我国能源前景与能源科技前沿.pdf

2 0 1 1 年6 月 第1 7 卷 第2 期 1 5 l 1 6 0 页 J u n e2 0 1 l V 0 1 1 7 N o 2 p 1 5 1 一1 6 0 高校地质学报 G e o l o 舀c a lJ o u m a lo fC h i n aU n i V e r s i t i e s 我国能源前景与能源科技前沿 贾承造 中国石油勘探开发研究院北京1 0 0 0 8 3 摘要 能源资源的开发利用是关系到我国经济社会有序发展的基础 通过国内外能源消费结构分析发现 煤炭在我国一 次能源消费结构中仍占很大比重 2 0 3 0 年能源消费预测煤炭的降低幅度有限 核能 水电 以及其他新能源上升幅度也有 限 本文从我国能源消费结构出发 分析我国能源资源现状与发展前景 总结能源科技前沿领域 提出能源资源各领域重 大科技问题 以加快我国能源资源开发利用步伐 关键词 能源开发利用 油气资源 煤炭资源 可再生能源 核能 能源高效转化 能源运输分配系统 中图分类号 P 6 1 8 1文献标识码 A文章编号 1 0 0 6 7 4 9 3 2 0 1 1 0 2 一0 1 5 l 1 0 T h eE n e r g yP r o s p e c t0 fC h i n aa n dF r o n t i e r so fE n e r g yS c i e n C ea n dT e c h n o l o g y J I AC h e n g z a o R e s e a r c hl n s t i t u t eo fP e t m l e u mE x p l o r a 瞳i o n 蚰dD e v e l o p m e n t B e i j i n g1 0 0 0 8 3 C h i n a A b s t 阳c t E x p l o i t a t i o no fe n e r g yr e s o u r c e si st h eb a s ef o rt h ee c o n o m i cs o c i e t y so r d e d yd e V e l o p m e n to fo u rr m t i o n F m mt h e 粕a l y s i so fd o m e s t i ca n do V e 璐e 酗e 舱r g yc o n s u m p t i o ns t m c t u r e s w ef o u n dt h a tc o a lc o n s u m p t i o ns t i l lt a k e sl a 唱ep m p o n i o n i nt h e n a t i o n a lp r i m a r ye n e r g yc o n s u m p t i o ns t m c t u r e T h ef l a t i o n a le n e r g yc o n s u m p t i o ns t m c t u r ef o r e c 鸽to f2 0 3 08 h o w st h a tt h ed r o p i nc o a lc o 璐u m p t i o ni s1 i m i t e d n u c l e a re n e t g h y d r o 吒l e c t r i c a n do t h e rn e we m r g yp r o p o n i o nw i l li n c r e a s es l i g h t l y r r h ep a p e r b a s e do no u rn a t i o n a Ie n e r g c o n s u m p t i o ns t m c t u r e a I l a l y z e st h en a t i o n a le n e r 盯r e s o u r c e ss t a t u s 彻dp r o s p e c t s u m m a r i z e st h e f r o n t i e r s0 fe n e r g s c i e n c e 粕dt e c h n o l o 鼽粕dr a i s e sm a j o rt e c h n o l o g i c a lp m h l e m so fa l le n e g rr e s o u r c e sf i e l d s t oa c c e l e r a t et h e e x p I o i ta t i o no fn a t i o n a Je n e r g yr e s o u r c e s K e yw o r d s e n e r g rd e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o n o i la n dg 鹊r e s o u r c e s r e n e w a b I ee n e r g y n u c l e a re n e F g e n e r g ye f f i