作者 | 水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院 張益國(guó)、姜海、熊力

能源消費(fèi)總量與結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)一次能源消費(fèi)總量將在2035年前后達(dá)峰，依據(jù)現(xiàn)有能源消費(fèi)增長(zhǎng)趨勢(shì)研判，我國(guó)一次能源消費(fèi)峰值將達(dá)到64.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，2040年仍處于達(dá)峰前后的“平臺(tái)期”，一次能源消費(fèi)總量還將維持在64.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤左右的高位。

未來(lái)我國(guó)能源消費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)仍將保持增長(zhǎng)，在水電等傳統(tǒng)非化石能源受站址資源約束增速放緩、核電建設(shè)逐步向新一代先進(jìn)核電技術(shù)穩(wěn)步過(guò)渡的情況下，雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，從供給側(cè)來(lái)看主要取決于風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)展。不同時(shí)期的能源消費(fèi)總量、非化石能源消費(fèi)占比要求與能源電力消費(fèi)結(jié)構(gòu)等，共同決定了不同時(shí)期的風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)展規(guī)模預(yù)期。

按風(fēng)電、光伏年均增量基本保持合理考慮，兼顧新能源產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能發(fā)展及國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的用能需求，以及到2060年非化石能源占比將達(dá)到80%以上的辦界條件，我們按基礎(chǔ)場(chǎng)景和對(duì)比場(chǎng)景兩個(gè)場(chǎng)景對(duì)2040年的能源消費(fèi)總量和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，其主要結(jié)論如下。

基礎(chǔ)場(chǎng)景：非化石能源占比2030年至2060年年均勻速按1.83%增長(zhǎng)，至2040年為43.3%，2040年風(fēng)電、光伏裝機(jī)總規(guī)模約為38.6億千瓦，電力系統(tǒng)碳排放量（不考慮CCUS）將在2030年達(dá)到峰值、峰值為42.8億噸。

對(duì)比場(chǎng)景：考慮到非化石能源占比目標(biāo)先慢后快發(fā)展，2030年至2040年非化石能源占比年均按1.5%增長(zhǎng)，至2040年為40%，2040年風(fēng)電、光伏裝機(jī)總規(guī)模約為34.4億千瓦，電力系統(tǒng)碳排放量（不考慮CCUS）將在2030年達(dá)到峰值、峰值為45.6億噸。

新型能源體系展望

可再生能源制綠氫，以及進(jìn)一步轉(zhuǎn)化而來(lái)的綠氨和綠甲醇等氫基能源，與電能一樣既屬于“過(guò)程性能源”，又與石油天然氣一樣屬于“含能體能源”，氫基能源因其獨(dú)特的雙重屬性承擔(dān)起使新型電力系統(tǒng)與新型能源體系互通的媒介。

在“雙碳”目標(biāo)下，為加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，需要充足的靈活性資源。制氫作為用電負(fù)荷是一種典型的靈活性資源，可以提高新能源利用率，助力新型能源體系的構(gòu)建。通過(guò)煤電摻氨與氣電摻氫燃燒發(fā)電，可有效實(shí)現(xiàn)火電清潔低碳轉(zhuǎn)型，同時(shí)通過(guò)儲(chǔ)氫（氨），可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期儲(chǔ)能，解決跨季能源平衡問(wèn)題。

在當(dāng)前“西電東送”及大規(guī)模開發(fā)“沙戈荒”外送基地的背景下，未來(lái)特高壓送出廊道緊張的局面將進(jìn)一步加劇，綠氫、綠氨或綠甲醇可通過(guò)管輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離經(jīng)濟(jì)輸送，是對(duì)特高壓電力送出的一種有效補(bǔ)充。初步研究認(rèn)為，為實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)，未來(lái)全國(guó)綠氫年需求將達(dá)到約1.2億噸，相應(yīng)需配套約26億千瓦新能源資源與12億千瓦制氫設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)氫能長(zhǎng)距離經(jīng)濟(jì)輸運(yùn)，需構(gòu)建以“西氫東輸”為主的全國(guó)骨干氫網(wǎng)，初步估算管道總長(zhǎng)度約9.3萬(wàn)公里，可承載約7900萬(wàn)噸/年的輸氫能力（相當(dāng)于2.61億噸原油的熱值，約占我為年原油使用量的1/3左右），其相應(yīng)總投資超過(guò)10萬(wàn)億元人民幣。

