中國電力企業(yè)聯(lián)合會電力統(tǒng)計與數(shù)據(jù)中心 蔣德斌
在2020年9月第75屆聯(lián)合國大會上，習近平總書記向全世界做出“力爭于2030年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”的承諾，這個承諾體現(xiàn)了中國作為一個負責任大國的勇氣與擔當，也為能源發(fā)展指明了目標和方向。能源是二氧化碳排放的重要來源，在實現(xiàn)排放目標、兌現(xiàn)氣候承諾、保障能源安全方面，承擔著重要的責任。必須緊緊抓住能源發(fā)展的關鍵，堅定不移地推動能源轉型，在轉型思路、轉型策略、關鍵技術和系統(tǒng)設計等各方面，認真研究、統(tǒng)籌規(guī)劃，確保實現(xiàn)能源轉型的目標，推動中國能源安全、綠色、協(xié)調(diào)、高質(zhì)量發(fā)展。
一、能源發(fā)展的關鍵在于轉型
人類對能源的依賴性越來越強。
能源的重要性，在人類早期就有所認識，所以自人類有社會組織以來，就很注意儲存糧食以備饑荒，斗爭時期更是將截斷糧草作為奪取戰(zhàn)爭勝利屢試不爽的法寶。人類社會自實現(xiàn)能源的工業(yè)化生產(chǎn)和應用之后，才有可能實現(xiàn)在不到一個世紀的時間內(nèi)，所創(chuàng)造的生產(chǎn)力，比過去一切時代所創(chuàng)造的生產(chǎn)力還要多、還要大。因為無論是工業(yè)機器、化學、輪船、鐵路、電報等，都需要大規(guī)模的能源作為基礎和支撐。分析過去幾十年的經(jīng)濟發(fā)展速度和能源供應曲線，現(xiàn)代社會經(jīng)濟的發(fā)展和能源具有極為緊密的關聯(lián)性，能源供應的波動必然帶來經(jīng)濟發(fā)展的波動，反過來，經(jīng)濟發(fā)展波動，也帶來能源消費的波動。人類離不開能源，能源供應中斷事故造成的破壞性后果，更是直觀地展現(xiàn)了人類基本生產(chǎn)生活對能源的依賴性。
化石能源始終是主力消費能源。
人類社會進入工業(yè)社會以來，一段時間內(nèi)對于能源的需求，呈現(xiàn)幾何級數(shù)的增長。即使到最近幾十年，總體上依舊處于較快增長的趨勢。按照BP的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，到2018年，全球的能源消費總量是138.65億噸標準油，這個規(guī)模是1965年消費總量的3.72倍。在2018年所消耗的能源中，化石能源占117.44億噸，在終端能源消費總量中的占比是84.7%，這個比重雖然比高峰年份有所降低，但是依然占絕對比重，而且絕對的消耗量仍在增加。
對化石能源的嚴重依賴隱藏著嚴重的危機。
對化石能源的嚴重依賴，所帶來的問題有以下幾點：第一，化石能源將很快被消耗凈盡。雖然還有未曾發(fā)現(xiàn)的化石能源蘊藏，但是化石能源的儲量終究是有限的，如果不能找到合適的替代能源，按照2018年的消費速度，在八十年左右的時間內(nèi)，全球化石能源將消耗凈盡。第二，大規(guī)模開發(fā)利用化石能源帶來嚴重的環(huán)境污染。目前人們主要以直接燃燒的方式利用化石能源，其中含有的硫、氮等排到大氣，形成酸雨等腐蝕性污染物，同時在開發(fā)、生產(chǎn)利用過程中排放煙塵的其他污染物，對局部地區(qū)水土、地質(zhì)等造成破壞和污染。第三，化石能源利用過程中大量排碳，是大氣溫室效應的主要影響因素。大量碳本來儲存于大地巖層內(nèi)的化石能源中，在化石能源燃燒過程中以二氧化碳氣體形式排入大氣，急速加快大氣中二氧化碳含量，使得地球大氣溫度升高，已經(jīng)成為全球共識。這些問題都會對地球生態(tài)環(huán)境帶來嚴重影響，最終對人類的發(fā)展和生存帶來挑戰(zhàn)。
