八大院士支招献策擘画“十四五”发展蓝图

高水平规划引领山东能源行业高质量发展

2020-11-03 作者: 张思凯 左丰岐 陈巨慧 来源: 大众日报
  [编者按]
  近期,山东省能源局围绕高质量编制“十四五”能源发展规划,“开门问策、集思广益”,广泛征求全国能源行业院士专家对我省“十四五”能源发展的意见建议。聚焦国家“十四五”能源发展形势、宏观经济政策等,结合我省能源行业发展实际,院士们以其精湛的专业知识、深厚的学术造诣和开阔的国际视野,在核能、科技装备、电力、煤炭、油气、可再生能源等领域,提出了许多专业化、建设性的宝贵意见及建议。本期刊发8位院士专家精彩观点,以飨读者。
中国工程院院士 叶奇蓁:
统筹推进核电配套产业发展

  核能是全球电力供应的三大支柱之一。从中长期来看,要显著减少导致气候变化的温室气体排放,减少氮氧化物、未燃烃、颗粒物等污染物的排放,改善大气环境,实现可持续发展,核电作为安全、稳定、高效的清洁能源,是解决环境和气候变化的最现实选择之一。
  “十三五”以来,国家大力倡导绿色发展理念,推动生态文明建设。总体来看,山东提出重点发展以核电为主的新能源和可再生能源,用以破解山东能源消费中煤炭比重偏高、电力装机中煤电比重偏高的“两高”问题,中远期实现三个“三分之一”的能源结构目标,符合国家新发展理念,是山东能源高质量发展的新形势、新要求。
  山东拥有良好的核电厂址资源,技术起步高,具有后发优势。在谋划山东能源发展的同时,应该看到电力生产只是煤炭消费的一部分,还有大量的煤炭用于工业供热、城市供暖等领域,建议在供热、供汽、制氢等领域推动核能的多元化应用。积极引进四大核电集团,开展核电项目、技术等全方位、深层次合作,依托现有的国家级核电产业技术创新平台、院士工作站等,统筹推进核电项目建设和配套产业发展,在科技研发、技术改进和创新、解决制约我国核电发展的瓶颈上取得突破,使山东成为全球三代核电技术的高地,为我国核电走向世界作出应有的贡献。
中国科学院院士 何雅玲:
构建清洁安全现代能源体系

  2020年9月22日,习近平总书记在第75届联合国大会上的讲话中,提出了我们将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。这比《巴黎协定》“2℃温控目标碳下全球2065—2070年左右实现碳中和”的要求,又提前了5—10年,在全世界面前体现了我们负责任大国的国际形象,但同时对我国能源革命提出了更严峻的任务和目标。在“十三五”期间,北京、天津、河北、山东、河南五省(市)煤炭消费总量下降10%左右,在“十四五”期间,煤炭消费总量的压减幅度更大。山东作为经济大省和能源消费大省,在构建清洁低碳安全高效的现代能源体系,保障全省经济社会健康发展面临着极其艰巨的任务。
  结合山东能源发展形势,我认为:一是加大绿色可再生能源的开发和利用。山东在太阳能、风能、地热能等方面具有优势,应该加大力度开发利用,特别是地热,储量丰富,品质稳定,可以加大利用步伐。在可再生能源技术利用中,还应充分关注能源品质及梯级利用问题,需要因地制宜、充分评估、合理配置,基于省内地理环境和资源分布特点,实现不同形式可再生能源的高效充分利用,保证可再生能源项目的经济性。二是对于“外电入鲁”,我们要注意到,在“十四五”规划中,国家可能会设立更有雄心的包含碳总量目标在内的气候目标,把煤炭在一次能源中的占比降至50%以下,加速能源结构转型。所以,“外电入鲁”的输入端可能存在不确定因素,在作战略规划时要注意这个因素。三是山东要构建清洁低碳安全高效的现代能源体系,需要特别关注核电的建设。对此要有长远规划,利用沿海优势,做好细致工作,积极向国家申报。同时可进一步探索核能多元化的利用技术,提高核能综合利用效率。在核电开发利用的同时,还需高度关注乏燃料后处理和循环利用等技术,缓解核电站乏燃料贮存的压力。四是要利用山东的地理优势,加快拓宽液化天然气的国际化供应渠道。这是短、中期可以较快见到效果的举措。五是大力发展储能技术的开发和利用,提高能源的利用效率。六是优化能源供给网络,积极发展智慧电网技术和应用。西安交通大学在储能、新能源技术开发利用等方面,都开展了大量工作,希望能在能源领域和山东省兄弟院校、企业合作,为山东构建清洁低碳安全高效的现代能源体系作出贡献。
中国工程院院士 薛禹胜:
全力建立信息物理社会系统