我們展望的新型能源體系是以安全自主為底線，以綠色低碳為方向，以經(jīng)濟(jì)高效為關(guān)鍵，面向中國(guó)式現(xiàn)代化的能源體系，將以新型電力系統(tǒng)為核心，以化石能源為兜底保障，以氫基能源為介質(zhì)、推動(dòng)電力系統(tǒng)與非電能源協(xié)同發(fā)展，能源創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)鏈與供應(yīng)鏈深度融合貫通的能源體系。

能源結(jié)構(gòu)新：未來(lái)，主體能源逐步實(shí)現(xiàn)從化石到非化石的更替，非化石能源占能源消費(fèi)總量的比重目前為17.5%，到2060年將提高到80%以上，非化石能源增量組合形式呈現(xiàn)多種可能。

系統(tǒng)形態(tài)新：新型能源體系將在現(xiàn)有能源體系上不斷升級(jí)演進(jìn)和變革重塑，逐步構(gòu)建起新型電力系統(tǒng)、氫能等新的二次能源系統(tǒng)和化石能源零碳化利用系統(tǒng)，多能互補(bǔ)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化、供需高效互動(dòng)等成為普遍形態(tài)，能源空間布局實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。

產(chǎn)業(yè)體系新：新型能源體系催生新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新模式，低碳零碳負(fù)碳技術(shù)裝備大規(guī)模推廣應(yīng)用，新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展成為新的增長(zhǎng)引擎，新一代信息技術(shù)、人工智能等與能源系統(tǒng)深度融合，數(shù)字能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大。

治理體系新：新型能源體系將形成與現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)相適應(yīng)的能源治理體系，法律法規(guī)政策體系健全完善，體制機(jī)制更加高效有活力，各種要素資源實(shí)現(xiàn)高效配置，各類市場(chǎng)主體創(chuàng)新動(dòng)力和能力明顯提高。

構(gòu)建新型能源體系的被賦予的使命是保障國(guó)家能源安全，為中國(guó)式現(xiàn)代化提供源源不斷的能源保障，與此同時(shí)還應(yīng)保證為綠色低碳、高效智能的能源體系。要想到達(dá)上述使命目標(biāo)，不能只依靠新型電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型，同步也需有一定規(guī)模的可靠能源品類作為兜底保障。因此，新型能源體系應(yīng)該是由以可再生能源為主體的新型電力系統(tǒng)和以“氫基能源”為首的新型能源品種兩部分作為主要支撐，兩者相互促進(jìn)，相互依托，以綠色氫基能源為橋梁，共同組建中國(guó)式新型能源體系。

加快構(gòu)建“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”智能協(xié)同的新型電力系統(tǒng)

隨著電力供給結(jié)構(gòu)以化石能源發(fā)電為主體向新能源提供可靠電力支撐轉(zhuǎn)變，解決新能源發(fā)電隨機(jī)性、波動(dòng)性、季節(jié)不均衡性帶來(lái)的系統(tǒng)平衡問(wèn)題，多時(shí)間尺度儲(chǔ)能技術(shù)規(guī)�；瘧�(yīng)用，系統(tǒng)形態(tài)逐步由“源網(wǎng)荷”三要素向“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”四要素轉(zhuǎn)變。新型電力系統(tǒng)建設(shè)形勢(shì)緊迫，需解決地區(qū)電力供應(yīng)緊張、系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力和支撐能力需求增加、高比例電力電子設(shè)備“雙高”持續(xù)提升、源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)控制規(guī)模指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)帶來(lái)的調(diào)控技術(shù)手段和網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)、電力關(guān)鍵核心技術(shù)裝備短板、適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的體制機(jī)制面臨改革等問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

考慮到支撐高比例新能源接入系統(tǒng)和外送消納，未來(lái)電力系統(tǒng)仍將以交直流區(qū)域互聯(lián)大電網(wǎng)為基本形態(tài)，同時(shí)柔性交直流輸電等新型輸電技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用。以分布式智能電網(wǎng)為方向的新型配電系統(tǒng)形態(tài)逐步成熟，就地就近消納新能源將成為主流，形成“分布式”與“大電網(wǎng)”兼容并存的電網(wǎng)格局。提升發(fā)電側(cè)新能源并網(wǎng)友好性，強(qiáng)化新型電力系統(tǒng)綠色屬性；充分激活用戶側(cè)資源的靈活互動(dòng)潛力，強(qiáng)化新型電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)柔性；提升電網(wǎng)安全防御能力和資源配置能力，強(qiáng)化新型電力系統(tǒng)安全韌性；支撐新型電力系統(tǒng)市場(chǎng)化變革，助力新型電力系統(tǒng)市場(chǎng)機(jī)制創(chuàng)新。

