周屈兰：双碳背景下热电能源发展趋势

西安交通大学能源与动力工程学院教授、博士生导师周屈兰在“智能调控 自动运行”2023热电能源智能化发展论坛上发表题为《双碳背景下热电能源发展趋势》的演讲，他表示，双碳背景下，立足我国富煤、贫油、少气的能源资源结构现状，热电能源的发展将逐渐转向清洁化、智能化、低碳化、综合化和网络化方向，以适应未来能源发展的需求。

以下为主题演讲文字版，略有删减。

党的十八大以来，党中央高度关注和着力解决我们国家的能源问题，能源安全问题，因此制定了适应中国未来发展特色的绿色能源发展道路。

从2023年的统计数据来看，我国的能源发展非常快速，尤其是清洁能源。在相当长的时间内煤炭的比重会逐步降低，但煤炭的主体能源地位短期仍然难以改变。以煤炭为主体兜底的地位，至少六年以内是不会动摇的。根据国家统计数据，2022年能源供应数据可以看到，火电装机容量仍然在增长，增长了2.7%，水电增长5.8%，核电增长4.3%，当然风电和光电可再生能源增长是最快的，说明我们国家在双碳减碳方面，从电力布局方面做了很多的工作，火电之外发电电量也增长了8.5%，发电量增长对应着国家经济的增长。

2022年全社会用电量增长3.6%，所以电力行业仍然是蓬勃发展的局面。高技术和装备制造业全年用电量增长2.8%，电气机械、医药制造业，计算机、通信和其他电子设备制造业全年用电量增速超过5%，新能源整车制造用电量大幅增长71.1%，四大高载能行业全年用电量同比增长0.3%，尤其是新能源汽车整车制造增长非常之快。

中国能源安全现状，新能源开发利用技术成本高，产业技术创新管理体制相对滞后。全球地缘政治、经济、科技、治理体系等正经历深刻变化，能源局势更加错综复杂。缺乏统一协调机制体制，存在能源系统利益再分配不均问题，并且电网基建缺乏弹性，新能源发电补贴存在较大缺口。我国传统能源以及热电行业仍然有很大的发展空间。另外，我们要推动绿色发展，加快绿色发展方式的转型，深入推进环境污染治理，提升生态多样性、稳定性和持续性，积极稳妥推进碳达峰碳中和。在发展的大趋势下，热电行业如何对自己进行定位，这是我们可以进行探讨和思考的。

要实现能源和电力系统低碳转型，有一些重大问题是需要集中全国力量集来解决的，包括科学确定煤电发展定位，拓展新能源发展模式和多元化利用，构建多元化清洁能源供应体系，务实解决电力平衡与供应保障问题。

煤电与非化石能源并非简单的此消彼涨，而是互相协调、互补发展的问题，因此解决好煤电发展是我国稳妥实现电力低碳转型的关键。煤电由电量主体转变为容量主体，在新能源发展过程中腾出电量空间的同时，也提供灵活调节能力以确保能源供给安全，这是目前现阶段煤电大的布局。合理应用这些优质存量资产，科学谋划煤电退出路径，协调好煤电与可再生能源的发展节奏，防止煤电大规模过快退出影响电力供应的安全是现阶段煤电重要的措施。从国家目前的规划来讲，到2060年碳中和之前，煤电大致上要经历三个发展阶段，增容控量，控容减量，减容减量。其中煤电的技术也根据技术水平和状态分成三大类，黄色是灵活调节机组，而灰色部分是应急备用机组，平时完全是关停状态，一旦公司发生缺电现象，灰色备用机组是要顶上的，蓝色是近零脱碳机组，如果我国在煤电的零碳技术上实现了突破，那蓝色的零碳煤电机组是可以永久性运行的，当然这个就跟碳捕集和碳利用技术结合起来，一旦煤电解决了零排放，煤电是可以永久性使用的，这也是热电行业重要的发展方向。

