技术创新--实现我国能源可持续供应的根本途径

1、2022-6-14电力与经济协调发展论坛1l郑健超2022-6-14电力与经济协调发展论坛22022-6-14电力与经济协调发展论坛32022-6-14电力与经济协调发展论坛435.7435.747.857.853.523.5213.313.314.8614.860 05 510101515202025253030353540402000年2000年美国美国中国中国前苏联前苏联日本日本印度印度德国德国巴西巴西法国法国英国英国 亿吨标准煤l 总量巨大、人均很低、增长率高2022-6-14电力与经济协调发展论坛50 01 12 23 34 45 56 67 720002000美国美国西欧西欧日本日

2、本前苏联前苏联中国中国印度印度世界均值世界均值挪威挪威2022-6-14电力与经济协调发展论坛6l由于工业化和城市化的驱动，中国能源需求预计将显著增长，按照经济高增长方案，2020年能源需求将达到31亿吨标准煤 2022-6-14电力与经济协调发展论坛749.349.310.710.74.284.2831.931.927.427.40 01010202030304040505060602020年2020年美国美国中国中国前苏联前苏联日本日本印度印度德国德国巴西巴西法国法国英国英国 亿吨标准煤2022-6-14电力与经济协调发展论坛800.511.522.533.544.552020美国美国西欧

3、西欧日本日本前苏联前苏联中国中国印度印度世界均值世界均值世界均值的倍数2022-6-14电力与经济协调发展论坛9360536055095509524272427143414343413414664663428342811891189111811189449440 01000100020002000300030004000400050005000600060002000年2000年2020年2020年美国美国中国中国前苏联前苏联日本日本印度印度巴西巴西德国德国法国法国英国英国亿 kWh 102022-6-14电力与经济协调发展论坛100 02 24 46 68 81010121214141616

4、1818202020002000美国美国西欧西欧中国中国前苏联前苏联日本日本印度印度l占全球 6.3 % 百万桶/日2022-6-14电力与经济协调发展论坛1110.810.80 05 51010151520202525303020202020美国美国西欧西欧中国中国前苏联前苏联日本日本印度印度4 .5亿吨,占全球 8.5 % l百万桶/日2022-6-14电力与经济协调发展论坛12l奔向全面小康的中国人争取享用接近世界均值的能源一点也不过份。但是，由于我国国情决定，要满足这样低水平能源消费也是极其困难的。2022-6-14电力与经济协调发展论坛13 需要新增的能源供应能力煤炭 净增 26 个

5、 兖州煤矿石油 净增 6 个 大庆天然气 净增 8 个 西气东输水电 净增 4.3 座 三峡电站核电 净增 20 座 大亚湾核电燃煤发电 净增 400 X 900 MW 超临界机组。天然气发电50 GW ，风力发电、太阳能发电20 GW2022-6-14电力与经济协调发展论坛14l需要开展大规模的输配电网、油气管路、燃料运力建设 l 美国花了50年扩建的电网2022-6-14电力与经济协调发展论坛15l1、是否超出资源的承载能力 ？l2、是否超出环境的承载能力 ？l3、规模空前的能源基础设施建设如何收到实效？2022-6-14电力与经济协调发展论坛16l按照中央提出的科学发展观的要求，我们应当

6、更加关注影响我国能源发展的制约因素，如实估计在可持续发展的前提下能源的可供应能力，认真研究符合国情的对策。2022-6-14电力与经济协调发展论坛17l我国能源可供应能力的增加受到诸多因素的严重制约，如：l 有限资源、 环境条件、l 资金投入、 建设周期、l 科技水平、 管理水平2022-6-14电力与经济协调发展论坛180 050050010001000150015002000200025002500MtMt19901990199919992010201020202020ChinaChinaIndiaIndiaKoreaKoreaOther AsiaOther Asia2022-6-14电力