c i e n t c o n v e r s i o n e n e r g ym m s p o r t a t i o nd i s t r i b u t i o ns y s t e m A u t h o r J i aC h e n g z 舳 A c a d e r I l i c 觚o fC h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e s E m a i l J i a c z p e t m c h i n a c o m c n 胡锦涛总书记在2 0 1 0 年两院院士大会开幕式 上的讲话中指出 要大力发展能源资源开发利用 科学技术 强调 要坚持系统谋划 节能优先 创新替代 循环利用 绿色低碳 安全持续 加 强对我国能源资源问题的研究 制定我国可持续 发展路线图 要发展资源勘探开发和高效利用技 术 积极发展大陆架和地球深部能源资源勘查和 开发 积极发展可再生能源和新型 安全 清洁 替代能源 形成可持续的能源资源体系 切实保 障我国能源资源有效供给和高效利用 使我国能 源资源产业具有国际竞争力 要发展节能建筑 轨道交通 电动汽车技术 加强煤的清洁高效综 收稿日期 2 0 1 1 0 4 2 0 修回日期 2 0 1 1 0 0 7 基金项目 国家科技重大专项项目 2 0 1 1 z x 0 5 4 3 资助 作者简介 贾承造 男 1 9 4 8 年生 中困科学院院士 从事构造地质学 石油地质学综合研究和油气勘探管理丁作 E m a i l J i 扯z 唧e tr 卵h i n 乱c o m c n 万方数据 l5 2高校地质学报l 7 卷2 期 合利用 煤转天然气 煤制重要化学品技术研 发 构建覆盖城乡的智能 高效 可靠的电网体 系 第一次把能源资源的开发利用放到第一 位 充分显示了能源资源的重要性与重要地位 为促进能源资源领域研究 提高我同能源资源的 开发利用效率 本文通过分析资源利用最新研究 进展情况 研究当前我同能源资源领域发展方 向 提f H 未来该领域长足发展的蘑大科技问题 1 我国能源前景与科技前沿 能源是指可以直接或经转换提供人类所需的 光 热 动力等任一形式能量的载能体资源 其 核心是可以通过转化而成为为人类所利用的能量 c l e v e l a n d 2 0 0 4 通过不同的角度有不同的 分类 按利用的层次分为一次能源与二次能源 按来源分为化石能源与非化石能源 按开发利用 程度分为常规能源与新能源 根据分类方案不同 分析不同角度的能源消费结构 可以为我们了解 能源资源消费状况提供更为全面的支持 1 1 能源消费结构与特点 2 0 0 9 年世界一次能源消费达1 11 6 4 1 0 8t 油当 量 其中石油 天然气约占总量的5 8 5 石油 消费3 8 8 2 1 0 8t 油当量 占比3 5 天然气2 6 5 3 1 0 8t 油当量 占比2 4 煤炭3 2 7 8 1 0 8f 油当 量 占比2 9 核能6 1 1 1 0 8t 油当量 占比5 水电7 4 0 1 0 8t 油当量 占比7 B P 石油公司 2 0 l O 图l a 我国2 0 0 9 年能源消费结构与全球有一定的相 似之处 统计结果显示我国一次能源的消费总量 a 为2 I 7 7x1 0 8t 油当量 占全球的1 9 5 略低于 美国的2 1 8 2 J 0 8t 油当量 居令球第2 位 从消 费结构来看 2 0 0 9 年我国一次能源消费量 煤炭 1 5 3 7 J 0 8t 油当量 占比7 0 石油4 0 5 1 0 l 油 当量 占比1 9 天然气0 8 0 1 0 8I 油当量 占比 4 核能0 1 6 x1 0 8t 油当量 占比l 水电1 3 9 1 0 8l 油当量 占比6 图1 b 从以上统计来看 我国能源呈现m 如下四大 特点 1 中国能源消费快速增长 经统计 2 0 0 0 一2 0 0 8 年年增长率为8 2 0 0 9 年以后稍微下 降 从全球来看属于能源消费增长最快的I 玉 家之 一 2 能源消费结构上以煤为主 石油 天然 气为辅 水电 核电 风电为补充 3 我国能 源使用效率总体偏低 这与我国的能源结构有一 定的关系 经国家政策导向与科研工作投入 目 前能源使用效率正逐步提高 华贲 2 0 l o 魏一 呜等 2 0 0 8 魏一呜和廖华 2 0 10 4 我圈 近9 0 的能源需求可以自给 能源资源分布不均 需要长距离运输 1 2 能源消费需求预测 要考虑能源资源科学技术的长期发展 必须 研究中长期能源消费整体构成 并作出预测 廖 华和魏一呜 2 0 1 0 国际能源组织 I E A 预测 至2 0 3 0 年 全球一次能源需求总量将达到1 6 7 9 1 0 8I 油当量 年均增长1 9 6 构成上以石油 天 然气为主 煤为辅 水电 核能等可再生能源为 补充二I E A 对2 0 3 0 年全球一次能源需求结构预测 如下 煤炭4 8 8 7 1 0 8t 油当量 占比2 9 石油 5 0 0 9 1 0 8I 油当量 占比3 0 天然气3 5 6 1 1 0 8 b a 全球能源消费 b 我国能源消费 a