2030年新能源發(fā)電量占比逐步攀升，繼續(xù)采取集中式與分布式、外送消納與就地消納并舉的模式加快新能源部署。在2045年初步建成以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，新能源發(fā)電量占比達(dá)50%，消納模式轉(zhuǎn)變?yōu)榫偷叵{為主，低成本儲(chǔ)能方式大量應(yīng)用，數(shù)字技術(shù)在電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)廣泛應(yīng)用、有效融合，支撐電網(wǎng)向柔性化、數(shù)字化、智能化方向穩(wěn)步升級(jí)，推動(dòng)能源產(chǎn)業(yè)新生態(tài)加速形成。在2060年全面建成以新能源為主體的電力系統(tǒng)，新型電力系統(tǒng)基本成熟，電-氫耦合融合發(fā)展，電力系統(tǒng)促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

新型電力系統(tǒng)的建設(shè)將根本改變目前我國(guó)化石能源為主的發(fā)展格局，全面實(shí)現(xiàn)電代煤、電代油、電代氣，推動(dòng)各產(chǎn)業(yè)用能形式向低碳化發(fā)展，以新能源為電量供給主體的電力資源與其他二次能源融合利用，構(gòu)建多種能源與電能互聯(lián)互通的能源體系。綠色氫基能源作為清潔優(yōu)質(zhì)的二次能源，可以與電能相互轉(zhuǎn)化，既消費(fèi)電能又生產(chǎn)電能，是新型電力系統(tǒng)重要的平衡調(diào)節(jié)參與力量，能夠解決可再生能源電力消納、火電低碳轉(zhuǎn)型、跨季節(jié)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能等問(wèn)題，并提供雙碳目標(biāo)下電力系統(tǒng)的可選解決方案。

逐步形成“產(chǎn)供運(yùn)用”一體化的新型油氣系統(tǒng)

隨著雙碳戰(zhàn)略快速推進(jìn)，綠色低碳生活生產(chǎn)方式的加速轉(zhuǎn)變，我國(guó)石油消費(fèi)量在快速達(dá)峰后將逐步下降，石化產(chǎn)業(yè)面臨結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型發(fā)展壓力。

展望未來(lái)傳統(tǒng)油氣產(chǎn)業(yè)及企業(yè)完成綠色轉(zhuǎn)型的一個(gè)行之有效的途徑是將氫基能源（氫、氨、甲醇）引入油氣領(lǐng)域，提出“新型油氣”概念，通過(guò)綠色廉價(jià)的新能源電力制取綠氫，依托煤化工、煤電及油氣田等產(chǎn)生的富集二氧化碳資源，作為原料供煉化生產(chǎn)綠色油品、綠色化工產(chǎn)品，帶動(dòng)氫基能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)油氣行業(yè)轉(zhuǎn)型。以綠氫為中間環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)化石能源和清潔能源之間的多能互補(bǔ)轉(zhuǎn)換樞紐的功能。探索開展大規(guī)模風(fēng)光制氫、分布式發(fā)電、熱電聯(lián)供等新型供能和用能模式，探索實(shí)現(xiàn)氫、水與二氧化碳合成反應(yīng)制備一系列化工產(chǎn)品的技術(shù)路線，架起氫能在化石能源和清潔能源之間交叉利用的橋梁，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的清潔可持續(xù)減排和資源化利用，逐步提升綠色能源供給水平。

油氣行業(yè)發(fā)展模式需順應(yīng)雙碳目標(biāo)下綠色低碳和可持續(xù)發(fā)展要求，與新能源深度融合是實(shí)現(xiàn)行業(yè)綠色低碳發(fā)展的有效途徑。油氣行業(yè)可憑借自身優(yōu)勢(shì)，借助油氣管網(wǎng)或構(gòu)建“全國(guó)骨干氫網(wǎng)”開展跨區(qū)域氫基能源的輸送，打造可與“電力電網(wǎng)”相當(dāng)?shù)摹靶滦陀蜌廨斉涔芫W(wǎng)”，未來(lái)可有效釋放西部區(qū)域規(guī)�；履茉粗茪洌ò�、醇）潛力，實(shí)現(xiàn)跨日、月、季型長(zhǎng)周期儲(chǔ)能，同時(shí)拉動(dòng)氫能下游在交通、電力、工業(yè)等方向多元化發(fā)展，帶動(dòng)“火電摻氨”、“氣電摻氫”等降碳減碳技術(shù)路線的實(shí)施和發(fā)展，助力碳中和目標(biāo)的如期實(shí)現(xiàn)。

