建言“十四五”能源发展 | 未来能源发展新领域新趋势

建言“十四五”能源发展系列活动第十五场：未来能源发展新领域新趋势2020年12月18日总结报告

（来源：微信公众号“北京国际能源专家俱乐部”  ID：beijingenergyclub  作者：Beijing Energy Club）

“十四五”期间，世界正值百年未有之大变局的初期，在短期控制疫情并恢复经济的巨大挑战面前，实现中长期能源低碳转型，应对气候变化，到本世纪中叶实现碳中和成为全球共识和定势。在这场大变局中，中国的崛起和与时俱进的新一轮科技、产业和能源革命，必将与新时代发展的趋势和需求高度一致协同；中国需要牢牢把握住重塑国内和国际新经济模式的大机遇，从“十四五”规划着手，制定切实可行又具备前瞻引领的发展规划，为实现2060年前的“碳中和”目标奠定牢固的基础。

自2020年6月11日起，北京国际能源专家俱乐部联合亚洲开发银行和北大能源研究院，共同组织了“建言十四五能源发展”系列活动。来自国家能源“十四五”规划专家委员会、国家能源局、工信部、国务院其他部委、国内外能源企业、学术机构、NGO共200多位能源相关领域专家分别应邀出席了会议，给出了很多有价值的建议。本次会议是该系列活动的第十五场，也是本年度最后一场。

改革开放以来，几千万中华学子到海外求学，其中很多人在海外继续发展并取得了骄人成就，能源领域也不例外。为了广纳群贤，避免规划盲角，全面了解未来能源发展与应对气候变化的新领域、新趋势，12月18日，“建言十四五能源发展”系列活动以“未来能源发展的新领域新趋势”为主题，邀请十六位来自世界各地的能源与气候领域知名华人学者连线研讨，听取了他们对“十四五”及中长期全球能源发展与应对气候变化的真知灼见。

俱乐部总裁陈新华博士主持了会议，并在开场发言中回顾了今年已完成的系列活动和主要成果。国家能源 “十四五”规划专家委员会组长、国家能源局原副局长吴吟致欢迎词，对海外专家学者参与本次活动表示感谢。

发言的国际专家包括：

施训鹏，悉尼科技大学澳中关系研究院首席研究员、国际能源转型研究会秘书长。

梁希，英国爱丁堡大学能源金融副教授、商业与气候变化中心主任。

王笑楠，新加坡国立大学助理教授，博士生导师，智慧系统工程中心主任，能源研究所研究员。

薛进军，日本名古屋大学国际经济政策研究中心教授，瑞典梅拉达琳大学未来能源中心客座教授，中国国际低碳经济研究所联席所长，国家发改委能源研究所客座研究员，清华大学能源环境经济研究所客座研究员。

吴昌华，气候组织原中国区总裁，里夫金办公室中国主任，未来创新中心首席执行官。

严晋跃，欧洲科学与艺术院院士、《应用能源》杂志主编、瑞典皇家理工学院和梅拉达伦大学教授、国际应用能源创新研究院院长。

李献国，加拿大工程院院士、滑铁卢大学机械和机电工程系教授、滑铁卢大学研究讲席教授、国际氢能协会燃料电池分会主席、《国际绿色能源》刊物主编。

吴建中，英国卡迪夫大学多能源系统教授，工程学院院长，英国能源研究中心联合主任。

郭欣，德国PSI软件公司高级业务发展经理，综合能源网络控制系统开拓者之一。

夏晓华，南非工程院院士、南非Pretoria 比勒陀利亚大学电气电子与计算机工程学院教授、新能源系统中心主任。

张志成，能源领域人工智能科学家、法中能源协会主席。

杨汉新，核电领域专家、核能源首席科学家。

陈小宝，牛津能源研究院资深客座研究员

中石化集团原董事长、俱乐部常务副主席傅成玉，中国工程院原副院长、院士杜祥琬，亚洲开发银行首席能源官翟永平，中国工程院院士、北大能源研究院院长金之钧等进行了点评发言和讨论。陈新华博士对会议形成的新领域新趋势要点进行了总结。来自国家能源 “十四五”规划专家委员会、能源相关国家部委、海内外学术机构和相关企业约40位资深专家学者出席了本次线上会议。