  当今世界,能源转型已成为全球共识,其根本任务是构建清洁低碳、安全高效的能源体系。电力系统是连接各类一次能源与终端能源的桥梁,是能源链的核心环节。未来,能源转型将高度依赖电力系统对可再生能源的高效转化、电力的可靠输送以及与用户友好交互的主动支撑。
  能源转型问题的研究不仅涉及能源技术、气候科学等相关的自然科学领域,还涉及与能源经济、政策机制、人的行为等社会元素。因此,必须建立一个比智能电网更全面的系统框架及方法——信息物理社会系统,来研究未来的能源转型问题。
  在信息物理社会系统框架下,信息—物理—社会因素深度融合为跨领域融合的大系统思维,已经先后应用于中国工程院关于我国能源转型的重大咨询项目,原神华集团关于企业转型咨询项目以及国家电网公司关于青海省能源转型的咨询报告中,这也为山东省制定“十四五”能源规划带来很好的参考价值。
  下一步,山东要争取在电网安全分析与仿真技术、电网安全控制与保护、电力系统非常规安全防御等方面取得突破;要确保电网安全运行、可再生能源消纳、高比例电力电子设备接入等关系电网安全运行的实际需求,掌握未来系统运行的基础理论和基本方法,研发保障电网安全的实用化技术,加快实现核心技术全面自主可控和重大装备国产替代;主动适应数字化、智能化转型趋势,强化先进计算技术在电力系统运行领域的广泛融合;深入把握高比例新能源和电力电子设备接入的电力系统特性机理,在能源网和信息网深度融合背景下,建立未来电力系统认知体系、协调控制体系和安全防御体系;发挥源网荷储互动活力,挖掘传统机组潜力,把握新能源场站涉网特性与支撑能力,促进多元要素友好互动;布局“卡脖子”关键技术研发,突破保护控制设备芯片等技术自主可控,推动变电站二次装备全面国产化;突破融合能源网和信息网的非常规安全基础理论,建立一次、二次非常规特征识别、风险分析模型,完善现有应急管理体系,基于现有的电力和信息系统防护技术,初步实现电力系统非常规事件推演平台。
中国科学院院士 陈维江:
建立源网荷储协调互动体系

  一是建立山东电网深度调峰补偿机制。省能源主管部门主导,国网山东省电力公司及各大发电公司具体实施,进一步完善调峰补偿机制管理办法。建议对常规电源50%额定容量以下调峰,鼓励火电机组开展基于热电解耦的灵活性改造,既不影响抽汽供热又缓解省内新能源在春秋两季面临的严峻消纳形势,保障省内新能源优先消纳。二是选取调节性能良好的市场主体常态化参与电网运行调控,带动更广泛主体主动参与。对于在建的大型风力电站、光伏电站按照装机容量的一定比例,同期建设储能设备;充分利用市场化手段,鼓励大型用电企业建设储能设备,积极参与电网调峰;实现源网荷储协调互动,提升能源利用效率和发展质量,促进山东省能源转型和经济社会发展。
中国工程院院士 彭苏萍:
深化煤炭供给侧结构性改革