JC l o h a IE n P r g C n n s u m p I i o n h C h i n a sE n e g yC o n s u m p l i o n 图l2 0 0 9 年一次能源消费构成 B P 石油公司 2 0 l o F 唔 1 T h eP r i m a r ye n e r g yP o n s u m p t i o ns l n J c t u I to f2 X 9 A n e rB PG l o b a l 2 0 l o 一煤 石油 天然气 核能 一水电 万方数据 2 期贾承造 我旧能源I i 景与能源科技前沿 1 5 3 油当量 占比2 1 核能9 5 6 1 0 8t 油当量 占比 6 水电4 0 2 1 0 8t 油当量 占比2 生物质与 废弃物1 6 0 4 1 0 8l 油当量 占1 0 其它可再生能 源3 7 1 0 t 油当量 占比2 1 冬1 2 a I i 师数据 显示 I E A 预测到2 0 3 0 年化石能源仍然是主体 与 现在化石能源所占比重相比略有下降 核电和水 I U 有所下降 而生物质能等占比上升 国际能源组织 I E A 预测至2 0 3 0 年 我困 一次能源需求总量将达到3 8 2 7 1 0 8l 油当量 年 均增长2 7 2 构成上仍然以煤为主 石油 人然 气为辅 水电 核能等可再生能源为补充 2 0 3 0 年我目一次能源需求预测 煤炭2 3 9 7 1 0 8t 油当 量 占比从6 7 下降到6 4 石 f f l 7 5 8 1 0 8I 油当 量 占比2 0 天然气2 0 2 1 0 8t 油当量 占比 5 略有上升 核能1 2 7 1 0 8t 油当量 占比由 1 f 升到3 水电0 9 0 1 0 8t 油当量 占比2 生物质与废弃物2 0 5 1 0 8I 油当量 占比从0 卜升 到5 其它可再生能源0 4 7 1 0 8I 油当量 占比 7 图2 h 我围的能源消费结构与全球相比 化石能源的比例仍然大于全球的平均水平 以煤 炭为丰 I E A 的统计结果明显地带有其自身的观点 本人领导的研究小组根据我斟的基本国情对我闼 的能源消费结构进行了分析与预测 以我国能源 消费年均增长4 来看 2 0 3 0 年需要5 0 1 0 8t 油当 量 其中石油8 1 0 8t 占比1 6 天然气3 8 1 0 8 l 油当量 4 5 1 0 mm 1 占比7 6 煤炭3 0 1 0 t 油当量 4 3 1 0 8t 煤 占比6 0 核电 水电占 比1 0 新能源占比6 4 表1 这是一个比较 乐观的估计 从对2 0 3 0 年全球范闻能源消费预测 来看 仍然以化石能源为主 但对新能源 可再 生能源等需求量分析差别很大 1 3 能源科技前沿 从同家 9 7 3 项目能源领域整个布局角度来 看 总共分为油气 煤炭 可再生能源 核能 能源转化与节能以及能源运输分配等6 大领域 各领域相关基础研究前沿如下 1 油气 石 油天然气 含煤层气 赋存地质规律 勘探开发 理论与技术 先进物探 钻井 海洋工程装备 2 煤炭 煤炭资源赋存规律 安全开采和清洁 a b 一爆 石油 天然气 棱麓 水电 生镥质与废弃镥 一其它可再生麓蠢 a 伞球能源构成预测 I 我嘲能源构成预测 a P 什d m n Ir I I eg l o h a lP n P r g yn l i x f I P 陀f i i r m nn f l h PC h n a s 州r 蹦 1 1 i x 网22 0 3 0 年能源构成预测 B P 行油公司 2 0 1 0 和闱际能源署 2 0 0 9 F i g 2 F o r e a s lo fe n e r g vm i xo f2 0 3 0 A n P rB PG l o h a l 2 0 1 0a n II n I P n l a t i o n a lE n P r g yA g n f y 2 0 9 表12 0 3 0 年中国能源消费分析 T a b l elA n a I y s i so fC h i n a se n e r 科c o 吣u m p t i o no f2 0 3 0 注 能源消堤年均增长4 万方数据 1 5 4高校地质学报 l7 卷2 期 化利用的理论技术 3 可再生能源 风能 太 阳能 生物质能 氢能等可再生能源提高能量转 化效率及稳定 低成本供能的理论 技术和材料 工艺研发 4 核能 先进 安全的核能发电 核废料处理技术 铀矿资源开采技术 5 能 源转化与节能 提高热功转化效率 清洁能源转 化技术 及大规模工业节能技术 6 能源运输 分配 智能 安全 高效满足社会发展需求与低 碳 可再生能源增长的新型能源运输分配系统 2 能源资源的开发利用 能源资源的开发利用是解决我国能源消费迅 速增长 有效调整我国能源消费结构的关键 分 析我国能源资源各领域开发利用现状 提出亟需 解决的关键科学问题 能有效促进我国能源资源 的高效开发利用 2 1 油气资源开发 我国沉积盆地共5 0 5 个 沉积岩面积6 7 1 0 5 k m 3 其中陆相沉积盆地4 2 4 个 海相沉积盆地1 2 个 海陆相叠合盆地6 