从能源角度看新时代的西部大开发——访中国工程院院士倪维斗

倪维斗，中国工程院院士、清华大学教授，长期从事复杂热力系统及关键部件的先进建模方法和控制策略研究，成功研制出我国首台燃气/蒸汽联合循环的模拟培训装置。他致力于我国能源可持续发展战略的研究，提出和推动的适合我国国情的“以煤气化为基础的多联产系统”列入我国中长期科技规划。

世纪之初，倪维斗曾专门就西部大开发如何与能源发展紧密结合进行分析。本刊日前就新时代的西部大开发与能源创新发展等话题采访了他。他认为，能源是西部地区发展的重要支撑，需统筹考虑传统能源与新能源协同发展，坚持科技创新，在能源电力行业大力培育发展新质生产力。

从能源角度看新时代的西部大开发

——访中国工程院院士倪维斗

西部大开发需坚持“三位一体”

《能源评论》：作为能源领域的专家，您一直关注我国西部地区的发展，20多年前就进行过深入研究。立足新时代，您认为我国西部大开发应坚持哪些基本原则？

倪维斗：西部大开发是需要长期坚持的国家战略，必须贯彻“大保护、大开放、高质量发展”三位一体的有机统一。作为世纪工程，西部大开发同样要不忘初心，具体来说，应继续坚持以下四个出发点：一是保护、改善生态环境，推动实现可持续发展；二是改善当地人民群众的生活条件，发展经济，提高收入水平；三是开发当地丰富的自然资源，但不仅是简单的资源输出，而要以资源为基础实现产业增值，在此过程中全面发展经济、培养人才；四是提高当地的教育水平，培育新型知识人才队伍，促进西部地区的科技创新和社会进步。

《能源评论》：世纪之交，我国西部地区的国内生产总值占全国的17.1%。到了2023年，这一比例增加到21.5%（26.9万亿元）。您认为，能源在其中发挥了什么作用？

倪维斗：能源是西部地区发展的重要支撑。西部地区有着丰富的太阳能、风能、煤炭等资源，新能源的快速发展带动了产业链的升级和产业结构的变化。一方面，西电东送等工程的实施为西部能源提供了广阔的市场，为当地经济建设提供了大量资金支持，将西部地区的资源优势转化成经济优势；另一方面，新能源的就地消纳推动了西部能源消费方式的转变，也为当地工业发展提供了充足的能源支撑和成本竞争力，对促进西部地区的经济发展、改善人民生活水平具有重要意义。

近年来，我国加大对西部地区能源开发和利用的力度，加快建设一批国家重要能源基地。国家能源局发布的数据显示，截至2023年年底，西部地区12个省份新能源发电装机总容量达4亿千瓦，占全国新能源发电装机总容量的40%左右。西部地区水能资源富集，技术可开发量占全国的八成以上；截至2023年年底，西部地区12个省份已建成水电装机容量约2.7亿千瓦。2023年，山西、蒙西、蒙东、陕北、新疆等五大煤炭供应保障基地的煤炭产量达38.3亿吨，占全国煤炭产量的八成左右。

协同推进传统能源与新能源发展

《能源评论》：如您所述，西部地区在我国能源版图中的地位将越来越重要。您认为当前西部地区能源发展面临的突出挑战有哪些？

倪维斗：国务院印发的2030年前碳达峰行动方案指出，要推进煤炭消费替代和转型升级。我国近年来持续加快煤炭减量步伐，“十四五”时期严格合理控制煤炭消费增长，“十五五”时期逐步减少。新能源的大规模开发和化石能源占比的不断下降，也对西部能源发展提出了新的挑战。一是消纳难。西部丰富的风能、太阳能资源虽然产出高，但如何就地消纳、如何大规模送出是一个挑战。二是通道窄。西部走廊狭窄，不利于大量能源外送，需要开辟高速通道并从战略角度安排安全保障问题。同时，风电、光伏发电又具有较大的随机性、波动性，需要增强预测能力，或者配置储能设施以保障稳定出力。如果我们能解决好上述难题，将能够很好地带动西部地区新能源的快速发展。

发展新能源，一定要规划先行，不仅要考虑资源开发，还需要系统考虑经济发展、新能源消纳以及配套电网建设，同时还要不断提升技术研发水平，争取让发电成本降下来，减少国家补贴。

《能源评论》：您曾表示，能源行业应该坚持系统理念、协同发展思维，不同能源品种应该扬长补短、优势互补、形成合力。在西部大开发的过程中应如何贯彻这一理念？

倪维斗：近年来，我国新能源发展迅猛，但截至2023年年底，我国火力发电装机容量占比仍高达47.6%。特别是，太阳能和风能具有不稳定性、随机性等特点，不可能完全取代煤电。煤电仍需发挥辅助协助作用。确保可再生能源发电能够稳定运行，所以要不断探索风、光伏发电与煤电等传统能源的协调机制。