  新形势下,煤炭行业面临新使命,发展应重点关注指标和煤炭在能源系统中的定位。一是深化改革与创新发展相结合,产业升级与老矿区转型相结合,绿色开发与清洁利用相结合,以人为本与矿区文化相结合,立足国内与国际合作相结合。二是重点关注煤炭产量、煤矿绿色矿山建设、煤矿技术装备、安全生产、资源综合利用以及职工劳动保障等指标。三是煤炭在我国能源体系中仍占据主体地位,但在一次能源消费结构中的比重还将下降,预计“十四五”期间全国煤炭消费年均增速回落到1%左右。
  为保障煤炭供应安全,山东应多方面采取措施,深化供给侧改革,特别是煤矿安全生产、智能化建设、绿色开采等。在保障煤炭供应安全方面。一是提高矿区地质保障程度。要加大对大型整装煤田地质勘探与评价、生产煤矿深部区勘探、煤矿采区综合地质与精细化勘探力度,为煤矿智能化开采和安全生产提供保障;二是促进煤炭市场平稳运行。推动煤炭行业大数据平台建设,促进煤炭生产与消费市场主体的战略合作,推动建立完善煤炭市场化价格发现机制与监管机制;三是合理评估煤炭开采与生态环境保护的关系。探索生态环境保护与煤炭资源开采协调发展的道路,实现环境保护和煤炭生产的双赢。在深化煤炭供给侧结构性改革方面。通过化解过剩产能、淘汰落后煤矿,优化煤炭生产结构;建设和改造一大批智能化煤矿,提高煤炭生产集约化水平;推动煤炭产品结构调整,促进煤炭定制化生产;推动煤炭组织结构调整,促进发展方式由数量、速度型向质量、效益型转变。在煤矿安全生产、智能化建设、绿色开采等方面。一是实施科技兴煤、科技兴安,建设本质安全型矿井;二是推进煤矿安全生产标准化建设,强化煤矿安全基础,提高煤矿防灾抗灾能力;三是提高矿井智能机械化水平。四是加强矿区生态治理,建设文明绿色矿山。
  在控煤、减煤的大形势下,加快推进山东煤炭清洁高效利用。加强商品煤质量管理,健全商品煤质量监管体系,支持煤炭分质分级梯级利用。适度发展现代煤化工,有效替代油气资源,保障国家能源安全。支持富油煤资源勘查和评价,研究富油煤矿区资源科学开发、综合利用规划。
  山东煤炭行业重点发展技术和产业装备。重点发展煤矿智能化开采软硬件系统,关注煤机装备、煤矿基本建设、信息化、智能化、软件开发等相关产业发展,加快智能工厂和数字化车间建设,推动煤炭智慧物流体系建设。
  建设引领作用大、技术含量高、经济社会效益好的八大示范工程:智能化煤矿建设,煤矿智能化成套装备制造,煤矿智能化工业软件开发,煤炭分质分级高效利用、矿井资源综合利用、矿区生态治理与修复、大数据平台建设、煤炭文化建设等示范工程。
  煤炭行业体制机制在“十四五”期间改革方面。总体原则:总量控制,有保有压,有上有下;保护生态、绿色发展;以人为本、安全发展;科技进步、效率优先;理念更新、管理创新。改革措施建议:推动煤炭科技创新发展,推动煤炭市场平稳运行,推动老矿区转型发展,推动矿区生态文明建设,推动煤炭智慧物流体系建设,推动煤矿安全与职业健康。
中国工程院院士 李阳:
全省范围油气资源统筹调配