现在煤电仍然占据了发电总量的60%以上，但是在2060年实现碳中和的时候，从柱子颜色可以看到，由煤电为主变成多种能源均衡发展的状态，这是未来的发展趋势。这也要妥善解决煤电市场供需秩序和价格等问题，所以必须推动能源消费革命，抑制不合理能源消费，推动能源供给革命，建立多元供应体系，推动能源技术革命带动产业升级，推动能源体制革命打通能源发展的快车道。

这里包括未来发展的重点，比如说加大油气资源勘探开发和增储上产的力度。大家必须注意到，替代煤资源，油气开发是很大的一块。另外加强能源产供储销体系的建设确保能源安全以及市场和金融体制配合。

另外，我国的碳达峰和碳中和面临着具体的现状和数据给大家分享一下。重点看一些数据，从化石燃料来说，虽然煤炭石油和天然气都是化石燃料，但是碳排放强度差异是很大的，可以看到在同样热量产出的情况下，一吨石油是三吨二氧化碳排放，对应的标准煤是3.8-3.9吨，而天然气只有2吨，所以天然气作为化石燃料中的一种，其实它的碳排放强度是煤的接近一半。在未来所有碳减排的技术路线当中，天然气将成为一个重要的过渡性能源，所以对天然气的开发和利用成为未来热电发展特别重要的方向。

当然中国“双碳”目标提的这么大是有客观原因的，因为我国在2006年以后确实是二氧化碳排放第一大国，目前二氧化碳排放其实已经达到了美国欧盟和日本的总和，所以我国领导人在国际会议上还是承受了比较大的压力。

我国2000年以后经济高速发展，使得碳排放大幅度增加，而其他西方国家，像美国，欧盟，俄罗斯，日本大部分都已经渡过了碳排放的顶峰，碳达峰很多都达到了。美国碳排放相比欧盟高了挺多，但是美国和欧盟在普通经济体量上差不了很多。但碳排放问题也不简单是一个国家的经济和环保问题，它更是一个深层次的军事和政治问题。

当然，世界的能源分布和中国差异是很大的，全世界的能源结构油气煤差不多是一样的，但是我们中国的煤到达了58%，所以中国一个国家就影响了地球上能源使用的分布。在这个情况下，碳减排还是有很大压力的。欧盟国家和美国、日本等发达国家2050年要碳中和，而我们中国要2060年碳中和。因此中国在未来40年时间要有57.6%的煤炭，85.1%的化石能源降到碳中和的状态。

这里头碳中和主要是碳排放和碳汇的问题，碳汇既有自然植被的碳汇，也有技术性碳汇。技术性碳汇就是CCS碳捕集、CCUS碳捕集和利用。如果所有空调制冷剂都用二氧化碳，所有电厂发电供值都是用二氧化碳，采油的时候往地下注入的去油介质都是二氧化碳，能够把我们国家生成的二氧化碳消耗掉一大半，但是这个技术还需要突破和解决。

全球如果效果实现碳减排主要有两个：第一个要调整经济结构，高能耗产业要进行转型。第二个要调整能源结构，在煤炭、石油、化石包括其他能源方面的使用要进行大幅度调整。当然，现在中国作为大国是采取了多能互补的模式，化石能源，可再生能源和核能三大板块。化石能源是传统的煤油气，可再生能源包括太阳能，风能，水能生物质，核能现在核裂变是大幅度使用，核聚变也正在努力进行研发。

从此以后，煤炭和石油的消费在未来国际市场上会显著下降，但天然气需求会相对稳定，这个将是热电行业未来气电，气热和气的热电联产是未来很重要的发展趋势。另外，全球的石油需求可能已经达峰，现在增长已经不快了，而天然气需求是比较稳定的，天然气作为彻底碳中和之前全世界过渡性的低碳能源。另外，电力和氢能在能源结构当中的地位会提升，电力和氢能的去碳化将是未来一个重要的发展趋势。