本次会议形成的主要观点总结如下：

（1）重视耦合体系协同转型：能源转型是一个复杂的系统工程，要以大能源观来谋划，开发决策支持工具，做好与资金支持有机衔接的各项准备工作。

能源与水、粮食、废弃物、气候变化、生态系统形成相互影响、相互依存的大耦合体系，与城市基础设施的建设发展也紧密相关，因此，能源转型和“碳中和”目标的实现需要全盘系统化设计，需要在更大的范畴谋划能源系统的转型。低碳转型不仅涉及能源生产系统，更涉及能源消费系统，要做到能源系统链条中的诸多节点上的耦合设计，要求经济社会各行业、各产业、各层面同步调整。只有做到同步、同频、相互支撑，才可能实现全社会范围的成功转型。同时，成功转型需要相应的决策支撑工具和方法学的选择，需要完善的决策体系和行动计划，做到从目标到行动，从具化的里程碑和时间表到切实的预算和资金规划，脚踏实地地推进实施和执行落地。应根据长期碳中和目标，制定可度量实施的阶段性”里程碑”及其行动计划，并有与之相匹配的预算。

（2）推进电力之外的能源转型。

目前，全球能源转型的讨论大多聚焦在电力和交通系统，对电力之外的供热系统重视不够。比如，英国三分之一的碳排放来自热能的生产和使用，供热系统的低碳化策略非常重要。针对不同场景，电能替代未必是唯一的或永远最佳的解决方案。“十四五”期间，需要在不同用能部门之间制定一系列互相协调配合的低碳/零碳策略，包括供热制冷系统、交通系统、工业和农业领域的潜力和机遇，并加以落地实施。城市内部，特别是人口高密度聚集区域，应考虑实施“区域能源自产自销”战略，最大化能源生产、输送和转换过程的效率，例如通过实施冷热电三联供，将发电伴生的热能用最短的路径直接供应用户，以大幅度提高一次能源转换效率。

（3）开发支撑低碳能源的智慧能源系统。

数字科技的发展赋能能源去碳转型已经是大势所趋。建立在现代通讯技术、可再生能源技术和清洁交通/物流技术三者高度融合的现代基础设施体系之上，通过互联网、大数据和人工智能等技术能力和手段，实现能源系统和各用能系统的互联优化，创造巨大的碳减排潜力。基于区块链技术的智慧城市能源系统管理平台可以在用户侧和发电侧之间实现点对点的能源交易，保证交易的高效和透明，以及信息和价值的可信流转，对智慧小镇、智慧园区的发展起着重要的支持作用。

（4）实现公平公正的能源转型。

中国能源转型的一个重点是要将煤炭产量从目前的40多亿吨降到未来的近10亿吨。如此大规模缩减涉及的是数字背后的煤炭企业、矿区、成千上万的家庭和个人的生计，需要缜密规划，避免转型过程中的社会动荡。转型过程要考虑让煤炭、石油等高碳行业有体面、有尊严地退出，需要研究制定一个综合性 “退出路线图”。矿区煤炭企业如何转型，如何培育和提高煤矿职工的再就业能力，煤炭资源型城市和省份如何实现转型，如何寻找和创造新的经济增长点，如何处理煤矿企业与金融系统的债务履约问题，如何利用好产能交易等市场化手段，这些问题都值得深入研究。

（5）培育低碳转型的领军企业。

企业是经济增长的主体和引擎，也是落实碳减排任务的市场主体。中国与欧美国家在应对气候变化方面的重要差距，不仅在于企业与时俱进的不断创新能力，还在于围绕可持续发展和应对气候变化的战略定力与经营管理能力。诸多总部在欧洲或美国的国际知名企业，近十年来都在积极探索碳减排、碳中和的方案，通过设定具体可行的商业和财务目标和行动计划，包括企业内部碳价，把行动目标落实的表现与管理者的年度奖金积极挂钩，苦苦经营，砥砺前行，做好气候变化和碳排放的风险管理，同时有效捕捉新科技和新市场机遇，实现企业的可持续发展。与此相比，大多中国企业显得有些落后，需要迎头赶上，尤其是借力国家“碳中和”目标确立带来的契机，借力科技创新和资本市场的要求，跻身并引领这场深度去碳的全球经济社会大转型。

（6）讲好中国低碳转型能力输出新故事。

中国一直积极倡导能源国际合作，特别是围绕 “一带一路”的能源国际合作。在今后的净零碳转型领跑时代，中国要讲好自己追求低碳转型、低碳能力输出和低碳合作的新故事，与中国在国际合作上引领的其他领域（比如生物多样性）相结合，这对提高中国的国际形象、重振国际社会对中国的信任和信心至关重要。