能源技術和能源治理都還沒有找到革命性的突破口。
人類意識到能源問題帶來的挑戰(zhàn)，一直在努力尋求未來能源供應的解決途徑。從技術上看，還沒有找到很好的辦法。人們普遍認為，能夠替代化石能源的主力能源，可能是水電能、核能、風能、太陽能和海洋能。除了海洋能主要還是在實驗和小規(guī)模建設初步生產(chǎn)外，水電能、核能、風能和太陽能等的應用都已經(jīng)比較成熟，近二十年也取得了很大的發(fā)展。然而，這幾種能源在能源消費總量中的比重，加起來還不到16%，而且還沒有一種單一能源在消費中的比重超過10%(水電能占比最大，為7%)，所以，還沒有一種能源可以作為三種化石能源的替代能源。從能源治理看，能源問題不是一個國家、一個民族的問題，所有國家和民族，是緊密綁在一起的人類命運共同體。地球上的所有生命的命運，都最終取決于人類的選擇。地球不需要人類拯救，因為即使沒有人類，地球依舊存在。但是人類和這個星球上的生命，生存或者死亡，則取決于人類的自覺、智慧和執(zhí)行能力。問題在于，人類雖然已經(jīng)認識到這個問題，但是在摒棄分歧、實現(xiàn)合作以達成全球統(tǒng)一行動，實現(xiàn)有效的能源治理上，還存在嚴重的問題。
人類一切活動都嚴重地依賴于能源，而能源供應面臨資源枯竭、技術能力、大氣環(huán)境等因素的限制，能源已經(jīng)日益顯示出其成為人類發(fā)展的瓶頸和約束。確保未來能源供應，已經(jīng)成為擺在人們面前的一大課題。人類必須合作以實現(xiàn)全球能源的有效治理，共同應對面臨的困難和危機。然而，對于能源轉型的技術方向，實現(xiàn)有效的全球能源治理，以及關系人類命運長遠和持久發(fā)展和短期利益分配協(xié)調(diào)等機制，都還沒有形成共識。能源發(fā)展正處于十字路口，人類的命運，處于十字路口。
二、能源轉型的關鍵在新型能源
能源轉型，也已成為業(yè)內(nèi)專家和全社會的共識。但是，該如何轉型，還有很多不同的意見。
能源轉型的關鍵，是能夠規(guī)模地開發(fā)和使用新型能源。新型能源，是指風電能、太陽能(包括光伏、光熱、熱動力利用方式)、生物質(zhì)能以及海洋能。這些能源一般具有以下幾點最基本的特征，也是對轉型能源最基本的要求：一是能源開發(fā)利用在技術和經(jīng)濟上是可行的。技術上可行，才有能源開發(fā)利用的可能;經(jīng)濟上可行，才能夠得到可持續(xù)的推廣應用，且應在計入環(huán)境成本等因素的條件下，單位能量的成本在可以承受的水平。二是能源在開發(fā)、運輸和使用過程中不會對環(huán)境、大氣等帶來負的外部效應。能源過程必然會對外部環(huán)境帶來影響，但是這個影響要么是正面的，要么其負面影響是在可接受的范圍之內(nèi)，或者可以通過技術和管理措施加以修正的。第三，這種能源可以安全地大規(guī)模開發(fā)利用，從而具備替代傳統(tǒng)能源的能力。
目前，符合這三個特征的能源，包括水電能、風電能、太陽能、生物質(zhì)能等新能源。核能實際上也是清潔的能源，但是自福島核電站事故以來，發(fā)展并不順利。
對于這幾種能源，在筆者看來，還是存在一些關鍵的問題沒有解決，這些問題不解決，就難以真正成功地實現(xiàn)能源轉型。