  山东是能源消费大省,从能源供需结构分析,以煤为主、油多气少、自给不足,油气资源供需矛盾突出,且未来一段时间,油气消费仍将保持增长。因此,需要立足国内,利用好国内国外两个市场,把握时代大势和发展格局。
  一是加大渤海湾盆地勘探开发力度,保障省内石油产量稳定。根据国土资源部2018年数据,渤海湾盆地是我国目前探明储量规模最大、原油产量最高的产油区,陆上探明石油地质储量115.07亿吨,年产油4197万吨,海域探明石油地质储量36.8亿吨,年产油2655万吨。长期以来都是我国油气勘探开发最活跃的地区之一。虽然渤海湾盆地资源整体探明率超过40%,但是深层、海域等勘探程度较低,未探明资源非常丰富。通过发展大幅度提高采收率技术、页岩油等资源开采技术,能够实现石油产量稳定。
  二是围绕黄岛石油储备基地,加强战略储备能力建设。按照国际通用规则,原油储备能力一般为90天。山东省应围绕黄岛石油储备地面库(320万立方米)和黄岛国家石油储备洞库(300万立方米),推动政府储备、企业义务储备和企业生产经营库存互为补充的储备体系建设,抓住近期中低油价机遇,加快储备能力建设。
  三是构建多元化石油供应体系。2019年山东省进口原油9389万吨,主要来源以安哥拉、沙特等中东国家为主。要加快石油企业“走出去”步伐,更好发挥“两个市场”作用,多元获取资源。
  四是积极发展清洁替代能源。山东地处我国东部沿海,海岸线长达3100多公里,风能密度大,年平均风速高,是我国风能资源丰富的地区之一。同时,山东属于太阳能利用条件较好地区,多年平均日照时数为2400多小时,年每平方米太阳辐射总量相当于170千克标准煤,具有较为丰富的太阳能资源。应从顶层设计入手,围绕经济和技术层面合理布局,加快推进风能、光伏、核能等新能源的发展,实现对燃油的清洁化替代。
  五是大力推进油气管网建设。山东管网建设在国家天然气基础设施互联互通中发挥着重要的作用,是环渤海地区重要的天然气储运基地,影响着山东乃至整个华北地区天然气资源供应。要加快天然气管网互联互通、环渤海LNG接收站、地下储气库建设,统筹推动天然气“全省一张网”,提高资源利用效率,实现全省范围内油气资源统筹调配,保障油气能源安全稳定供应。
  胜利油田位于山东东营市,是全国重要的原油生产基地之一,对山东经济社会发展具有重要意义。
  要持续支持勘探开发。加大深层油气、页岩油资源勘探开发。研究认为,我国陆上待发现油气资源一半以上赋存在深层,山东省深层油气资源丰富。近年来,胜利油田在深层潜山勘探领域不断取得新发现,形成了埕岛、高青、大王庄、车镇北带等有利区;要突破页岩油勘探开发,济阳坳陷页岩油资源丰富,是未来重要的接替资源。
  要提高老油田采收率。胜利油田整体上已进入特高含水、高采出程度开发阶段,但整体采收率较低,提高采收率潜力大。要攻关大幅度提高采收率、提高单井产能技术,加快推进提高采收率技术试验与应用,夯实老油田稳产基础,提升产能建设质量,保持原油产量稳定。
  要加快核心技术和核心装备的研发。随着美国页岩气革命成功,油气行业由资源竞争转向技术和成本的竞争,世界石油工业进入“高新技术取胜”的时代。要充分发挥省内山东大学、中国石油大学(华东)、中国海洋大学等院校科研优势,深化产学研合作,聚焦核心技术的研发,推进重大科学问题和关键核心技术突破。要加强关键装备以及新材料与新的驱替技术的研发,以支撑页岩油气、致密油气、深海油气、深层油气的开发和大幅度提高采收率。
  要加强与大数据、人工智能等新技术的融合。目前油气勘探开发正向智能化、一体化、低成本方向发展,技术融合速度不断加快,这既是油气技术发展规律的必然趋势,也是油田提质增效降本的有效途径。通过信息化和工业化的融合,将催生一批颠覆性技术,为油气勘探开发提供有力支撑。
中国科学院院士 汪集晹:
推广梯级利用“地热+”模式