9 个 目前我国沉积盆地勘 探程度较低 仅在1 0 5 个盆地中进行过地震勘探 在8 6 个盆地进行过钻探 具有油气发现的盆地7 9 个 其中工业油气流盆地3 2 个 低产油气流盆地 1 1 个 见油气显示盆地3 6 个 截止2 0 0 9 年底 我 国原油产量1 8 9 1 0 8t 天然气产量8 4 5 1 0 8m 3 分别居全球第五位和第七位 已居于世界产油产 气大国行列 但是 对于我国未来油气勘探开发 而言 仍然存在很多复杂的科学问题 面临严峻 的能源安全现实 对石油天然气勘探开发领域来讲 最关心的 问题有两个 一个是目前剩余油气资源的分布 以及如何有效勘探以找到剩余资源 二是剩余可 采储量的规模与赋存状态 以及如何实现剩余资 源的高效开发 根据新一轮油气资源评价 我国石油总可采 资源量2 5 4 9 1 0 8t 已探明7 6 0 7 1 0 8t 目前剩 余可采资源量1 7 8 8 3 1 0 8t 常规天然气总可采资 源量2 7 5 1 0 1 2m 3 探明储量3 6 8 1 0 1 2m 3 剩余 可采资源量2 3 8 2 1 0 1 2m 3 在油气资源评价基础 上 分析油气资源赋存领域 目前来看 我国剩 余油气资源主要分布在七大勘探领域内 表2 其中 海域所占比重最大 需要加快勘探开发力 度 2 0 0 8 年1 0 月 3 0 0 0m 深水半潜式钻井平台开 工建造 2 0 0 9 年4 月平台进坞合拢 2 0 1 0 年1 月宣 布建造完成 这一重大装备技术可为我国自主开 发海域油气资源提供切实保障 此外 非常规油 气领域的资源量也很大 如页岩气 致密气 煤 层气 油砂油 页岩油等 应该做好前期准备工 作 加大勘探开发投入力度 原油剩余可采储量主要分布在松辽 渤海 湾 渤海海域及鄂尔多斯等盆地 表3 目前全 国原油剩余可采储量稳定增长 图3 一方面归 功于原油勘探的不断突破 另一方面要归功于原 油勘探开发技术的不断进步 使得更多的地质储 量转化为可采储量 而且 近年来原油剩余可采 储量的增加支撑了原油产量的稳定增长 图3 油气资源的开发利用需要一方面研究各领域 油气成藏机理 找准勘探方向 另一方面要尽可 表2 我国剩余油气资源分布 T a b I e2D i s t r i b u t i 蚰o fr 哪a i n i n go i Ia n dg 酗r e u r c 鹤i nC h i n a 万方数据 2 期贾承造 我国能源前景与能源科技前沿 1 5 5 表3 原油剩余可采储量分布 T a b I e3D i s t r i b u t i o no fr e m a i n i n g 仲c o V e r a b l e r e s e r v e sO fc r u d eo n 能将油气资源转化为可采储量 当前油气资源开 发领域面临的重大科技问题有如下l O 个 1 岩 性地层油气藏形成机理与低渗透油气藏有效开采 的基础研究 2 中国深部油气藏成藏机理与 海相碳酸盐岩油气富集规律基础研究 3 中国 中西部石油地质理论问题与勘探新领域的基础研 究 4 高含水油藏及深层稠油提高采收率基础 研究 5 复杂天然气藏有效开采基础理论研 究 6 油气深部钻井与地球物理探测的应用基 础理论研究 7 海上油气田提高采收率关键基 础理论研究 8 深水钻完井基础理论与深水安 全钻井开采基础理论研究 9 中低煤阶及特殊 类型煤层气藏成藏机理与提高煤层气采收率的基 础理论研究 1 0 非常规油气资源勘探开采的 基础理论研究 2 2 煤炭资源开发利用 我国已有煤炭资源总量5 5 7 1 0 8t 位居世界 第三 其中埋深在1 0 0 0m 以下的为2 9 5 1 0 1 2t 占 煤炭资源总量的5 3 煤炭是我国的基础能源 2 0 0 9 年我国煤产量 达到的3 0 5 0 1 0 8t 图4 占世界煤产量的4 4 位居世界第一 和我围一次能源需求的7 0 我国能源 丁业对煤炭的依存十分强烈 目前已查 明煤炭资源储量约1 1 5 9 8x1 0 8t 可采储量l8 2 5 4 1 0 8t 在储量中4 0 已经利用 6 0 尚未利用 的储量中 只有1 3 是精查和详查储量 煤炭的储 采比低 很难有效地保证我国煤炭工业的持续发 展 以上分析数据显示 中国煤炭资源量并不是 世界上最多的 但开采强度位居世界第一 新中 国成立以来 煤炭在我国能源结构中一直占据绝 对主导位置 近1 0 年资料表明煤炭在一次能源生 产和消费结构中一直占6 5 7 0 左右 根据不同 资料从不同方面预测分析 到2 0 3 0 年之前 我国 对煤炭的总需求量将继续保持上升趋势 峰值需 求量将达到4 0 1 0 8 以左右 图5 从我国煤炭资源未来发展来看 目前煤炭 勘探开发呈现如下4 个特点 1 东部条件基本 查明的浅部资源急剧枯竭 统计资料显示 我国 1 9 7 61 9 7 81 9 8 01 9 8 2 1 9 8 4 1 9 8 61 9 8 8 1 9 9 0 1 9 9 2 1 9 9 4 1 9 9 6 1 9 9 82 0 0 0 2 0 0 2 2 0 0 4 2 0 0 6 2 0 0 8 图3 原油剩余可采储量变化曲线 