第一，決定太陽能、風能、水電能等的資源蘊藏量的主要因素，是受經(jīng)緯度決定的環(huán)境氣候、地理特點和地質(zhì)特征等，在資源查探技術與能力基本成熟的情況下，資源蘊藏量是相對穩(wěn)定的，在較長時期內(nèi)不會有大幅度起落，除非局部地理或者全球氣候發(fā)生突變。這一點在當前的能源轉型討論中很少提及，但卻是十分重要的。這和化石能源資源很不一樣——化石能源資源在每一年幾乎都有新的礦藏發(fā)現(xiàn)。新型能源可開發(fā)的資源儲量能不能滿足未來的能源需求?筆者研究發(fā)現(xiàn)，至少對于中國而言，將所有技術可開發(fā)的太陽能、水電能、風電能均開發(fā)利用后，依然不能平衡中國未來強勁的能源需求。在分析的各種情景下，目標年需要化石能源平衡的能源需求份額較大。這是一個值得重視的問題，如果不能夠提前預見并做好準備，在化石能源難以為繼的情況下，能源出現(xiàn)斷崖式的“硬”斷供，從而引發(fā)經(jīng)濟和社會的混亂，不是不可能發(fā)生的事情。
第二，在資源蘊藏總量一定的情況下，要增加新型能源的供應能力，唯一的途徑是通過先進技術手段提高能源轉換的效率。對于風電能來講，就是能否改變風電能依靠風輪轉換成電能的技術路線，以突破貝茨理論的轉換效率限制，同時降低風電能轉換設備的制造難度。對于太陽能光伏利用來講，就是如何不斷提高太陽能光伏轉換的效率。目前投入商業(yè)應用的先進光伏發(fā)電的轉換效率大約25%，理論上，這個效率可以提高到70%以上。隨著轉換效率的提高，太陽能作為供應能源的供應能力可以得到大幅度增強。
第三，新型能源具有間歇性和不可確定性的特點，與連續(xù)、可靠、可持續(xù)穩(wěn)定的能源供應要求相矛盾。因此，在發(fā)展新型能源的同時，必須發(fā)展配套的能源技術，其中最為重要的是大容量的能源儲存技術，以及具有與新型能源互補特性或逆向調(diào)節(jié)特性的能源。在以新型能源為主的能源系統(tǒng)中，系統(tǒng)本身不具備足夠的調(diào)節(jié)容量，或者沒有安裝足夠容量的儲能設備，系統(tǒng)能源供應的穩(wěn)定性、安全性和可靠性無法保障，新型能源也就不能作為主力能源。
三、中國能源轉型的前景和挑戰(zhàn)
作為一個有抱負的民族和國家，中國在能源問題上的基本方針是要加強國際合作以實現(xiàn)全球能源的理想治理，同時又必須實現(xiàn)能源獨立自主——不僅僅是能源供應，也包括能源核心技術和能源治理——從而實現(xiàn)獨立自主和安全充分發(fā)展，這確實是一個嚴峻的挑戰(zhàn)。
分析中國能源轉型過程的基本思路是，設定一個經(jīng)濟目標和相應的能源目標值，并由此反推，推算達到這個目標值所需的合理時間和各水平年的平均增長速度，以及各個水平年能源配置的基本結構，從而可以模擬能源轉型的完整過程。筆者在模擬分析中，考慮在三十年的時間內(nèi)，中國人口基數(shù)維持14億不變，人均GDP4.23萬美元，達到德國2018年水平，能源強度1.08千瓦時/美元，達到歐盟2017年的水平。考慮水電能、風能和太陽能資源到目標年實現(xiàn)充分開發(fā)利用，按照三種化石能源不同的增長組合，能源需求的缺口由核電能補足，對能源轉型分四個場景進行分析。分析表明，到目標年，中國的一次能源總需求將達到63.2億噸標準油，為2018年的1.93倍，年人均能源消耗能源189.6吉焦。
分析四種能源轉型場景，顯示中國在能源轉型過程中，煤炭將持續(xù)作為基礎能源，到目標年最為理想的情況下，煤炭依舊是一次能源消費中占比最高、達到41%，其次是核能，占比將達到12%，其后一次是風能11%、石油10%、太陽能9%、水電能8%、天然氣7%。基于此能源結構，在終端能源消費中，電能消費占比將達到52.8%。
展望中國的能源轉型，有幾個問題需要重點關注:
第一，關于煤炭的地位問題。中國是一個能源資源短缺的國家，化石能源資源儲量只有全球的8.3%，其中石油占全球的1.5%，天然氣占全球的3.1%，即使最為豐富的煤炭，也只占全球的13.2%，只有美國的一半左右。近年來，中國煤炭生產(chǎn)量大，2018年的儲采比只有38年。因此，煤炭是中國的主力能源，但是也是最需要謹慎利用、精心安排利用的能源。如果煤炭利用不當，中國的能源安全得不到可靠保障，無法實現(xiàn)能源的“軟”轉型。