另外，用可再生能源合成液体燃料，一旦取得技术突破，也将使得交通和工业不再依赖化石能源。换而言之，交通工具不一定要用电池，可以用绿色的能源发出来电人工合成燃料给它用，这也是未来很重要的发展路线。如果说人工合成燃料成功以后，那么汽车，轮船，飞机技术上可以不进行任何改变，用油就行了，而这个油不是从地底下挖出来的，而是我们用清洁能源合成出来的。当然，光伏太阳能将在未来占据能源系统的中心地位，常规火电也要从目前集和电力转化为调峰电力。

另外，可再生能源快速发展要引起大家的重视，金属的需求大幅度的上升。电动汽车的金属使用量是普通燃油车的6倍，而陆上风电的金属需求量是同等负荷天然气发电站的10倍，说白了，所谓的新能源也不是没有代价的。虽然可能减轻对石油和天然气的依赖，但会严重的加重对金属的依赖，尤其是石墨、钴、镍、锂，铜，这就使得我们在未来国际市场的资源布局要大幅度的改进。所以说任何一条技术路线都不是没有代价的，都是要进行认真的思考。

2030年非化石能源的一次消费比重要达到25%，这都是我们国家制定的目标，在未来要形成新能源产业的新机遇。2023年风电和光电已经到15%了，其实是加快了速度，这个数据还是一年多以前的规划，实际上2024年就可能超过16.5%，现在风电和光电是比原计划发展更快的。

整个世界能源结构转型，每一种能源的替代就意味着一次社会的深刻变革，尤其是天然气在2030年左右将成为全世界主导性能源，而核能将在2087年左右成为这世界性的主导性能源。但是有一个问题是我们一定要注意的，目前第三次或者第四次工业革命都认为是数字化、智能化。但我个人的观点是，第三次工业革命必须是能源革命，原因很简单，工业革命一定要实现能源供应量的数量级增长和传输方式革命性提升。原因在于人工智能是需要海量的计算和存储的，因此它有超高的能耗，为什么5G基站能耗特别高，就是信息的传递和运算本身就是一件极高能耗的事情。如果能源不能够革命，信息化和人工智能是革不了命的，没有那么多电给它用，算力不够，所以说能源革命或者技术革命才能够支撑真正第三次或者第四次的技术革命。

我们国家能源的转型是双增长单替代，也就是天然气和可再生能源的增长来替代煤炭的增长，这是发达国家的增长路线。我们国家的结构的能源转型，煤炭在我国一次能源结构占比中有序减少，减之有度，这个是用节煤和产业转移来实现煤炭有序减少。油气资源在我国一次能源结构中比例稳中有升，有序降碳，油气资源我们要开发国际和国内市场资源，尤其是天然气作为过渡性低碳能源要得到足够的重视。

核能分三个阶段发展，小型反应堆，可控核聚变，低能核聚变，而水电的需求基本稳定，中国目前可以开发水电的地理条件基本上都用起来了，所以水电是稳步发展。而可再生能源要加快发展，但是效果注意在被替代过程中的退出机制。因为可再生能源其实也处在地球的生态圈，尤其是风电对生态是有影响的，在核能时代的替代以后也要逐步的退出机制和生态的恢复成本要得到注意。

目前中国可再生能源在未来的发展与煤炭的退出机制正好有相对比较好的互补性，煤电的产业人员资金往可再生能源进行平移是目前我们国家能源发展的一个重要战略，当然最终我们要面向核能，最终要进行能源转型的时候也要进行煤石油天然气战略储备。

最后对这个问题进行总结，我国的能源将从清洁化石能源主导多能并举向以煤炭为主体向清洁能源主导来进行转移，未来能源的大趋势在供给侧是两个化，电力的零碳化和燃料的零碳化，燃料是我们用清洁电合成出来的。需求侧是高效化、电气化、智慧化，今天的智能控制自动运行，一定可以在高效化，再电气化和智慧化方面为我国未来的能源，尤其是需求侧作出巨大的贡献。