F i g 3C h 卸g e si nr e r i n i n gr e c o v e r a b l er e s e r v e so fc m d eo i l 訾 譬 删 L 廿 超 佃 哑 剁 丑咪攀 营譬蛐器眯砖张熏匾剞 万方数据 1 5 6高校地质学报17 卷2 期 一 营 8 一 棚 L J 卜 粼 媸 图4 我国煤炭年产量递变趋势 据B P 石油公F d 2 0 l o F i g 4 7 I r e n di nC h i n a sc 0 8 Jo u t p u t A f t e rB P l o I l a l 2 0 l O 图5 我国原煤生产趋势预测 F i g 5 P r e d i c t i o no fC h i n a sc o a lp m d u c t i 主要煤炭产地的华北地区煤矿平均采深达6 0 0m 以上 每年有大量矿井因浅部可采资源枯竭而关 停 预测显示 到2 0 2 0 年 将有超过4 0 的国有 重点煤矿和6 0 的国有地方煤矿 因浅部资源枯 竭面临关闭 2 西部条件基本查明的煤炭资源 受诸多因素影响无法大规模开采 受生态环境脆 弱 基础设施落后 距消费市场遥远等因素的制 约 近期完全靠开发西部资源来替代东部煤炭产 量缺口不现实 3 开发深部煤炭是国家煤炭工 业可持续发展的出路 据最新煤田预测和第一轮 9 7 3 项目研究成果显示 吕梁山以东的华北地 区埋深8 0 0 1 5 0 0m 有4 0 5 0 1 0 8t 的煤炭资源可供勘 探和开发利用 4 东部深部煤炭资源丰富且开 采基础较好 华北石炭二叠纪煤炭资源约1 3 7 8 l 1 0 8t 绝大部分赋存于1 0 0 0 至2 0 0 0m 埋藏深度 图 6 目前全国煤矿平均开采深度约为5 4 0m 华北 华东地区平均开采深度约为6 5 0m 每年以1 2 到2 0 m 速度延深 超过1 0 0 0m 的矿井有3 3 对 最大深度 达到1 4 0 0m 因此 研究解决理论上 技术上 图6 垂直深度在2 肌 m 以内的煤炭资源分布图 F i g 6 D i s t r i b u t i o no fc o a lr e s o u r e sw i t h i n t l l e 2 0 0 0 畹d e p t l I 工艺上的重大难题 安全高效开采我国 尤其是 华北地区 深部煤炭资源成为当前急需 今后需 要的煤炭工业可持续发展的重要出路 因此 需 要从开采条件基础理论 开采理论与开采技术 安全要素监测监控与管理等三个大的层面上来进 行分析研究 以解决我国深部煤炭资源勘探开发 问题 此外 高效开发利用技术问题也是提高煤炭 资源转化利用效率关键 如中低阶煤分级转化联 产低碳燃料和化学品 褐煤洁净高效转化的催化 与化学T 程基础等 1 煤资源开发利用实例 中低阶煤分 级转化联产低碳燃料和化学品 中低阶煤 褐煤 次烟煤 的高效洁净转化是我国能源领域具有重 大战略意义的课题 此研究将煤结构的复杂性看 成分级转化的优势 研究思路打破了传统的煤气 化 再合成的煤化工路线 从煤的分子结构和自 由基反应机理出发 致力于创建分级转化联产低 碳燃料和化学品的新技术体系 具有明显的创新 性 有望突破多年来煤化学和煤转化理论研究瓶 颈 万方数据 2 期贾承造 我国能源前景与能源科技前沿 1 5 7 2 煤资源开发利用实例 褐煤洁净高效 转化的催化与化学工程基础 有效利用我国的褐 煤资源是我国能源领域迫切需要解决的 具有重 大战略意义的课题 此研究提出褐煤经部分加氢 热解 提取轻油 残渣气化 F T 合成 以及甲醇 催化转化获得油品和相关化学品的思路 把直接 液化和间接液化有机结合起来 符合洁净绿色和 梯级利用原则 从整个煤炭资源勘探开发领域来看 需要解 决的重大科学问题较多 总体而言有如下1 0 个 1 深部及特殊地质体下找煤的重大科学问题研 究 2 煤矿复杂地质构造和灾害源高分辨地球 物理探测的基础研究 3 深部煤炭开发中煤与 瓦斯共采的重大基础研究 4 煤炭资源绿色开 采的基础科学问题研究 5 大型煤矿区环境污 染和控制的基础研究 6 煤自燃及矿井火灾热 动力灾害防治的基础研究 7 城镇和矿区建筑 物下提高煤炭开采回收率的基础研究 8 低阶 煤和劣质煤优化转化利用的物理化学问题和工程 系统基础 9 燃煤烟气硫 氮 汞 及其他重 金属 综合脱除的物理化学和工程基础 1 0 动力系统煤资源节能梯级利用及节能型燃煤污染 物资源化治理的基础研究 2 3 可再生能源 可再生能源是指可以再生的能源总称 具有 自我恢复原有特性 在自然界中可以不断再生并 有规律地得到补充或重复利用的一次能源 包括 太阳能 水能 生物质能 氢能 风能 潮汐能 以及海洋表面与深层之间的热循环等 地热能也 可算作可再生能源 由于其低碳 环保 安全 可持续等特性 在世界范围内得到很大的发展和 利用 2 3 1 风能的利用 风能是主要的可再生能源之一 具有良好的 环境和经济效益 风力发电是可再生能源技术中 发展最快的技术 最有可能实现商品化和产业 化应用 近2 0 年来风力发电 特别是大型并网风 力发电技术 取得了很大发展 根据美国及欧洲 风能协会的统计 