非洲是未来“一带一路”国际合作的重点区域，要研究如何用中国的资金和技术解决非洲的现实问题。可以考虑以下几个方面：一是要抓住机会，走进非洲，充分利用我国在非洲的良好政治经济关系；二是要合作研究非洲问题，因为非洲的问题存在许多独特性，需要紧密结合当地的实际和特殊需求提供产品服务和解决方案；三是要了解非洲，把握合作重点。非洲地区发展极不平衡，技术和产品需求呈现多样化，在具体的合作项目中要抓住重点；四是要借鉴德国通过其国际合作机构（GIZ）和复兴信贷银行（KfW）在非洲成功开展务实合作的成功经验，同时，积极探索与其他国家合作共同支持这些国家和地区应对气候变化的能力。

另外，建议考虑在非洲设立一个以能源研究为中心的机构或者组织，进行人员的培训，培养非洲学生，同时也培养中国到非洲的留学生。也可考虑在“一带一路”的框架下在非洲成立一个低碳能源培训中心。

（7）制定气候投融资标准，将碳价作为企业和银行系统项目评估的核心参数。

无论是从风险控制角度，还是从投资回报角度，未来碳价对项目影响非常大。内部碳价格的高低直接影响能源项目的可行性，欧美企业和金融机构都有自己设定的内部碳价或影子碳价，如花旗银行就用每吨60美元的碳价对其投资的39家美国能源与电力企业进行财务状况的预判，掌握相关的气候风险和投资回报的预期。中国企业、银行和投资机构应借鉴欧美同行的经验，在项目可行性研究时，采用一个合理的内部碳价，作为投资评估的主要参数。在气候投融资方面，建议国家设立“气候投融资项目库”，用来支持具有示范意义的技术创新精品项目；参与制定气候投融资国际标准，包括气候资金统计标准、间接排放计算标准；开展气候投融资地方试点，成立气候基金，开发气候友好碳金融产品，促进气候技术创新。

（8）高度关注负排放技术开发。

近年来各国都在关注“负排放技术”，主要包括再造林、生态修复、新型建筑材料、土壤固碳、碳捕集、利用与封存（CCUS）、直接空气碳捕捉与封存（DACCS）、生物质能源碳捕捉与封存（BECCS）、生物质炭（Bio）等。作为碳减排的重要手段，许多国家已经就负排放技术进行了积极的研发、示范和商业化运营。我国在这一领域也有试点示范，如油气开采和发电领域的CCS或CCUS项目，但总体关注不够。这些技术中，BECCS具有广阔的前景，被许多国家的专家学者看好。中国应就大规模BECCS的碳源以及对应的环境、土壤，包括粮食生产等一系列关联问题开展研究，作好资源评估与影响评价，并开展示范推广工作。

（9）利用现有基础设施的屋顶与土地资源，增加光伏的普及率。

现有基础设施有大量空置土地产权，可通过光伏+工程的方法，利用好这些空间资源，做大光伏产业，实现2030年风光12亿千瓦的目标。比如，可以利用众多现有的燃煤电站厂房的屋顶和空地灵活布局光伏，每个电站可布局4-8MW，1000个燃煤电站电站的光伏规模就可以达到4-8个GW。此外，利用高速公路的隔音板、高铁沿途两边的空地、其他工业企业的空地等布局这样的光伏系统，可以更加接近用户，方便就地使用，也可以有效避免弃光问题。

（10）做好氢能发展的顶层设计，开展氢能的碳足迹评估，重视交通之外的氢能应用，通过甲醇等载体，实现氢能与传统能源、化工的耦合发展。

目前，很多国家对氢能作了战略定位，如美国提出的“氢能经济”，欧盟提出的“氢能革命”，日本提出的“氢能社会”，德国把氢能称作“未来的石油”等等。利用氢能做好“碳中和”工作需要考虑四个方面，一是做好氢能的顶层设计；二是要制定氢能清洁制氢的路线图，因为现在中国62%的氢气来自于煤炭，制氢还存在高污染、高排放、高成本（三高）的情况；三是要完善氢能管理体制；四是要制定氢能产业的碳排放标准（碳足迹）；五是要加快低污染、低碳排放、低成本的氢能技术开发。

氢能作为未来能源发展的一个重要方向，可与电力共同构成终端能源载体，重塑现代能源体系。许多国家纷纷出台氢能战略，将氢能分成“蓝氢”、“灰氢”、“绿氢”等不同类别。建议对氢能生产、储存、运输、利用开展全过程碳足迹评估和标准指定，鼓励低碳氢发展和国际贸易合作。

