12月17日,由《财经》杂志、财经网、《财经》智库、财通汇联合主办的“《财经》年会2023:预测与战略”在北京举行。
中国科学院学部主席团名誉主席、中国科学院院士、中国科技大学名誉校长、中国科学院原院长白春礼表示,核能是实现碳中和战略目标不可或缺的低碳能源。
中国科学院学部主席团名誉主席、中国科学院院士、中国科技大学名誉校长、中国科学院原院长 白春礼他指出,核能具有能量密度高、供能稳定、碳排放低的优势,对于波动性的太阳能和风能发电来说是良好的稳定剂。
核能的利用包括核裂变和核聚变两种方式。
核裂变主要有以下三个问题需要解决,一是安全性,二是核燃料的持续稳定供应,三是乏燃料安全处理处置。
我国已经探明的铀资源约27万吨,按当前核电水平,已探明铀资源支持约40年,核燃料的持续稳定供应急需解决。
当前我国乏燃料已累积近2万吨,每年新产生约1千吨,主要采用湿式暂存法处理,湿式暂存费约4万元/吨/年,乏燃料安全处理处置急需解决。
同时他表示,近年来,我国核电技术持续取得进步。
关于核电的安全性问题,2021年12月,山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功,是全球首个并网发电的第四代高温气冷堆核电项目,核安全性能较高,标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核电技术的国家之一。
关于铀资源短缺问题,中科院设立“钍基熔盐堆核能系统(TMSR)”先导专项,以钍为核燃料具有资源丰富、核废料少、毒性低和固有防核扩散等优点,还可减少稀土开采中的钍资源流失和放射性环境污染,是核能发展重要方向之一。
关于核乏燃料的安全处理,我们目前也正在进行重要的科研项目,瞄准解决这个问题。
核聚变方面,白春礼介绍,核聚变能是能源发展的前沿方向,被视为未来社会的“终极能源”。
到目前为止,人类对受控核聚变的研究主要分为两类:一类是磁约束核聚变,如“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”,它是全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。
中国科学家积极参与国际热核聚变实验堆(ITER)相关工作,2021年5月,中科院建造的东方超环(EAST)在核聚变研究上取得进展,成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行,进一步证明核聚变能源的可行性,也为迈向商用奠定了物理和工程基础。
他指出,我国自己筹建的中国聚变工程实验堆(CFETR),以实现聚变能源为目标,将研究走向实用化,可以弥补EAST不能发电等缺点。
另一类是激光核聚变。
白春礼提到,12月13日,美国能源部官员宣布,加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室,首次成功在核聚变反应中实现“净能量增益”,即聚变反应产生的能量大于促发该反应的镭射能量。
实验向目标输入了2.05兆焦耳的能量,产生了3.15兆焦耳的聚变能量输出,能量增益达到153%。
3.15兆焦耳的能量相当于二两炸药的爆炸威力。
他认为,这是世界上首次激光核聚变点火,是一个里程碑式的工作,引起了科学界和社会的广泛关注。
当然,目前激光核聚变具有时间短,发电效率低等特点,科学上具有重要意义,可应用在一些特殊领域,离商业发电还有很长的路要走。
2020年,中科院也立项部署了与美国不同技术路径的激光核聚变研究工作。
以下为发言全文:各位来宾,女士们、先生们:大家上午好!很高兴参加今年的财经年会,和各界人士一道展望2023年全球和中国经济、社会、科技发展趋势,共同探讨大变局时代中国与全球发展的新动力、新机遇和新挑战。
刚刚过去的一年,受俄乌冲突、新冠肺炎疫情、极端天气频发等因素叠加影响,全球能源供需严重失衡,能源价格飙涨,这些大家都深有体会。
我今天想就碳中和背景下的能源科技发展态势与大家做一个交流和探讨。