2 0 0 3 年全球风电新装机容量为 8 1 3 3M W 累计装机3 9 2 9 4M W 在过去的5 年中 欧洲风电每年增长速度超过3 5 到 十五 末 期 我国累计装机容量计划1 0 0 0M w 2 0 1 0 年计划 4 0 0 0M W 当前 我国风能发展迅速 2 0 0 8 年底已 达1 6 0 0 1 0 4k W h 我国1 0m 高度层风能资源为2 5 1 0 1 2k w h 资 源量大 但在利用中遇到风能不稳定 成本高 转化率低的问题 在风能开发利用方面面临的技 术瓶颈是 1 风电稳定上网 储能技术 智能 电网 2 高空气能 平流层稳定风能利用 该 创意被美国 时代周刊 列为2 0 0 8 年5 0 项最佳发 明之一 3 大尺度风力机 风轮直径 1 0 0m 4 兆瓦级风速风力机 不同风况下 高风能吸 收率 我国风力发电中长期发展目标明确 2 0 2 0 年 3 0G W 2 0 3 0 年1 0 0G w 2 0 5 0 年5 0 0G w 当前我 国风力发电发展迅速 我国的装机容量会持续增 加 2 0 0 9 年安装量超过5 0 0 0M w 成为世界最快 增长的国家 累计装机排世界第四 当年世界第 一或第二 风能装机装备供不应求的局面还会持 续 但是2 0 l O 年有所缓解 制造业的原整合可能 在2 0 1 0 年前后出现 2 3 2 太阳能矛0 用 太阳能是清洁 安全 可靠和可再生的能源 资源 太阳能的转换和利用方式 可分为光一电 转换 光一热转换和光一化学转换三种类型 世 界各国都把太阳能的开发利用作为未来中长期能 源供应的主要来源之一 根据我国太阳能资源的 分布和特点 除四川和贵州的部分地区外 绝大 多数地区太阳能资源丰富 具有开发利用太阳能 的优越资源条件 从未来的发展考虑 太阳能开 发利用 在发电方面具备上亿千瓦的资源条件 在热利用方面也具有上1 0 8t 煤当量的开发前景 是未来替代能源和战略能源方向 我国太阳能年辐射平均值为5 8 6 1 0 3J m 2 理论上总辐射量近2 0 0 0 0 1 0 8t 标准煤 图7 太 阳能利用的主要途径是光热电转化和光电转化 但主要问题是能量密度低 光电转换效率低及发 电成本高 表4 其技术突破途径是提高光电转 换系数 大幅降低成本 目前太阳能资源的利用主要体现在两个方 面 1 太阳能光伏发电 太阳能光伏发电设备 万方数据 1 5 8高校地质学报 l7 卷2 期 罔7 我斟太阳能资源分布罔 l J T aJ g 7 D i s tr i h I t i o no fC h i n a ss o I a re n e g y s0 lJ P s 1 0 J n 1 1 a 表4 太阳电池实验室及光伏组件产品效率 T a b l e4T h ee f f i c i e n c yo ft h es o l a rl a b o r a t o r ya n dP Vm o d u I ep r o d u c t s 材料的竞争仍十分激烈 拥硅为王的状况可望在 2 0 1 0 年前后缓解 我国太阳能光伏发电市场发展 前景看好 而欧美仍然是该领域的主要市场 f2 太阳能热利用 太阳能热利用具有持 续稳定的发展 我国在该领域的发展目标如下 2 0 1 0 年 全同太阳能热水器总集热面积达到1 5 1 0 8m 2 加上其它太阳能热利用 2 0 1 0 年替代能源 量达到3 0 0 0 1 0 4I 标准煤 2 0 2 0 年 周太阳能热水 器总集热面积达到约3 1 0 8m2 加 J 其它太阳能 热利用 2 0 2 0 年替代能源量达到6 0 0 0 10 4t 标准 煤 2 3 3 生物质能 生物质是人类利用最早 最多 最直接的能 源之一 生物质能具有可再生 来源广阔 无 污染等优点 可通过不同T 岂技术途径转换为 液体 气体和固体燃料 以及热能和电力等 达 到较高的利用效率 所以 世界各国都在不断努 风能太阳能资源评估中心 2 叭 力利用高新技术将其转换成为高品位的能源 用 以缓解和逐渐减少对石油 煤炭等矿物能源的依 赖 同时可减少矿物能源所造成的环境污染和二 氧化碳排放 中国非粮生物液体燃料发展目标明确 2 0 1 0 年达到燃料乙醇2 0 0 1 0 4t 生物柴油2 0 1 0 4t 2 0 2 0 年达到燃料乙醇1 0 0 0 1 0 4t 生物柴油2 0 0 1 0 4f 然而 生物质能发展任重道远 主要是生物 质资源的限制 当前我国国情下容易出现与人夺 粮的现象 此外在应用技术方面也存在瓶颈 米 锦欣和王龙 2 0 0 9 宁泽逵等 2 0 1 0 中同可再生能源发展的总体目标 是提高可 再生能源在我国能源消费结构中所占的比重 努 力从2 0 0 5 年的7 5 到2 0 1 0 年的l o 2 0 2 0 年争取 提高到1 5 逐步提高各类可再生能源总量 表 5 为实现这一日标 需要解决如下可再生能源 万方数据 2 期贾承造 我国能源前景与能源科技前沿 1 5 9 表5 可再生能源发电目标汇总I 单位 G W T a b l e5S u m m a r yo fr e n e w a b I e 蛐e r g yp