第二，依靠新型能源無法支撐中國安全地實現(xiàn)能源轉型。這里主要存在兩個方面的問題，一是失去化石能源的支撐，又在技術上不能大規(guī)模開發(fā)海洋能的情況下，新型能源的可利用能源量無法滿足未來中國的能源需求，而海洋能開發(fā)利用技術目前才剛剛起步，其發(fā)展的技術路線、前景和規(guī)模尚難以預料;第二，如果沒有化石能源和核能的支持，新型能源的調(diào)節(jié)特性不具備響應能源需求特性的能力，能源系統(tǒng)的安全性、可靠性和可持續(xù)性無法得到本質(zhì)性的保障。
第三，加強安全性能好、調(diào)節(jié)性能強的核能利用。核能具有能量密度高，清潔、低碳等極為寶貴的特性。在核能利用上，第一，要重視核能利用中的安全問題，以核裂變原理獲得可控核能的技術，已經(jīng)發(fā)展到第四代，安全性總體上是能夠得到保障的，但是要確保萬無一失，就要加強利用核聚變原理獲得可控核能的技術開發(fā)和生產(chǎn)應用，從原理上確保核能安全。第二，要重視核能源的綜合利用，不要將核能利用僅僅局限于發(fā)電，而應在電、熱綜合利用、核電余熱淡化海水或者制氫等等方面加強研究和應用，提高核能源的利用效率。第三，要加強核電機組的靈活性，從模塊化、小型化和提高核電機組調(diào)節(jié)能力等方面著手提高核能源的調(diào)節(jié)能力，以適應大量新型能源接入系統(tǒng)的條件需求。
四、中國能源轉型的基本策略
能源的未來決定人類的未來，能源轉型是這個時代緊迫而重大的課題。在能源轉型過程中，要以瞻望長遠、尊重科學、周密論證、立足實際，確定能源轉型的基本策略。
第一、充分利用傳統(tǒng)化石能源
一是減少石油的動力應用。石油用途廣泛，十分珍貴，石油資源減少對工業(yè)影響很大。目前差不多七成左右的石油用于交通動力，在控制石油總體消費量的前提下，抓緊發(fā)展高能量的動力電池等技術，發(fā)展電動力、氫動力、燃氣動力新型交通工具，逐步替代石油在交通動力領域的應用。
二是擴大天然氣生產(chǎn)渠道以保障能源穩(wěn)定供應。從能源安全角度考慮，控制天然氣進口比例保持在40%左右。以2018年天然氣儲量為基準計算，到2048年，天然氣存在19.8%的缺口，缺口量為10.3億油當量。為滿足天然氣需求，一方面，需要增加天然氣查探力度，發(fā)現(xiàn)更多天然氣資源，另一方面，則要加大可燃冰資源的開發(fā)利用力度，盡快實現(xiàn)可燃冰資源低成本可持續(xù)生產(chǎn)。第三，推進電轉甲烷技術研究，建設碳-能循環(huán)系統(tǒng)試驗項目，并逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，確保燃氣在將來的能源供應系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定利用。
三是妥善利用煤炭資源。2018年，中國煤炭進口量占煤炭總量的7.2%，為延長國內(nèi)煤炭儲量的使用、為能源轉型爭取時間，應在控制煤炭使用總量的同時，增大煤炭進口比例，以每一年進口量比上一年增長5.9%計算，到2048年煤炭進口量占煤炭總量的40%。按此，到2048年，三十年共消費煤炭688.9億噸標準油，其中進口138.4億噸，國內(nèi)生產(chǎn)550.5億噸，平均進口占總消費的20.7%。以2018年煤炭儲量計算，到2048年，還可以剩余143.5億噸標準油煤炭儲量。這個量，以2048年的煤炭年產(chǎn)量算，還可以生產(chǎn)九年多時間。