以CO2为主的温室气体排放所导致的全球气候变暖,已成为全球性的非传统安全问题,严重威胁人类的生存和可持续发展。
根据《巴黎协定》,要实现2℃温升控制目标,全球要在2065-2070年左右实现碳中和,各国积极响应,纷纷制定碳中和目标。
2020年9月,习近平主席在第 75 届联合国大会一般性辩论上郑重宣布,中国CO2排放力争于 2030 年前达到峰值,努力争取 2060 年前实现碳中和,不仅彰显了我国作为世界大国的责任担当,也是推动我国能源结构、产业结构、经济结构转型升级的自身发展需要,对我国实现高质量发展,建设人与自然和谐共生的社会主义现代化强国具有重要战略意义。
根据国际能源署(IEA)发布的报告,2021年全球与能源相关的CO2排放量增加6%至363亿吨,创历史新高。
2021年,我国CO2排放量为119亿吨,占全球总量的33%。
这里需要说明,一方面,从主要发达国家的发展历史来看,一个国家的发展程度与人均累计碳排放密切相关,我国人均累计碳排放远不及世界平均水平。
另一方面, 2021年我国GDP总量约114万亿元,CO2排放总量约119亿吨,即1万元GDP排放约1吨CO2,而在上世纪90年代,1万元GDP排放约12吨CO2,我国在节能减排方面取得巨大进步。
现阶段,我国CO2排放80%来自于能源生产和工业利用,可见实现碳中和目标,需要能源变革。
党的二十大报告明确指出,“深入推进能源革命,加强煤炭清洁高效利用,加大油气资源勘探开发和增储上产力度,加快规划建设新型能源体系,统筹水电开发和生态保护,积极安全有序发展核电,加强能源产供储销体系建设,确保能源安全。
”目前科学界认为能源革命和产业转型的重要方向,一是化石能源清洁低碳利用,二是低碳和可再生能源的规模化应用,三是二氧化碳捕集和利用。
一、化石能源清洁低碳利用我国总的能源特征是“富煤、贫油、少气”。
根据预测,我国能源消费在2030年达到峰值总量约56亿吨标准煤。
石油消费量在2025年进入峰值平台区,天然气消费比重逐年增加,到2040年接近14%,但仍远低于同期全球天然气消费占比23%;煤炭消费比重持续下降,到2050年占比17%;非化石能源进入快速发展期,到2050年占比57%,2060年达80%,到本世纪中叶,石油和天然气消费比重总和为26%,仍是能源消费的主体之一。
化石能源的清洁低碳利用,主要是指煤炭和石油的优化利用。
1.煤炭的清洁高效利用煤炭的清洁高效利用和转化一直是我国重要的能源发展战略,这方面已经开展了很多研究工作并取得了一系列重要进展,这里简单举几个例子。
2018年,以中科院的技术为核心,全球单套规模最大的煤炭液化装置、年产400万吨煤制油工程成功投产,实现煤炭资源清洁高效转化,拓宽我国油品供给渠道,有助于保障能源供应安全,习近平总书记专门致信祝贺。
2021年,国家能源集团宁煤煤制油分公司全年产出油化品超过405万吨,全球单套规模最大煤制油项目建成投产以来首次达到设计产能。
乙烯、丙烯等低碳烯烃是现代化学工业的基石,日常生活中的塑料杯、保鲜膜、吸管等都是以烯烃为原料生产出来的。
烯烃的传统生产高度依赖于石油资源,中科院大连化物所长期开展煤制烯烃的技术研究。
一方面,成功开发了煤经甲醇制取低碳烯烃DMTO成套工业化技术,处于国际领先水平。
截至目前,DMTO系列技术已经签订了31套装置的技术实施许可合同(含出口1套),烯烃产能达2025万吨/年,约占全国现有产能的1/3,预计拉动投资超4000亿元。
已投产的16套工业装置,烯烃(乙烯+丙烯)产能超过900万吨/年,新增产值超过900亿元/年。
另一方面,利用纳米限域催化新概念,创立OXZEO催化剂和催化体系,开创煤经合成气制烯烃新捷径。
合成气是一氧化碳和氢气的混合气,可由煤、天然气或生物质气化得到,传统的合成过程中消耗大量水,会产生废水和CO2。
OXZEO实现了煤经合成气直接转化制低碳烯烃等高值化学品,低碳烯烃选择性超过了80%。
这一突破性成果于2016年发表在国际顶级学术期刊《科学》(Science)上,并得到同行的高度评价和认可,被誉为“里程碑式新进展”和“开创煤制烯烃新捷径”,入选2016 年度“中国科学十大进展”,并作为重要内容之一,获2020年国家自然科学奖一等奖。
