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從吳仲華院士報告看我國能源行業40年滄海巨變

點擊：3369 作者：張學坤冉澤來源：中能網微信號發布時間:2021-03-23 09:49:34

40年前，我國著名的能源技術科學家吳仲華曾經在中央書記處舉辦的科學技術知識講座中作了一篇《中國的能源問題及其依靠科學技術解決的途徑》報告，對當時的能源情況、能源品質做了詳細的分析和評價。

時隔四十年，回顧這份報告，我們既能發現四十年來我國能源行業所發生的巨大變化，也能認識到即使時過多年，報告中關于節能和提效的理念在今天同樣適用。回顧能源發展的歷史，我們不免感嘆，能源的技術迭代日新月異，而能源發展的理念卻始終如一。

01四十年新能源發展的巨大變化

報告發布時：

報告從能流密度、開發價格、設備價格、儲存、運輸以及污染等方面對天然氣、石油、煤炭、有機物、水力和風力、太陽能、海洋能、地熱能、核能等能源進行了分析評價。

從能源品質評價來看，人們對傳統化石能源的評價與現在并沒有太大區別，而對新能源的觀念無疑是轉變最大的部分。報告中認為，天然氣、石油、煤炭、水力、核能等常規能源在能流密度方面有巨大優勢，其中，天然氣、石油、煤炭與核能在儲運方面也有較好的經濟性，但也存在巨大的污染問題。

報告中提到，太陽能和風能的能流密度只有幾百瓦每平方米，因此能量密度極低，同時二者設備價格高昂，在當時每千瓦平均投資達到萬元以上。與此同時，風能和太陽能的儲存和運輸在當時是一片空白，基本不存在儲運的可能性。

當前現狀：

而在今天，人們收集風電和光伏能量的效率已經大幅提升，目前光伏市場主流的P 型單晶電池所采用的PERC技術目前平均轉換效率已經能達到23%左右，未來具有巨大發展前景的HJT（異質結）技術理論上能達到25%左右。

而且以風電和光伏為主的新能源已經實現了平價上網，根據中國光伏協會（CPIA）發布的《中國光伏產業發展線路圖（2020版）》，2020年全投資模型下的地面光伏電站在1800h、1500h、1200h、1000h的LCOE（平準發電成本）分別為0.2、0.24、0.29、0.35元/kWh（分布式光伏電站為0.17、0.2、0.26、0.31元/kWh）。2021年后在大部分地區實現與煤電基準同價，未來風電和光伏發電成本還有進一步下降的空間。

從裝機來看，截至2020年底，我國風電、光伏裝機分別達到了2.81億千瓦和2.53億千瓦，雙雙位居世界第一。在我國提出碳達峰和碳中和目標之后，風電和光伏將會成為十四五乃至未來四十年的能源增長的主體。

02燃機效率的巨大提升

報告發布時：

報告中提到，燃料價格日益高漲，除了經濟性的考慮之外，我國還要考慮以兩倍的能源增長來支撐四倍的經濟增長。在這種要求下必須科學的利用能源，不斷提高能效。

以燃煤和燃氣為主的火電是過去幾十年我國能源的主體，而且燃煤機組和燃氣機組技術也取得了長足的進步。

燃煤機組方面，報告中顯示當時我國以蒸汽輪機發電的火電站平均效率大約是 29％。一般高參數大功率蒸汽輪機電站的發電效率可達 38％，如果考慮消除污染設備的能量消耗及有些損失，效率就降低到 36％以下。

當前現狀：

經過四十年的發展我國的燃煤發電技術已經領先世界，期間煤電機組從300MW到600MW，再到1000MW機組，從亞臨界到超臨界和超超臨界機組，從一次再熱到二次再熱機組，我國煤電機組的效率不斷取得突破。

目前，以2020年底投運的大唐東營電廠為例，其鍋爐采用國內先進的超超臨界二次再熱塔式爐，效率能達到94.9%。由于采用世界百萬千瓦機組的高參數、大容量、新技術，其設計供電煤耗僅為258.72克/千瓦時、廠用電率為3.88%、全廠熱效率為49.4%。

在燃氣機組方面，國內燃機與國際先進水平尚有差距。燃氣輪機因為種類繁多，包括航空發動機、航改燃氣輪機、船用燃氣輪機、車輛與工業驅動燃氣輪機以及各種微型燃氣輪機，所以制造難度很大。重型工業燃氣輪機屬于燃氣輪機的一種，它因為極高的制造工藝和技術要求被稱為制造業的皇冠。

報告發布時：

報告中提到，燃氣輪機與蒸汽輪機聯合裝置在發電上已大力發展，燃氣輪機可以耐高溫，能夠在 1000℃以上的高溫下工作。它的排氣溫度為 500～600℃，可以利用在余熱鍋爐中產生蒸汽，帶動蒸汽輪機工作，所以熱效率高。當時聯合循環發電效率能超過 46％。