中国传统能源低碳转型的路径，一是尽快提高化石能源效率、减少能源消耗；二是不断增加生物质的用量，通过能源生产与农林业科技的协同创新，构建生态能源减排方案。基于生物质创新技术，拓展商业模式，建立生态能源产业链，为煤炭等化石能源提供战略后备方案。

我国西部地区，如贵州、云南、四川等地，拥有丰富的林业资源，可以探索将生态保护与能源开发相结合，建立生态能源产业。通过不断创新能源植物新品种的培植和应用，显著提升能源植物单位面积生物量，形成良性循环，既助力实现碳达峰碳中和，也推动生态文明建设。

《能源评论》：生物质能源的短板在于原料来源不足、能量密度较低。您长期关注生物质能源的发展，据您观察，近年来有哪些新方向值得关注？

倪维斗：最新发布的《中国可再生能源发展报告2023年度》显示，我国生物质理论资源总量约44.4亿吨，其中农业生物质8.6亿吨、林业生物质14.8亿吨、畜禽粪污16.9亿吨、生活垃圾4.1亿吨。

目前我国在探索新型生物质能源方面也取得了突破。例如，超级芦竹可以使煤电彻底的低碳转型成为可能。除了直接燃烧替代煤，超级芦竹还有多种用途：通过热化学转化，它能生产甲烷、一氧化碳、氢气、生物炭，还可以用来制造液体燃料，比如甲醇、乙醇、液氨、汽柴油、航空煤油等，为交通工具提供动力，解决未来绿色液体燃料短缺的问题。它还具有土壤及水体修复效率高、吸附重金属能力强、变异率低、田间管理少、病虫害少、气候及土壤适应性强等优势。超级芦竹一次种植可连续收割15～20 年，可以在盐碱地、滩涂地、废弃矿区、湿地等贫瘠土地生长，年降雨量大于500毫米的区域可自然生长。该种植技术如果在我国的西部、中部地区大量推广，生物质能源将快速替代煤炭，实现低碳甚至零碳排放。

依靠新技术突破煤电与

氢能发展难题

《能源评论》：有观点认为，煤电的未来在于清洁高效利用和支撑新型电力系统发展，对此该如何突破？

倪维斗：是的，无论是现在还是未来，煤电仍然不可或缺。

在清洁高效利用方面，此前上海外高桥第三发电厂的二次再热技术，可以将发电煤耗降至251克/千瓦时。目前，该技术已成熟应用于煤电30万千瓦亚临界机组、66万千瓦超临界机组、100万千瓦超超临界机组。通过一整套解决方案，可以提高燃煤效率，降低污染物排放水平，保证机组稳定运行。

如何提升煤电灵活性调节出力，支撑新能源消纳，助力新型电力系统加快构建，各方均非常关注，这也是煤电下一步发展重要方向。目前这一技术正在逐步取得突破，就在刚刚举行的全国科技大会上，由高校和企业联合攻关的“面向新型电力系统的燃煤发电机组瞬态过程灵活高效关键技术及应用”研究项目获评国家科技进步二等奖，这是一个令人振奋的消息。

《能源评论》：今年氢能产业首次作为前沿新兴产业被写入政府工作报告。西部一些地区也在制定电解水制氢的相关规划，您如何看待氢能产业和技术的前景？

倪维斗：在产业层面，新能源电解水制氢的主要问题是价格高和储运难。基于传统技术的电解水制氢，首先要解决成本问题。目前电解水制氢的成本为18～20元/千克；煤制氢成本为8～10元/千克，未来考虑到加上碳价，约为12元/千克（按100元/吨碳价计算）。

在技术层面，应该探索新路线、新思路。现在学界聚焦于催化剂研究，比如，碳化钼催化剂用于甲烷重整制氢、高性能双功能电催化剂利用含尿素水生产制氢、硫化物基催化剂用于光催化分解纯水制氢。

此外，还要通盘考虑氢能的应用场景，除了工业、医疗，交通用氢、天然气掺氢，都应该积极试点尝试。

《能源评论》：除了基础研究，对于氢能的产业化发展，您还有哪些新思路？

倪维斗：针对我国能源的不平衡状况，可以“东水西调”的思路发展氢能，这不仅可以解决西部干旱问题，还可以用西部丰富的风、光等可再生资源通过电解水技术制取氢气和氧气。

具体设想是，使用经济性高的海水淡化技术（约两千瓦时电可淡化一吨海水），把东部海水淡化后运往西部地区。一方面，这可以改善西部地区的生态和农业情况；另一方面，可以利用西部负荷低谷的风电、光伏发电进行电解水，产生的氧气和氢气可通过煤化工协同系统合成甲醇，再用管道输入东部地区。与传统系统相比，这种新技术增加了电解水环节，省去了昂贵且高能耗的空分装置，大大减少了气体变换量，使煤炭中的碳元素更多地进入甲醇产品，碳排放减少约80%，甲醇产出增加一倍。如此，既可优化目前我国能源资源分布不均衡的格局，形成能源大循环，有效促进西部地区产业结构优化，又能解决煤炭清洁低碳发展和新能源消纳的问题。

（王明华对本文亦有贡献）