7、与经济协调发展论坛190 05 510101515202025253030353540404545MtMt20002000201020102020202020502050无控制措施无控制措施全面推行洁净煤全面推行洁净煤二氧化硫排放逐年增加2022-6-14电力与经济协调发展论坛20 40% 国土受酸雨威胁2022-6-14电力与经济协调发展论坛21l包括氮氧化物、一氧化碳、可吸入颗粒物（PM 10, PM2.5 )、重金属等的污染l主要来源：煤炭燃烧；车辆尾气排放；2022-6-14电力与经济协调发展论坛22l经济可采量少,环保型资源少,可供开发的资源少;l重点煤矿可采储量430亿吨, 在建的

8、煤矿235亿吨 , 国有地方煤矿187亿吨,l在尚未利用的资源中，可经济开采建矿井的只有227亿吨；l极限供应能力：21-23亿吨标准煤；l小煤矿掠夺性开采问题l 煤炭资源不容乐观2022-6-14电力与经济协调发展论坛23l人均化石燃料资源为世界均值的56%；l石油、天然气的人均可采储量为世界均值l的 8 %；l2020年预测石油生产能力为 2亿吨；l需要进口 2.5亿吨，对外依存度超过60 %2022-6-14电力与经济协调发展论坛24l属于可再生能源，替代煤炭首选；属于可再生能源，替代煤炭首选；l目前开发程度低，需要加快开发；目前开发程度低，需要加快开发；l未来需求量巨大，可供水电有限未

9、来需求量巨大，可供水电有限经济可开发的水电（经济可开发的水电（290 GW290 GW）全部开发完毕，）全部开发完毕，可满足可满足20202020年电力需求的年电力需求的28%28%，能源需求的，能源需求的 11%11%2022-6-14电力与经济协调发展论坛25l一座 1000 MW 火力发电厂耗水1立方/秒，相当于一个中小城市的生活用水2022-6-14电力与经济协调发展论坛262022-6-14电力与经济协调发展论坛27l由于我国人口众多、资源十分有限，解决我国由于我国人口众多、资源十分有限，解决我国能源可持续供应比其他任何国家都要困难得多。能源可持续供应比其他任何国家都要困难得多。一次

10、能源短缺将成为长期制约我国经济社会发一次能源短缺将成为长期制约我国经济社会发展的重要因素。解决我国能源可持续供应的难展的重要因素。解决我国能源可持续供应的难度不亚于用有限的耕地解决度不亚于用有限的耕地解决1313亿人的吃饭问题亿人的吃饭问题的难度，因为农作物可以年复一年从地上生长的难度，因为农作物可以年复一年从地上生长出来，而我们主要依赖的化石能源一旦耗尽则出来，而我们主要依赖的化石能源一旦耗尽则不复存在。我们在制订发展战略时必须正视这不复存在。我们在制订发展战略时必须正视这样的严峻现实。样的严峻现实。2022-6-14电力与经济协调发展论坛28Intensive energy efficie

11、ncy Intensive energy efficiency 强化能源效率强化能源效率Intensive clean coal Intensive clean coal 强化洁净煤强化洁净煤Intensive nuclear power Intensive nuclear power 强化核能强化核能Intensive renewable power Intensive renewable power 强化可再生能源强化可再生能源2022-6-14电力与经济协调发展论坛29l我国没有选此弃彼的余地，四大战略必需兼容并蓄；能源效率必须放在首位； 我国可持续发展能源战略的定位： 以能源效率为中心

12、，整体强化洁净煤、核电、可再生能源战略2022-6-14电力与经济协调发展论坛30能源强度 (energy intensity)经济结构 能源效率 生活方式 地理位置 能源进口 货币汇率2022-6-14电力与经济协调发展论坛310 00.50.51 11.51.52 22.52.53 32000年 EI2000年 EI2020年 EI2020年 EITce/1000 USDTce/1000 USD前苏联前苏联中国中国印度印度巴西巴西美国美国法国法国德国德国英国英国日本日本2022-6-14电力与经济协调发展论坛3213.313.38.928.926.616.614.794.795.515.5