當前現狀：

重型燃氣輪機經過四十年的發展，其技術水平已經大幅提高。目前重型燃機的主要技術水平體現在壓氣機壓比和透平進口燃氣溫度這兩項指標上，其中透平進口溫度直接影響燃氣—蒸汽聯合循環機組的熱效率。因此，根據透平進口燃氣溫度吧燃機分為E、F和H級。

其中，E級重型燃氣輪機透平進口約1200℃，F級透平進口溫度約為1400℃，目前最先進的H級透平進口溫度達到1430℃-1600℃。溫度越高代表技術等級越高。目前全世界最先進的H級重型燃氣輪機單循環和聯合循環的熱效率已分別超過了40%和60%，是所有熱-功轉換發電系統中效率最高的發電方式。

03儲能的重要性重新被認識

報告發布時：

報告中對儲能的介紹并不多，而且停留在對石油、天然氣、煤炭等能源的儲存和運輸水平，這并不奇怪，因為以鋰電池為主的儲能技術是近十年的新鮮產物，得益于新能源汽車的快速發展，儲能技術已經逐漸在電力系統中扮演重要角色。

由于可再生能源發電先天具有間歇性和波動性，具有可再生能源發電高占比的能源結構轉型勢必會導致電力系統面臨安全問題，風光發電具有的隨機性給電網穩定運行提出了新的挑戰。而儲能有望成為解決可再生能源消納的最終方案。高比例的可再生能源電網配置儲能電站，不僅可以降低棄風棄光率，更重要的是可以平抑新能源波動，并參與系統調峰調頻，增強電網的穩定性。

當前現狀：

目前，儲能設施成本正在不斷下降，未來有望成為新能源發電的固定配套設施。根據彭博新能源財經（BNEF）發布的研究報告《Energy Storage System Costs Survey 2020》，2020年一個完成安裝的、4小時電站級儲能系統的成本范圍為235-446美元/千瓦時。

與此同時，隨著新能源汽車產業不斷壯大，大量退役后的動力電池可以用于儲能設施進行梯次利用。因此，動力電池技術進步和動力電池體量增長可以進一步加速儲能行業成本降低。根據 BNEF預測，到 2030 年鋰電池組的平均價格有望進一步下降至 68 美元/kWh，較 2020 年降幅達 58%，是儲能系統下降的最大驅動力。

04能源的重要性發生變化

報告發布時：

報告中認為，油和天然氣是優質能源，在相當長一段時期內煤是中國的主要能源，要加強它的勘探與開發，把加快煤炭的開發擺在重要的地位。但煤油氣在開采、運輸、轉化與使用中都面臨不少困難，須加強有關煤的科技工作。電力工業要把建設重點逐步放在水電的開發上，在嚴重缺能地區還要建設核電站，因地制宜地發展各種新能源。

當前現狀：

經過四十年發展，煤炭目前已經是中國的主要能源，能源局數據顯示2020年全國規模以上企業煤炭產量38.4億噸，煤電裝機達到10.8億千瓦，占總裝機容量的比重為49.1%（首次低于50%），相較于2019年的59%下降了近10%，因此煤炭消費和煤電裝機占比已經達到峰值，未來還將進一步下降。

而我國石油生產一直保持穩定，天然氣產量雖然有大幅提升，但遠遠無法滿足國內油氣需求。2020年中國石油和天然氣產量分別達到1.95億噸、1888億立方米，進口量分別為為5.4億噸和10166萬噸，對外依存度達到73%和43%。

隨著我國提出碳中和目標，我國石油消費已經到了峰值平臺期，天然氣由于碳排放強度較低未來仍然有10-15年的增長期。綜合來看，從2021年到2060年實現碳中和目標，新能源將逐漸成為我國的主體能源，根據我國碳中和目標計劃，到2060年我國可再生能源占全部能源消費的80%以上。由此可見，隨著對減碳和氣候問題的重視不斷提升，可再生能源正在取代傳統的化石能源成為能源增量的主體。

05 GDP能耗的降低

經濟的發展和能源消費總量在一定程度上呈現正相關性，經濟的增長能夠拉動能源消費，而能源消費也會支撐經濟發展。隨著時代進步，能源與經濟的關系不僅體現在體量上，還體現在能源本身的結構上。在不同時代，人類使用的能源不同，從煤炭到油氣再到新能源，能源消費不僅隨著經濟的發展而增長，而且更促進了能源結構的改變。

萬元國內生產總值能源消費量是反映能源消費水平和節能降耗的重要指標。根據《中國能源統計年鑒》（2019年版）數據，1980年萬元國內生產總值能源消費量為13.14噸標準煤/萬元（國內生產總值按1980年可比價格計算）。2018年，萬元國內生產總值能源消費量為0.56噸標準煤/萬元（國內生產總值按2015年可比價格計算）。由此可見我國萬元國內生產總值能源消費量在過去四十年間下降了90%以上，而在十四五以后，我國為了實現碳中和目標將更加注重萬元國內生產總值能源消費量的降低和能源結構的改善。