2.石油化工行业的发展趋势石油化工是化工产业链上游基础,为国民经济的运行提供能源和基础原料,从排放总量的角度看,石油和化工行业对于全国碳排放总量的贡献较小,但单位能耗和单位碳排放强度较大。
目前,原油加工市场逐渐趋于饱和,且新能源汽车迅速发展,石油化工行业的发展趋势是炼化一体化,炼油企业应大力发展炼化一体化生产模式,提高原油制化学品收率。
代表性技术有埃克森美孚技术,将布伦特原油直接进行蒸汽裂解,化学品收率大于60%;沙特阿美技术,采用一体化的加氢裂化、蒸汽裂解和深度催化裂化工艺直接加工阿拉伯轻质原油,化学品收率接近50%。
国内中国石油、中国石化等大型企业,以及中科院过程工程研究所、中国石油大学(华东)等科研机构和高校也相继开展相关工作。
二、低碳和可再生能源的规模化应用据统计,2021年,我国煤炭和石油消费量分别占能源消费总量的56.0%和18.5%,比上年分别下降0.8和0.4个百分点。
天然气、水电、核电、风电、太阳能发电等清洁能源消费量占能源消费总量的25.5%,较上年上升1.2个百分点,比2012年提高了约11个百分点,我国能源消费结构向清洁低碳加快转变。
根据预测,到2060年实现碳中和目标时,清洁能源消费量占比要达到80%,低碳清洁能源的规模化应用是实现碳中和目标的关键。
1.非化石能源发展迅速,“弃水”“弃风”“弃光”状况明显缓解近年来,我国非化石能源发展迅速,截至2021年底,全国全口径非化石能源发电装机容量达11.2亿千瓦,同比增长13.4%,占总发电装机容量比重约为47%,比上年提高2.3个百分点,历史上首次超过煤电装机比重。
其中,水电装机容量3.9亿千瓦、风电装机容量3.3亿千瓦、太阳能发电装机容量3.1亿千瓦、核电装机容量5326万千瓦、生物质发电装机容量3798万千瓦。
非化石能源利用水平继续提升,2021年,我国风电、太阳能发电和水能利用率分别达到96.9%、98%和97.8%。
广东、广西、云南、贵州、海南五省区风电、太阳能发电利用率均达99.8%,区域能源结构转型成效显著,“弃水”“弃风”“弃光”状况明显缓解。
2. 核能是实现碳中和战略目标不可或缺的低碳能源这里我想重点讲一下核能,核能具有能量密度高、供能稳定、碳排放低的优势,对于波动性的太阳能和风能发电来说是良好的稳定剂。
2021年9月,《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》明确指出:“积极安全有序发展核电”。
根据测算,2060年核电的总发电量达到2.7万亿度,2021年我国核电发电装机容量约5000万千瓦,还有很大的提升空间。
核能的利用包括核裂变和核聚变两种方式。
关于核裂变主要有以下三个问题需要解决,一是安全性,二是核燃料的持续稳定供应,三是乏燃料安全处理处置。
我国已经探明的铀资源约27万吨,按当前核电水平,已探明铀资源支持约40年,核燃料的持续稳定供应急需解决。
当前我国乏燃料已累积近2万吨,每年新产生约1千吨,主要采用湿式暂存法处理,湿式暂存费约4万元/吨/年,乏燃料安全处理处置急需解决。
近年来,我国核电技术持续取得进步。
关于核电的安全性问题,2021年12月,山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功,是全球首个并网发电的第四代高温气冷堆核电项目,核安全性能较高,标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核电技术的国家之一。
关于铀资源短缺问题,中科院设立“钍基熔盐堆核能系统(TMSR)”先导专项,以钍为核燃料具有资源丰富、核废料少、毒性低和固有防核扩散等优点,还可减少稀土开采中的钍资源流失和放射性环境污染,是核能发展重要方向之一。
但这目前还是研究项目,还没有达到应用程度。
关于核乏燃料的安全处理,我们目前也正在进行重要的科研项目,瞄准解决这个问题。
核聚变反应是宇宙中的普遍现象,它是恒星(例如太阳)的能量