此外，要开发交通领域之外的氢能利用，鼓励氢能在电力和热力系统融合应用。氢能经济和甲醇经济是近年来的一个研究热点。可以考虑结合可再生能源制氢和能源化工系统的碳捕集技术，将氢气和CO2合成为甲醇或者氨，在能源系统中推广应用，实现氢能与能源化工的耦合发展，有效降低弃光弃风率，提高CO2再利用效率。

（11）重塑能源统计计量体系。

随着可再生能源在能源系统中的不断增加，能源转换系统、转换效率计算需要重新评估。中国需要深入探讨以“标准煤”为基础的能源统计体系改革，在过程中引入碳计量体系，以便更好与国际能源以及碳排放统计体系接轨。

（12）建立“产学研”相结合的创新体系，开发新一代低碳技术。

创新是产学研相结合的动力，能源和低碳发展的“产学研”模式需要不断创新，这方面日本、挪威、德国等国的模式值得借鉴，以产为主起引领作用，让政府部门与研究机构、学术机构、金融机构参与，是这些国家成功创新的主要模式。日本名古屋大学六位诺贝尔奖获得者正在研发的新一代技术都与节能减碳可持续发展有关，包括低成本LED灯、零能耗建筑、利用比铁轻五倍强度高五倍的纳米纤维生产轻量化汽车技术、使用蓝光 LED 材料“氮化镓（ GaN ）”的“大功率半导体”电动汽车技术、以及微波无线电力传输技术等，这些研发项目的背后都有日本企业的支持，以便取得突破后快速得到应用。

（13）加固能源与电力系统的网络安全与气候韧性。

气候变化和数字化科技赋能对构建未来能源系统带来前所未有的安全风险，气候韧性和能源互联网韧性是在能源转型过程中必须要从设计端就充分考虑的要素。极端天气挑战电力系统的韧性，网络安全风险在于数字技术大规模应用将暴露电力系统在虚拟空间的脆弱性，可再生能源大规模接入也会引发电力系统的稳定性问题。美国当选总统拜登的经济计划中就包含把横跨美国大陆的超高压智慧电网系统的光纤和电缆全部埋在地下的设计，从而可以更好应对飓风和森林大火等风险。能源系统韧性是国家能源转型规划中必须高度重视的一个要素，也是确保国家能源安全的重要保障。

（14）重新设计城市垃圾收集和处理系统，建立收费体系。

我国现在城市垃圾已开始分类，但离发达国家的垃圾分类、收集、处理水平还相差甚远，其中一个非常重要的原因是垃圾的收集分类过程中没有体现真正的成本。应该提高垃圾、废弃物的回收成本，提高每个公民的的责任意识，并逐步探索出垃圾及废弃物收集、分类、处理和热能利用的产业化道路，用市场经济手段提高和完善这一系统。在这些方面，北欧国家的成熟经验值得参考。

（15）推动能源系统向以电力和氢能等二次能源为主导的“能源4.0”系统转变，创新商业模式。

人类社会从利用薪柴做饭取暖，利用煤炭产生蒸汽，到利用石油提供动力，已经经历了能源发展的1.0,、2.0和3.0过程，驱动能源系统演变进程的是人类活动对高密度、高响应能力、高效率、高便利性、高灵活度、高可靠性、高互联度和高清洁度的能源需求。目前全球驱动经济的能源3.0系统仍然是以一次能源为主导，其最大问题在于资源的有限性和环境污染，而未来的能源4.0将是以电力和氢能等二次能源为主要能量载体、多能互补、清洁安全高效的零碳系统。在这个系统中，氢能将在一次能源与终端需求之间扮演重要角色。氢既可以和电互通，也可以和交通、工业、农业相关联，实现能源系统中能量与物质的无污染互联互通。在氢能的推广应用过程中，人工合成燃料（比如甲醇、乙醇、氨等）可以作为能量载体扮演一个重要的过渡角色。为了尽快解决经济性，氢能可以像电力一样按不同的时间段和应用场景浮动定价。

（16）碳中和目标的落实既需要充分利用好现有技术，又要尽快开发利用未来新技术，应以2060年“碳中和”目标为起点，倒推未来的技术需求，集中力量开发。

技术是实现能源转型的关键手段和能力。由于能源基础设施建设需要提前很多年进行规划、设计、审批、征地、生产、施工，实现2050或2060“碳中和”目标来不及等待那些不成熟、具有很大不确定性的技术的大规模商业化推广来实现，而是需要依赖目前市场上已有的技术和产品。因此，技术工作的重点是如何开发新的应用模式，挖掘其潜力。

