能源转型要有打硬仗的准备

能源系统需要协同发展

就眼下中国的能源格局而言，太阳能、风电、生物质能等绿色低碳能源可以持续利用，而且资源量巨大。内蒙古西部地区的戈壁滩面积约25万平方公里，若利用其中20%的面积便可以安装37亿千瓦容量的太阳能光伏发电，以等效发电煤耗计算，年发电量相当于15亿吨标准煤。风力发电取陆地离地面50米高以上，海上以近海水深5～25米的潜在开发量计算，风电总装机容量可达27.5亿千瓦，以等效发电煤耗计算，每年可提供相当于16亿吨标煤。

因此，可再生能源无疑是绿色低碳能源发展的战略方向，但是可再生能源的发展仍面临巨大的瓶颈：一是太阳能、风能具有随机性、间断性、分散性的特点，可调度性差；二是年利用时间短，太阳能以峰值功率计算的等效年利用时间不足1500小时，等效年利用率不足17%，风电的等效年利用时间为2000多小时，等效年利用率约为23%，而全世界核电平均等效年利用率可达82%，即同样1千瓦的装机容量，核电的发电量大约是风电的3.6倍，是光伏发电的4.8倍；三是风电、太阳能的发电成本较高。

实现向绿色低碳的转型将经历技术的研发和成熟，市场的开拓和发展，基础设施建设和完善的过程，可能需要经历几十年的跨度。特别是我国能源消费量巨大，以煤炭为主的能源格局在短时期内还难以改变，煤炭清洁高效的利用将在向绿色低碳的转型过程中发挥重要作用。与此同时，积极稳步地推进水电、核能、天然气等多元化清洁低碳能源的发展，以成为向可再生能源过渡中的重要桥梁。

能源供应方式变革系重中之重

我国《能源发展“十二五”规划》提出把推动能源供应方式变革作为重点任务之一。

这些年我国风力发电主要采取集中的方式，在西北、华北、东北等资源丰富地区建设了七个大型风电场，每个风电场的装机容量达到千万千瓦量级，发出的电在当地消纳不了，需通过长距离输电输送到华北、华南、华东等地消费。

从可再生能源本身的特点来看，适于采用分布式发展的方式。特别是以城市、工业园区等能源消费中心为重点，利用城市、工业园区建筑的屋顶以及周边的荒芜地带，大力推进光伏、风电等可再生能源的利用，辅以储能技术，基本实现分布式区域内电力自供自用，并通过与地区电网的联接，实现分布式区域内电力系统供需平衡的调度调节。这样既可以减少电力长距离输送的压力，而且可以充分借助于地区电网的调节能力来克服可再生能源随机性、间断性、可调度性差的缺点，实现可再生能源的合理利用。

储能是可再生能源大规模发展主要技术瓶颈。目前抽水蓄能是最成熟的储能技术，能应用于大规模电网级的储能，已完全实现商业化运行，但是受上、下水库选址、地形、地质条件以及水源条件制约。压缩空气储能也已拥有商业运行项目，能实现大规模电网级的应用，但仍对化石燃料有依赖。其他一些化学蓄能技术，目前受经济性的制约，难以实现大规模电网级的应用。

氢能与可再生能源需组合发展

可再生能源制氢可成为大规模储能的重要途径，氢能与可再生能源组合发展是实现未来能源向绿色低碳转型的重要方向。

氢是理想的二次清洁能源，燃烧没有CO2、SO2和NOx的排放；原料来源于丰富的水；可储存，可运输。

全球每年氢的消费量约6500万吨，主要来自天然气制氢。我国每年氢的消费约1600万吨，主要来自煤气化制氢和炼铁高炉煤气，电解制氢仅约占5%。目前我国氢主要用于生产化工产品，合成氨、甲醇、烯烃等，再有用于原油加工，加氢裂化生产轻质成品油，加氢精制脱硫等杂质，目前每年消耗400万吨氢，预计今后将会快速增长。

目前国际上氢的利用技术正在快速发展， 氢能与可再生能源组合发展需要解决好大规模电解制氢的储存、输送、分配和终端利用等技术问题。

国际上电解水制氢主要有三种技术：碱性水电解、质子膜电解、固体氧化膜电解。碱性水电解是成熟工业技术，制氢规模达到兆瓦级，其优点是设备寿命长，可得到高纯产品并可加压运行。目前工业电解效率接近70%，先进碱性电解技术可达75%～85%。质子膜电解在20世纪70年代由美国GE公司开发，与碱性水电解相比，其功率密度和效率更高(可高于90%)，设备更紧凑，系统简单，适合高压操作，但膜的价格昂贵，需要使用铂(Pt)和钌(Ru)作为催化剂。固体氧化膜电解是正在研发的先进技术，在高温下电解水蒸汽制氢，可以大大降低电解池极化损失和欧姆电阻，加快电极反应动力学，减少电能消耗，1000℃下电解，电解效率接近94%。

氢可以采用高压氢气储罐储运，储罐采用铝合金做内胆，碳纤维缠绕制作，可承压70兆帕。其安全性经日本汽车研究所验证，用枪击、火烧、冲压、大泄露的手段可以导致氢着火，但不会发生爆炸，原因是氢在大气中扩散远快于汽油、天然气。此外，氢还可采用高压管道输送和液氢储运。

氢燃料电池汽车是未来汽车的发展方向。氢燃料电池小轿车100公里消耗1千克的氢，用可再生能源电解制氢，能耗仅相当于4.8升汽油。目前燃料电池汽车的价格较贵，还难以大规模推广，戴姆勒等三个汽车制造商预计，实现连续生产、发挥规模经济的优势，能够大幅降低成本，再加上氢气站将在未来几年在德国建造，2017年开始推出似乎更为现实可行。

在此过渡期内，可以采用天然气中掺入氢气代替汽油在内燃机使用，试验证明如掺入20%体积的氢气，内燃机效率不变，而排放尾气更为清洁，可以为改善城市环境做出有益的贡献。

(作者系国务院原参事、清华大学教授)