o w 盯 g e n e r a t i o nt a r g e t 开发利用重大科学问题 1 规模化制备高效 低成本薄膜太阳电池关键技术及其基础问题 2 低成本 规模化太阳能热发电系统的基础研 究 3 不同风速级别条件下兆瓦级和 或多兆 瓦级风力机组设计的基础研究 4 复杂条件下 规模化风电场动态特性及其与电力系统的相互作 用 5 生物质能利用过程中的关键科学问题研 究 6 制氢 储氢及燃料电池体系衰减机理的 基础研究 7 大型电站的固体氧化物燃料电池 及相关系统集成的关键科学问题研究 2 4 核能 核电在优化能源结构 缓解我国当前经济社 会发展所面临的突出资源环境问题 实现我国经 济社会的科学发展方面具有特殊重要的地位 目 前 核电在全球总装机容量 4 1 0 8k w h 占发电 量1 6 事实证明核电具有环境可持续性 经济竞 争性 供应稳定性 国家把积极发展核电提到了战略的高度 大型先进压水堆及高温气冷堆核电站 项目被 列为国家的重大专项 先进核能技术 被列为 能源领域的战略重点和优先主题之一 国家能源 局已经明确 到2 0 2 0 年 要使我国的核电装机容 量从现在的近1 0 0 0 1 0 7 W 增加到7 0 0 0 1 0 7 W 根据对国家中长期能源发展前景和形势的分析 中国科学院在2 0 0 7 年 应对挑战 构建可持续 能源体系 研究报告指出 2 0 5 0 年我国的水电与 核电应占电力装机容量的2 0 目前为6 6 2 0 0 5 年中科院的咨询报告中也预测了我国到2 0 5 0 年核电总的装机容量要达到1 6 的世界平均水 平 意味着届时的总装机容量将达到2 5 1 0 W 当前 我国核电面临的主要技术瓶颈是具有自 主知识产权的核电技术和装备制造能力 以及核 废料处理技术与铀矿资源短缺等问题 由此 我 国的核能利用发展战略是围绕引进开发建设第三 代反应堆 实现我国第三代核电技术自主化 同 时加强第四代反应堆和聚变堆研究 图8 加 强核废料及嬗变堆技术研发 并应该加强铀矿资 源勘探开发 国家科技重大专项已将 先进水冷 堆 液态金属冷却快中子堆和核废料处理技术 列入项目研究计划 第二代反应堆 争端 粕版雠 警堆 核聚变 加 2 0 3 0 2 Q 5 0 年 图8 核电技术发展路线 F i g 8 N u c l e a rp o w e rt e c h n o l o g rm a d m 印 为实现我国核能事业的发展 必须解决的重 大科学问题如下 1 高转换 高热力参数水 冷堆的基础研究 2 液态金属冷却快中子堆 的基础研究 3 嬗变堆共性技术的基础研究 4 聚变示范堆超临界水冷包层系统的基础研 究 5 铀矿资源勘探开采的基础研究 3 能源转化与运输分配 要获得能源资源的高效开发利用 除进行各种 能源资源的获取与开发以外 还要进行能源的高 效转化以及运输与分配 已达到输能 节能 高 效利用的目的 3 1 能源高效转化与节能 根据我国 十一五 能源发展规划 十二五 期间 能源高效转化与节能的重点是 工业 交通运输 建筑 商业和民用领域的节能 环保工作 主要实施燃煤工业锅炉 窑炉 改 造 区域热电联产 余热余压利用 节约和替代 石油 电机系统节能 能量系统优化 建筑节 能 绿色照明 政府机构节能 节能监测和技术 服务体系建设等 同时作好石油节约和替代工 作 以洁净煤 石油焦 天然气替代燃料油 轻 油 淘汰燃油小机组 实施机动车燃油经济性 标准及相关配套政策 实施清洁汽车行动计划 发展混合动力汽车 在城市公交车 出租车等行 业推广燃气汽车 电力方面则需大力发展6 0 万千 瓦及以上超 超 临界机组 大型联合循环机 组 采用高效洁净发电技术改造现役火电机组 推进热电联产 热电冷联产和热电煤气多联供 在能源高效转化与节能领域大科技问题有九 万方数据 1 6 0高校地质学报l7 卷2 期 个 1 重油高效转化和非常规石油资源开发 利用的基础科学问题研究 2 清洁和超清洁 车用燃料生产的基础科学问题研究 3 支撑 石油化工产业可持续发展的基础科学问题研究 4 灵活原料高效转化 合成气 的化学和工程 基础 5 二氧化碳捕获及固定化的相关理论和 工艺基础 6 可燃废弃物热处理过程的基础研 一究 7 低品位能源高效热功转换的基础研究 8 工业过程 化工 钢铁冶金等 工业窑炉 及高效流体机械节能的科学问题研究 9 建筑 节能的基础研究 3 2 能源运输分配系统 能源运输分配系统研究的前沿领域主要集 中在电能输配方面 当前 我国需要大力发展6 0 万千瓦及以上超 超 临界机组 大型联合循环 机组 并用高效洁净发电技术改造现有技术 发 展先进输变配电技术和装备 大力发展 智能电 网 建设适应可再生能源发电 分布式能源供 应系统 智能调配 安全节能的新型电网系统 能源运输分配系统研究领域重大科技问题有 如下四个 1 特高压输变电关键技术及提高 多种电源互联电网能效的基础研究 2 智能电 网 3 多能源互补的分布式冷热电联供系统基 础研究 4 储能 每一个重大科技问题都需要 集中解决相关方向系列性问题 例如多能源互补 的分布式冷热电联供系统基础研究 分布式能源系统 是指将能源系统以小规 模 小容量 模块化 分散的方式布置在用户 