但在另一方面，目前技术发展日新月异，很多领域也存在重大技术突破的可能，而且有很可能发生在基础设施的某些领域，所以基础设施相关的技术和解决方案值得格外关注。国家需要从2060年“碳中和”目标年开始倒推，为实现这个目标考虑能源系统的形态，识别哪些关键技术在什么时间节点存在机会。这样倒推回来，就更清楚“十四五”期间我们需要从技术、研发、示范和应用的角度必须做什么，从而有针对性地、有计划性地推进科研、开发和示范项目投资。比如：高效经济的可再生能源转换技术还有很大的发展空间；小型模块化反应堆、微型反应堆技术、制氢和储氢技术、碳捕集封存和利用技术、储能技术、节能增效技术、综合能源网络技术、新型能源服务和能源共享技术等等，这些在2060年“碳中和”目标引领下，可以利用中国的体制和规模优势，集中力量办大事，把资金用到刀刃上，系统及时地解决核心关键技术问题，并对制约技术研发和应用的体制机制做出与时俱进的改革。

（17）重视精细化区域能源系统，走集中与分布相结合的能源发展模式。

目前国际能源系统的发展有两大趋势，一是特高压为基础的全球能源互联网为代表的大型能源系统互联互通，虽然技术优势明显，但地源政治影响巨大，投资也非常大，需要谨慎。另外一个趋势在欧美比较明显，发展精细化、智能化区域能源系统，充分利用本地能源，尤其是可再生能源，通过配电网升级改造、多能互补、提供综合能源管理服务、创造新型能源供需模式，利用点对点的共享和共赢，实现低碳能源供需的本地平衡。美国非常明显是两大趋势的有机结合。我国国土面积大，不同地区能源生产和使用情况差异大，需要大型的能源（电力）功能网络与本地灵活的智慧能源相结合，即集中与分布相结合，的能源系统形态和发展模式。在分布式能源研发方面，一方面要鼓励“百花齐放”；另一方面，要集中精力针对这一模式找到一些能够马上在市场上起作用的新技术，利用国家的力量在应用领域实现突破。

（18）能源转型和“碳中和”目标的实现需要强大的“领导力”。

我国政府目前的架构是将气候变化业务与生态环境保护合并在一起，但气候变化与能源紧密相关，而能源业务依然在国家发改委、国家能源局。在新一任政府组建过程中，是否可以考虑把气候变化和能源更加有效的结合在一起，是否有必要建立新的部门来协调国家发改委、生态环保部、国家能源局等部门，加强气候方面的领导力，来统筹需要全社会参与的“碳中和”工作。这个顶层设计问题对于“碳中和”目标的实现非常重要。

（19）重塑能源市场设计。

可再生能源发展，在不同的发展阶段，会出现不同的问题，需要重塑能源市场设计。能源转型的典型问题，首先是电力系统的平衡问题，尤其是在风电、光伏等可再生能源引起整个电力系统出现严重的峰谷现象时，平衡的成本往往随着可再生能源比例的提高而增加。德国的经验表明，具有自平衡机制的能源市场，加上对可再生能源发电量的精准预测能有效降低平衡成本。其次是能源转型在进入中期后会出现日益频繁的负电价，增加能源系统的总成本，需要对系统内各类能源系统进行进一步优化设计。尤其要进一步提高能源系统的灵活性。随着我国热电联产在各类能源系统的普及，可以借鉴德国的经验，通过热电解耦，加上补贴的调整，尽可能避免负电价的出现，降低能源系统的总成本。持续提高能源系统的灵活性是能源转型成功的关键措施之一。

（20）关注小型堆和微型堆核电技术，开发核能发电、供热、海水淡化、制氢多应用系统。

目前，作为比常规能源碳排放低得多的能源形式，全球核电发展面临许多困境。一是成本居高不下；二是投资大、融资难；三是尽管风险概率很低，但是事故后果却是难以预料。目前核电发展遇到的主要瓶颈是：需要电的发展中国家资金短缺、融资困难，已成为阻碍核电发展最为严重的问题。核电要想发展，传统的资金密集型、投资大的反应堆受到了很大限制。而小堆、微堆因投入小、周期短，还可以滚动发展，将成为未来核电的一个发展趋势。可以学习高铁模式，整合供应链统筹发展以降低成本，并且做好长期发展规划，为未来的核电技术预留空间。另外，未来核能发电与供热、海水淡化、制氢等可以形成一个多用户系统，可以与煤炭等高碳能源系统形成竞争与替代的关系，将各种可再生能源与氢气等气态能源进行协同融合，而反应堆可以是集中式的、分散式的，也可以是大堆、小堆，在沿海、内陆等地灵活布局。