13、14.144.142.112.112 22.112.111.711.711.331.331.211.211.271.271.071.071.331.331.071.071 11 10 02 24 46 68 81010121214142000I2000I20202020前苏联前苏联中国中国印度印度巴西巴西美国美国法国法国德国德国英国英国日本日本2022-6-14电力与经济协调发展论坛33l过去几年，由于大规模基础设施建设和房地产的驱动，高能耗产品（钢铁、有色金属特别是电解铝、建筑材料包括水泥、平板玻璃、建筑陶瓷）高速增长，产量均居世界首位。高能耗产品的生产成为我国能源消耗大户。能源强度20年内

14、再降低50%难度很大。2022-6-14电力与经济协调发展论坛342302308738733003009809800 010010020020030030040040050050060060070070080080090090010001000MtMt2003200320042004钢铁钢铁水泥水泥钢铁钢铁 2004年全球水泥贸易总额的5.8倍2022-6-14电力与经济协调发展论坛35l2004年仅水泥生产一项的耗煤达2.3亿吨，相当于5.8个兖州集团全年的煤炭产量；l2002生产了545万吨电解铝，耗电826亿千瓦时，相当于6个大亚湾核电站全年的发电量；l 2022-6-14电力与经济协调

15、发展论坛36l1)应时刻牢记：l我国是一次能源非常短缺的国家; l2)应牢固树立:“量入为出，以能定产“的观念，l3)绝不能一味为满足当前需求而透支我 国的稀缺资源和环境容量;2022-6-14电力与经济协调发展论坛37l建筑节能、电力储存技术、高效照明、高效电器、工业余热利用、需求侧管理、小区供热供冷优化、新的工业流程 等领域节能潜力巨大；l节能新技术的规模应用不能单靠市场机制，需要政府政策的引导和支持； 2022-6-14电力与经济协调发展论坛382022-6-14电力与经济协调发展论坛39l基础设施建设的质量、有效性和使用寿命对能源效率有重大影响，因为基础设施建设本身就要耗费巨量能源。如

16、果基础设施建设的质量不能保证，不能发挥预期的功效，将造成能源的重大浪费。l科学论证、统一规划、精心设计和精心施工，建设优质高效的基础设施 ； 2022-6-14电力与经济协调发展论坛402022-6-14电力与经济协调发展论坛41高温燃料电池技术、联合循环技术和固碳技术集成起来，可以实现零排放的高效发电。2022-6-14电力与经济协调发展论坛42l我国政府最近制定在2020年建成4000万千瓦核电的目标。核电的发电量也只能达到4 % 的比例。l我国核电发展的步伐还要更快一些、规模更大一些才能满足未来能源的需求。问题是如何才能使我国的核电发展得更快、更稳妥。 2022-6-14电力与经济协调发

17、展论坛43l无 GHG排放的大规模发电；l安全性、经济性进一步提高；l核燃料价格波动对电价影响少；l铀资源丰富2022-6-14电力与经济协调发展论坛442022-6-14电力与经济协调发展论坛45l第二代核电站翻版加改进和第三代核电站技术引进同步推进战略。2022-6-14电力与经济协调发展论坛462022-6-14电力与经济协调发展论坛47l全世界已运行第二代压水堆核电站技术，已积累了10000堆年的成功运行经验，部分电站还准备升级延寿。国内也积累了第二代压水堆核电站建设和运行、逐步实现技术改进和自主化的成功经验。因此，第二代核电站翻版加改进应当作为核电快起步的首选方案。2022-6-14

18、电力与经济协调发展论坛48l第三代核电技术的国际招标和引进工作正在积极推进中。目的是通过引进消化吸收第三代核电技术，大幅度提高核电站的安全性和经济性。2022-6-14电力与经济协调发展论坛49l以更加充分利用铀资源为目标的快中子增值堆的试验工程正在建设中。l高温气冷堆的试验工程也将纳入国家中长期科技发展规划。 2022-6-14电力与经济协调发展论坛502022-6-14电力与经济协调发展论坛51l煤基液体燃料被认为是我国最有希望的交通运输的替代燃料。l通过液化和气化将煤转化为液体燃料的技术已臻成熟。l二甲醚；以上这些都摆脱不了对化石能源的依赖；l从长远看，随着制氢技术、燃料电池和储氢技术的