  山东省地热资源丰富,分布面积广,资源储量大,开采条件好,是全国地热资源开发利用起步最早的省份之一。据2018年山东省地矿局初步评价结果显示,全省地热资源开发潜力巨大,包括浅层地热和中深层地热在内的地热资源量折合标准煤约2400亿吨,相当于山东省煤炭资源保有经济可采储量46亿吨的52倍。
  山东省政府对地热能开发高度重视,2017年山东省发改委印发《山东省新能源和可再生能源中长期发展规划(2016-2030年)》,明确提出,到2020年底,山东省地热能总供暖(制冷)面积达到1.4亿平方米,地热能开发利用相当于替代435万吨标准煤。到2030年底,山东省地热能总供暖(制冷)面积力争达到3亿平方米,地热能开发利用相当于替代870万吨标准煤。
  本人领衔的院士团队于2017年8月获得青岛市科技局批准,与青岛市即墨热电公司共建“即墨热电地热院士工作站”。建站三年来,围绕蓝色硅谷区域内地热资源以及旅游开发产业,打造以地热为主的能源供应模式,形成区域绿色电力、绿色热网、生态旅游等产业链的融合,塑造蓝色硅谷海水温泉特色小镇“地热+”多能供应体系。院士团队初步完成了青岛即墨区蓝色硅谷核心区浅层及中深层地热资源分布和储量的勘测和调查,形成了综合开发利用方案,调查报告和综合利用开发方案也已经通过了专家组的评审。
  我们的初步研究结果表明,蓝色硅谷核心区地热资源丰富,开发潜力巨大,其中,浅层地热年可利用资源总量为9.51×1010MJ,中深层地热可利用资源总量为3.24×1012MJ。按照目前蓝色硅谷的规划,传统能源不允许进入,以清洁能源为主导的供暖模式将是核心区的唯一选择,利用好浅中深地热资源,为蓝色硅谷提供清洁供暖,可以解决4637.5万㎡建筑的冬季供暖,也就是说,按照远期规划整个区域52%的建筑的冬季供暖可以用地热来解决。
  建议:一是在蓝色硅谷核心区选定地热资源靶区,率先在山东省建立地热清洁供暖为主导的综合梯级利用先行示范区;二是探索与其他清洁能源结合,形成“地热+”多能互补的分布式能源供应模式,打造以“地热+”为特色的海洋温泉小镇,对助推地方经济发展起到重要作用;三是综合开发、梯级利用的“地热+”模式在山东省乃至全国复制推广,有效提升我国能源安全保障,助力打赢大气污染防治攻坚战。
日本工程院院士、青岛理工大学
教授 高伟俊:
发展可再生能源产业装备

  山东省拥有3100多公里的海岸线,具备丰富海洋型可再生能源,以氢能为储能媒介,完全可以实现可再生能源在城市发展中的能源体系的高占有率和高使用效率。依托山东省海岸线优势,开展山东省能源关键技术开发和产业发展。以能源产业发展促进社会健康发展,服务省内能源需求,减少城市发展的经济可承受度。山东省能源行业发展依托海洋资源,符合国家经略海洋战略和山东省地理优势,重点开发依托氢能为媒介的可再生能源技术的相关产业装备。
  推进可再生能源发电制热、制氢在建筑中的示范应用,发展区域互联综合能源供给系统。推广高效区域热泵采暖和微型热电联供技术,提升区域供能系统的灵活性,促进可再生能源在智慧综合能源系统中的渗透率。
  建筑空调用电带来电负荷巨大的峰谷差,为提升电力系统的调配和供能灵活性,通过结合分布式可再生能源供能系统和建筑储能,加大需求侧智能用能管理系统研发,实现时间上负荷的平准化和空间资源的集约化。
  能源系统高效运行取决于供应侧、运行商、需求侧在能源系统规划建模、灵活性提升及权益平衡管理环节的密切协作,借助财政补贴和动态电价机制等多种手段完善电力市场容量补偿机制。
  值得一提的是“碳中和建筑技术体系及关键技术研发”项目将针对山东省地区碳中和建筑技术路径不明确、主被动技术性能与集成度低等问题,研究建立适用于山东省地区的碳中和建筑定义及技术指标体系。下一步,要集中研发碳中和建筑围护结构隔热的新技术、门窗、气密性、建筑遮阳、冷热桥、通风、热交换等关键产品,推广高能效主动式技术、智能控制和适应性技术、可再生能源产能蓄能耦合应用关键技术,完善碳中和建筑技术体系,推进低碳建筑向更高水平发展。
(本版稿件由本报通讯员 缪久田 张建佩 郑帅 本报记者 张思凯 左丰岐 陈巨慧 整理)