從目前看，煤炭主要應用于電力行業(yè)，其次是鋼鐵行業(yè)、化工行業(yè)，同時，全國還存在較大的散燒比例。煤炭的各種利用方式效率并不一樣，集中利用效率更高、排放更小、更清潔。未來煤炭利用，應著力發(fā)展超低排放的燃煤發(fā)電，加強散煤治理和離散能量需求替代，開展新型煤化工等，提高煤炭的使用效率，減低煤炭污染物排放。
第二、綜合利用清潔能源
目前公認的清潔能源，包括水電能、風電能、太陽能和海洋能。核能只要安全性得到保障，是極其優(yōu)質(zhì)的清潔能源。清潔能源是未來能源轉型的重要選擇，要大力開發(fā)利用好。清潔能源利用，能源供應系統(tǒng)的設計非常重要。綜合考慮，未來能源供應系統(tǒng)主要包括以下幾類：
傳統(tǒng)型能源供應。這是目前城鎮(zhèn)主要采取的能源供應方式，也是將來重要的能源供應模式。通過與大電網(wǎng)相聯(lián)獲得可靠的電能供應，通過與燃氣主系統(tǒng)相聯(lián)獲得可靠的燃氣供應。具備條件的，可以安裝太陽能利用設施(發(fā)電或者供熱)作為供能補充。這種模式未來在商業(yè)模式上、經(jīng)營方式上可能會發(fā)生變化，對于用戶來講，一方面會增加商業(yè)的選擇性，甚至參與商業(yè)活動。另一方面，通過開發(fā)用戶多能源供應的綜合優(yōu)化系統(tǒng)，能源供應將更加經(jīng)濟和智慧。
掛網(wǎng)型能源供應。這種方式一般是自身有一定容量的能源生產(chǎn)能力，但是通過和能源主網(wǎng)聯(lián)結，以能源主網(wǎng)作為備用能源以增強能源供應的可靠性的供能方式。當主網(wǎng)事故出現(xiàn)供應中斷的時候，這些用戶的能源供應一般可以保障能源供應，有條件的用戶還可以返送能源以支持大網(wǎng)啟動。這也是未來能源供應的重要方式，用戶使用自己生產(chǎn)的能源還是主網(wǎng)能源，用戶對于主網(wǎng)是能源用戶還是能源生產(chǎn)廠，取決于用戶的經(jīng)濟優(yōu)化結果。
離網(wǎng)型能源供應。在偏遠地區(qū)，將能源供應網(wǎng)絡延伸過去成本很高，或者在技術上實施時較為困難。遠離大陸的島嶼不太可能與大陸建設物理相連的能源系統(tǒng)，島嶼之間有時也很難通過物理的能源輸送網(wǎng)絡聯(lián)結起來相互供應能源。這時需要因地制宜地在當?shù)亟ㄔO離網(wǎng)型供能網(wǎng)絡，無論是單一農(nóng)村用戶，還是一個孤島的能源供應，其基本原理都類似，只是復雜程度差別很大。離網(wǎng)型能源供應系統(tǒng)，可用能源可以是天然氣、生物質(zhì)、太陽能、風能、海洋能等任何一種或者幾種的組合，其中，大容量蓄能設施是不可或缺的關鍵設備。
為孤島或者島嶼群設計的離網(wǎng)型供能系統(tǒng)，在生產(chǎn)能源的設施中，除了風能和太陽能以外，還包括波浪能等海洋能。如果碳-能循環(huán)系統(tǒng)發(fā)展成熟，可以利用此系統(tǒng)對島嶼實現(xiàn)燃氣供應。島嶼之間通過船運蓄能體或者人造天然氣，從而將島嶼群聯(lián)結成為一個能源供應網(wǎng)絡，島嶼群和大陸之間也可以通過船運建立能源聯(lián)結。
第三、能源輸配系統(tǒng)
在結合實際綜合設計能源供應系統(tǒng)的同時，能源的輸配網(wǎng)絡也將與現(xiàn)在有所不同。終端能源中電能比例增加，電儲存技術發(fā)展以及綜合能源利用技術的發(fā)展，可能會對能源轉運格局產(chǎn)生深刻的影響。這個影響體現(xiàn)在以下幾個方面:
第一，終端能源消費中增加的電能比例主要是新型能源和核能，新型能源的隨機性、低利用率使建設大電網(wǎng)輸送電能變得不那么經(jīng)濟。為此，煤火電、天然氣火電廠應與新型能源開發(fā)綜合規(guī)劃、配套建設。適應新型能源的特征，需要增加火電機組的靈活性，以及處于負荷中心的核電機組的靈活性。這將使得火電機組、核電機組的效率和經(jīng)濟性變差，需要認真研究解決。