19、进步，以氢为燃料的电动车将成为未来的绿色交通工具。 2022-6-14电力与经济协调发展论坛522022-6-14电力与经济协调发展论坛53l来源丰富；我国每年有6-7亿吨标准煤当量的生物质能可资利用。更重要的是，能源植物可以采用农业工程新技术不断提高产量；l环保性能优良 ；l车辆驱动系统、燃料的配送系统不需要作重大改变；2022-6-14电力与经济协调发展论坛54Geothermal 0.442%Solar 0.039%Wind 0.026%Tide 0.004%Coal23.5%Gas21.1%Nuclear6.8%Oil34.8%Other*0.5%Hydro2.3%Combustibl

20、e Renewables and Waste(CRW)11.0%Renewables13.8%2022-6-14电力与经济协调发展论坛55l美国替代 5 % 的汽油，需占用8 %的耕地；l我国如果要替代目前车用的汽油的10 %，需要消耗 3-4 % 谷物年产量；2022-6-14电力与经济协调发展论坛56l从糖类和淀粉通过发酵制取燃料乙醇的技术已是成熟技术;l从植物的纤维素制取生物燃料技术是目前的研究热点。加拿大已经开发成功大规模从植物的纤维素制取燃料的装置，计划在2006年投运。2022-6-14电力与经济协调发展论坛57l氢不能视为一次能源，而应看作是一种能源载体。l氢能经济（Hydrog

21、en Economy） l“氢-电系统” 将一次能源转换为电力，一部分电力可用来电解水制氢；或者用这个系统直接制取氢。氢作为高能量密度的能源载体可以储存、运输，用分布式电源再转换为电能。2022-6-14电力与经济协调发展论坛58以氢为燃料的电动车将成为未来的绿色交通工具。 2022-6-14电力与经济协调发展论坛59l先进的质子交换膜燃料电池堆，如Stack 2000，最大功率已达到94 -129 kW, 功率密度达到 0,94 kW/kg, 工作温度为800 C C。2022-6-14电力与经济协调发展论坛60 储氢主要办法：l压缩储氢（氢储存在高强碳纤维合成材料的压力容器内）； l冷冻储

22、氢（冷冻到-2530 C）；l金属氢化物固态储氢；l纳米材料吸附储氢。2022-6-14电力与经济协调发展论坛61 200Carbons MaterialsDOE Hydrogen Plan/GoalGasolineDieselHigh Pressure 0.512510201020501005MetalHydridesLiquid HydrogenHigh Pressure (2002); 5,000-10,000 psiFreedom Car GoalAlanates (2002)Carbons Materials (2002)Chemical Hydride/Organic Slurry

23、Specific Weight, % H2Specific Volume, kg H2/m3储氢技术的进展储氢技术的进展2022-6-14电力与经济协调发展论坛622022-6-14电力与经济协调发展论坛63Hydro 17%Combustible Renewables and Waste1%Nuclear 17%Gas 17%Coal 39%Oil 8%Renewables19%Other1%2022-6-14电力与经济协调发展论坛642022-6-14电力与经济协调发展论坛652022-6-14电力与经济协调发展论坛662022-6-14电力与经济协调发展论坛67l电力系统是国家关键的基础设施；l电力系统可靠性是国家能源安全的重要组成部分；l由于电力负荷以高于电网能力的速度增长，保障电网安全面临许多挑战性问题；l许多新技术的应用可以应对这些挑战；2022-6-14电力与经济协调发展论坛681、发展远距离大容量交直流输电技术，增加输送能力、强化电网骨架；2、应用高新技术，例如现代电力电子技术，提高电网的有效性和运行的灵活性；3、发展现代电网控制技术，保证大电网的运行安全；2022-6-1