端 以双向传输冷 热 电能 国家中长期科 学和技术发展规划纲要 将分布式供能技术作为 与氢能 核能等并列的4 项能源领域前沿技术 其 关键科学问题涉及两个方面 1 燃料化学能与 热能综合梯级利用原理 2 多能源互补机理 与全工况性能调控机制 其发展总体目标是 构 建能的品位与循环耦合理论框架 丰富和发展总 能系统理论 建立微小型燃气轮机 热声热机 余热制冷与热泵 蓄能等关键过程的理论涉及方 法 提高国家分布式功能技术持久发展的自主研 发能力 十二五 期间 分布式供能将为我国 智能电网建设提供重要的技术支持 4 结语 认清我国能源发展前景 把握能源科技发展 前沿 促进能源资源有效开发利用 是解决我国 能源消费问题 提高能源利用效率 节能减排的 关键 应站在中国低碳发展的战略高度 在项目 实践中进一步科学深入地剖析 认识和创新 指 引中国能源利用研发走上快速发展之路 参考文献 B P 石油公司 2 0 l O 世界能源统计2 0 l O 0L h t t p w w w b p c o m s t a t i s t i c a l r e v i f w 华贲 2 0 1 0 产业结构 能效与一次能源构成对能源强度的影响分 析 J 中外能源 1 5 5 1 7 廖华 魏一鸣 2 0 1 0 世界能源消费的差异性与不平衡性及其变化研 究 J 1 中国软科学 1 0 6 1 5 米锦欣 王龙 2 0 0 9 论金融危机下生物能源开发与粮食安全问题们 先驱论坛 f 1 9 7 一1 2 宁泽逵 王征兵 付青叶 2 0 1 0 生物能源发展与粮食安全及其对中 国的启示 J 统计与决策 1 1 2 2 一1 2 5 世界能源署 2 0 0 9 世界能源展望2 0 0 9 OL h t t p n r w o r l d e m r g 删I t L k 0 r f 2 0 0 9 a s p 魏一呜 廖华 2 0 l o 能源效率的七类测度指标及其测度方法 J 中 国软科学 f 1 1 2 8 一1 3 7 魏一呜 刘兰翠 范英等 2 0 8 中国能源报告 2 0 0 8 碳排放研究 M 北京 科学出版社 8 3 2 R e f e r e n C e s B PG I o b a l 2 0 l O S t a t i s t i c a lR e u i 删o fW o r l dE n e E g yF u UR e p o r t O L h t t p w w wb p c o m 8 咖i 8 t i c a l r e v i e w C l e v e I a n dC J 2 0 0 4 E n c y o l o p e d i ao fE n e r 科 虹1 E l s e v i e r l 1 0 0 0 H l I aB e n 2 0 1 0 T h ei n n u e n c eo fi n d u 冉t r ys t c t u r e e n e r g ye m c i e n c y 粕dp r i m a r ye n 唱ym i xo ne n 8 r g yi n t 彻s i t y J S i n o G I o b a lE n e r 罢孔 1 5 5 l 一7 i nC h i m w i n lE n 珈s ha b s 岫c t I n t e n l a t i o l I a lE n e r g yA g e n c y 2 0 0 9 W o r l dE n e n g yO u d 0 0 k O L H t t p w w w w o r l d e n e r g y o u t l 舯k o 吲2 0 0 9 p L i 舯H u aa n dW e iY i m i n g 2 0 l O As t u d yo nt h ed i f T e r e n c ea n d i n e q u a l i t yo fw o r l de n e r g yc o 峭u m p t i 彻期dt h e i rc h a n g e s J C l l i 雌 S o f tS c i e n c e l O 6 1 5 i nC h i n e g ew i t hE n g I i s ha b s t r a c t 胁J i n x i na n dW a n gL 0 n g 2 0 0 9 0 nt h ef i n 肌c i a lc r i s i s b i n e r g y d e v e l o p m e n ta n df 砺dB e c u r i t y J H e r a l dF o m m 1 9 7 一1 2 i n C h i n e 髓w i I hE n g I i s ha b s t r t N i n gZ e k u i W a n gz h e n g b i n ga n dF uQ i n g y e 2 0 1 0 B i o e n e r g y d e v e l o p m e n ta n df 捌s e c u r i t ya n di t si m p I i c