第二，作為高能量密度的電源，核能應該建設在負荷中心區(qū)域，但是核能站址選擇將是一個問題。理論上講，可以在退役火電機組退出來的廠址，建設高安全性、具備綜合能源利用特征的模塊化核能電站，但這又將面臨核能安全問題所帶來的社會承受壓力。核能布局東南沿?？梢院芎玫仄胶怆娔芪麟姈|送、北電南送的潮流，但是沿海適合發(fā)展核電的廠址有限。在能源供需緊張的嚴峻形勢下，內(nèi)陸發(fā)展核電，是遲早的問題。這些都將對未來能源輸配產(chǎn)生很大的影響。
第三，隨著小型太陽能、小型風電的普及應用，以及農(nóng)村生物質(zhì)能源利用(如沼氣資源)的發(fā)展，掛網(wǎng)型、離網(wǎng)型等微網(wǎng)能源供應比例增加，將對主網(wǎng)能源供應帶來影響。一方面，使得在偏遠地區(qū)不惜代價地建網(wǎng)通能失去比較價值 也褫奪了主網(wǎng)對這些地區(qū)實施能源供應的權利。另一方面，微型能源網(wǎng)可以對主網(wǎng)形成很好的補充，在主網(wǎng)遭到外力破壞的時候，不僅能夠保障自身能源供應，還可以對主網(wǎng)形成支援。
第四，電儲存技術使得電能不一定必然通過大電網(wǎng)輸送，也可以通過貨運蓄電池的方式輸送電能。大容量蓄電池使得離網(wǎng)型能源網(wǎng)有了可靠備用，也使得孤島電網(wǎng)之間可以通過貨運網(wǎng)絡聯(lián)在一起，從而構成了除電網(wǎng)之外的新的電能輸送網(wǎng)絡。
第五，不可調(diào)度、離散新型能源網(wǎng)生產(chǎn)的電能，也可以通過碳-能循環(huán)系統(tǒng)就地轉換成可大量儲存、運輸?shù)奶烊粴?，通過貨運網(wǎng)絡輸送到需求地，以燃氣直接利用或者再次發(fā)電轉換成電能使用。技術成熟后的此類能源生產(chǎn)單元，在將來具有很大潛力，將成為未來能源供應系統(tǒng)的重要組成部分，也使得天然氣有條件成為永遠的能源。
第四、能源轉型中的關鍵技術
為確保能源轉型過程及未來的能源供應系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定和可持續(xù)，需要重點攻克幾項關鍵的能源技術。這幾項技術是大規(guī)模能量儲存技術、海洋能綜合開發(fā)與技術、碳-能循環(huán)的技術與系統(tǒng)集成。
大規(guī)模能量儲存技術。當前，能量儲存技術已經(jīng)在能源供應系統(tǒng)中得到較為廣泛的應用，但是，較為成熟且能夠大規(guī)模儲能的只有抽水蓄能技術。采用壓縮空氣儲能(CAES)技術的，目前只是在德國和美國，各有一座十萬千瓦級電站，國內(nèi)仍在做研究和工程示范。電儲能技術具有能量密度高、綜合效率高、反應速度快的優(yōu)點，特別適用于與太陽能光伏、風能發(fā)電等新型不可調(diào)度能源配合使用，也很適合在微電網(wǎng)中使用，但是其主要的瓶頸在單個電池容量不高、壽命較短及廢舊電池處理帶來的環(huán)境污染問題。儲能技術向著大容量、小型化、可移動、標準化、智慧型的發(fā)展方向，將給未來的能源供應系統(tǒng)，特別是電力系統(tǒng)帶來本質(zhì)性的改變，也是能源順利實現(xiàn)轉型的基礎的和關鍵的技術。
