含了各种能源,如化石能源包含煤、石油、天然气、页岩气和天然气水合物等;可再生能源包含太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能和水能等;核能可分为裂变能和聚变能等。能源只有转化为能量才能做功、才能发挥作用,所以从能源转化的角度考虑,又可将能源分为两大类,一类在转化过程中通过消耗自身产生能量,例如煤、石油、天然气、生物质能和核能等,这类物质被称为自耗型能源。自耗型能源的研究内容主要以勘探、开采和转化工艺、过程为主,以高效和低排放为目标。另一类在转化为能量的过程中自身没有消耗,但需要能量转换的载体,例如太阳能、风能、地热能和海洋能等可再生能源,这类物质被称为他耗型能源。他耗型能源的研究内容主要以能量的收集与转换载体为主,以高效收集与转换为目标。由于生产载体的过程需要耗材、耗能,也会产生环境问题,因此从广义上看,可再生能源转换为能量的过程也具有不可再生性。所以,对于他耗型能源来说,能量收集与转换载体的生产工艺、原料的可持续性、废物再生利用以及环境性和生态性等都是未来能源科技发展中要解决的重大问题。

能源领域具有自身的特点和规律,这是能源科技发展的重要遵循。其一,能源领域投资大、周期长、惯性强。具体表现在研发投资大、工程建设投资大;研发周期长、工程建设周期长;能源技术应用的惯性强,一旦某种能源技术投入实际应用,将持续几十年甚至上百年。所以,能源科技发展必须面向未来,进行创新驱动,绝不能急功近利。否则,落后将意味着在几十年内受制于人,无论从经济上还是战略上都处于被动局面。其二,能源既具有经济属性,又具有战略属性和环境属性。所以,能源科技的发展必须兼顾这三种属性。从能源的经济属性出发,能源科技的重点应考虑成本、效率和附加值等,要以实现应用和产业化为目标;从能源的战略属性出发,能源科技就应重点考虑技术的先进性和创新性,要以技术储备和资源储备为目标,而成本和产业化就是次要的了;从能源的环境属性出发,应将有机废物的能源化利用作为重要的研究方向。因此,制定能源科技发展战略和规划时应将这三者进行不同定位、区别对待。这是未来能源科技发展的重要趋势。

遵循能源领域的特点和规律,能源科技发展应明确时空定位,适应本国国情,聚焦需求目标,实施创新驱动。就我国而言,面向今后5年,应以生态文明建设、低碳发展、美丽乡村建设、城镇化发展、节能生态智慧城市建设等重大需求为牵引,选择一批较成熟的节能和清洁能源技术,重点开展系统集成、优化以及实用化的研发工作,以尽快推广应用,如各种先进的工业节能技术、节能生态智能建筑技术、高效清洁煤利用技术等。面向未来20年(至2035年),应通过重大工程实施,示范实验一批已有一定积累的先进能源技术,如规模化的可再生能源利用技术、大型电力储能技术、轨道交通和纯电动车技术、页岩气开采与利用技术、特高压输电技术、新型核电技术和核废料处理技术等。面向未来35年(至2050年),应通过科技重大专项的设置,集中攻关一批核心技术,如太阳能、风能转换新原理与新技术,集收集、储能、发电于一体的光伏材料体系,能源植物(现代生物质能)的选育与种植技术,海底与冻土天然气水合物开发与利用技术,可控热核聚变示范堆技术等。

我国的能源科技发展要遵循能源领域的特点和规律,综合考虑能源的不同属性。为了解决现实问题、满足经济社会发展需求,可以采用引进、消化、吸收、再创新的模式,以尽快缩短与国际先进水平的差距。但从战略需要出发,还必须进行能源科技的自主创新、工程示范、推广应用,而不能只拘泥于成本和产业化,以避免出现从“能源匮乏”变为“技术匮乏”。

(作者为中国工程院院士)
 
Original title: 能源科技发展新趋势(势所必然)
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