海洋能的綜合開發(fā)和利用技術。海洋能包括潮汐能、波浪能、潮流能(洋流能)、溫差能、鹽差能等。將海洋中的機械能或化學內(nèi)能轉換成電能，目前比較成熟的是潮汐能發(fā)電技術，能量密度比較大的是波浪能和海流能發(fā)電技術。這三種技術都已經(jīng)有建成運行的發(fā)電站，或者試驗站，并不斷向更大容量和規(guī)模發(fā)展。溫差能和鹽差能發(fā)電則依舊在試驗研究階段，離正式的商業(yè)應用還有一定的差距。海洋占地球表面積的70%以上，陽光照射到地球，大部分能量為海洋吸收，而由于太陽和月球引力所引起的潮汐和海流(洋流)，也蘊藏著巨大的能量。據(jù)OES估計，全球海洋能年發(fā)電量合計超過76萬億千瓦時，接近2018年全球總發(fā)電量(26.6萬億千瓦時)的三倍。
海洋能開發(fā)利用的基本思路，一是要將海洋能發(fā)電系統(tǒng)和海上太陽能發(fā)電系統(tǒng)、海上風力發(fā)電系統(tǒng)結合起來，實現(xiàn)多能互補海洋能集成系統(tǒng)發(fā)電。二是要將海洋能發(fā)電系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)結合，在提高能源開發(fā)利用率的同時，儲能可以使海洋能發(fā)電系統(tǒng)完全脫離陸地岸邊，不需要建設成本高昂的輸電配電設施。三是海洋能發(fā)電系統(tǒng)與人工化石能源合成、海水淡化系統(tǒng)結合，即利用海洋能發(fā)電系統(tǒng)生產(chǎn)的電力就地淡化海水，這方面已經(jīng)有工程實施。也可以利用所發(fā)電能和海水制氫，進而利用氫和空氣中的二氧化碳，制成安全技術和運輸技術成熟的人造天然氣，同時可以吸收大氣中的二氧化碳。
人造天然氣技術。捕集空氣中的二氧化碳和水，消耗電能制造碳氫燃料，生產(chǎn)易于運輸和儲存的液態(tài)碳氫燃料，如甲烷、乙醇等，從而實現(xiàn)碳能循環(huán)。目前這種電轉碳氫燃料技術總體上還不算十分成熟，在多個技術路線中，以電解水制氫結合二氧化碳加氫技術路線已經(jīng)建成多套示范裝置。
五、針對氣候問題的能源系統(tǒng)集成設計
能源帶來氣候問題的本質(zhì)，是因為化石能源的大規(guī)模開發(fā)利用，改變了碳的天然循環(huán)，把處于巖石圈中的還原碳過快地釋放到大氣中，人為地加快了巖石圈和其他圈層的碳交換，導致大氣中二氧化碳的濃度升高，破壞了自然界原有的平衡。從而帶來全球碳循環(huán)失衡，改變地球生物圈的能量轉換形式，導致全球氣候變暖，隨之帶來海平面升高、冰川融化、極端氣候等一系列生態(tài)環(huán)境問題。
碳-能循環(huán)系統(tǒng)的基本思路，就是采用一些關鍵技術，將大氣中多余的碳還原，從而打通碳在大氣圈和巖石圈的雙向循環(huán)，進而控制和調(diào)整大氣中的二氧化碳濃度，使其維持在允許的范圍之內(nèi)，同時，可以提供源源不斷的化石能源，確保高密度能源的可靠穩(wěn)定可持續(xù)供應。利用海上綜合能源平臺實現(xiàn)碳-能循環(huán)系統(tǒng)的構想。
自然界中的能源各自具有不同的特性，不存在十全十美滿足各方面要求的能源。因此，要善于發(fā)現(xiàn)各種能源的特點，發(fā)揮每一種能源的長處，規(guī)避其不足。在一個能源系統(tǒng)中，能源結構的多元化十分重要。同時，用系統(tǒng)思維去想辦法解決諸如碳排放等問題，實現(xiàn)安全穩(wěn)定可持續(xù)的能源供應是可能的。中國的能源資源稟賦、經(jīng)濟和技術發(fā)展水平?jīng)Q定了能源轉型的道路不會平坦，轉型過程中將會遇到很多問題和困難。在這個過程中，要尊重科學，尊重規(guī)律，尊重自然資源稟賦，堅定能源轉型的目標，為確保實現(xiàn)國家經(jīng)濟和社會發(fā)展目標，為國家富強和民族復興，提供堅強的能源保障。
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