積極布局“電-氫-資源”耦合互為支撐的新型能源體系

一是，利用可再生能源電制氫，促進(jìn)可再生能源消納。我國(guó)可再生能源發(fā)展領(lǐng)先全球，隨著大規(guī)�？稍偕茉吹目焖侔l(fā)展，其運(yùn)行消納問(wèn)題會(huì)進(jìn)一步顯現(xiàn)，利用可再生能源制氫可有效提升我國(guó)可再生能源消納水平。以新能源電力制氫促進(jìn)新能源消納，以新能源發(fā)展促進(jìn)建設(shè)成本下降，以建設(shè)成本降低促進(jìn)電價(jià)下降，以電價(jià)下降提高綠氫經(jīng)濟(jì)性，形成新能源產(chǎn)業(yè)鏈的良性循環(huán)。

二是，利用氫儲(chǔ)能特性，實(shí)現(xiàn)電能跨季節(jié)長(zhǎng)周期大規(guī)模存儲(chǔ)。隨著我國(guó)電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的進(jìn)行，新能源裝機(jī)比例將不斷提升，電力系統(tǒng)對(duì)靈活性的要求使得大規(guī)模與長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能的需求增加，安全、可持續(xù)和負(fù)擔(dān)得起的能源就成為了未來(lái)儲(chǔ)能的關(guān)鍵因素。電化學(xué)儲(chǔ)能存在儲(chǔ)能時(shí)間短，容量規(guī)模等級(jí)小等不足，目前主要用于電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰、平滑新能源出力波動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)小時(shí)級(jí)別的短周期響應(yīng)與調(diào)節(jié)；抽水蓄能作為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的代表同時(shí)也存在建設(shè)要求較高等短板，在水資源匱乏及地形地質(zhì)條件差地區(qū)難以作為；氫儲(chǔ)能具有儲(chǔ)能容量大、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)、清潔無(wú)污染和消納方向廣等優(yōu)點(diǎn)，能夠在抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能等主流儲(chǔ)能形式不適用的場(chǎng)景發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，在大容量長(zhǎng)周期調(diào)節(jié)的場(chǎng)景中，氫儲(chǔ)能在經(jīng)濟(jì)性上更具有競(jìng)爭(zhēng)力。

三是，利用氫能電站快速響應(yīng)能力和產(chǎn)熱能力，為新型電力系統(tǒng)提供靈活調(diào)節(jié)手段，為周圍生活區(qū)域提供熱能支持。基于電解水制氫裝備具有較寬的功率波動(dòng)適應(yīng)性，可為電網(wǎng)提供調(diào)峰能力，提高電力系統(tǒng)安全性、可靠性、靈活性，是構(gòu)建零碳電網(wǎng)和新型電力系統(tǒng)的重要手段。而基于高溫固體氧化物燃料電池SOFC的燃料電池/電解槽則在提供更高能量密度的同時(shí)產(chǎn)生高品質(zhì)余熱，SOFC/SOEC系統(tǒng)工作溫度500-1000攝氏度，出口氣體溫度達(dá)到400-900攝氏度，以燃料電池?zé)犭娐?lián)供方式取代傳統(tǒng)鍋爐單獨(dú)供熱方式可提高能源綜合利用率并實(shí)現(xiàn)碳減排效果。

四是，推動(dòng)氫能與工業(yè)領(lǐng)域有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)綠氫取代，促進(jìn)減排改革。以新能源項(xiàng)目為基礎(chǔ)，發(fā)展新能源風(fēng)光制氫+氨（醇）一體化項(xiàng)目，打通氫、氨、醇運(yùn)輸壁壘，形成“電-氫-能源-消費(fèi)”一條龍式綠色能源消費(fèi)鏈。支持工業(yè)氫冶金及石油氣資源加氫合成技術(shù)，以氫為介質(zhì)支撐綠色電力在化工領(lǐng)域發(fā)揮減排作用，探索氫能與燃料電池作為分布式供能手段，實(shí)現(xiàn)區(qū)域分布式能源供給。推動(dòng)氫能跨領(lǐng)域多類型能源網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，拓展電能綜合利用途徑。

傳統(tǒng)能源體系隨著氫基能源框架的建立而打破，新型能源體系將以小步快走的方式完成變革。當(dāng)前我國(guó)正在實(shí)現(xiàn)氫基能源由示范項(xiàng)目階段向規(guī)模化應(yīng)用過(guò)渡，將在條件匹配的能源利用場(chǎng)景率先實(shí)現(xiàn)氫能取代。在“碳達(dá)峰”階段各類示范項(xiàng)目延伸拓展，產(chǎn)業(yè)之間融合互補(bǔ)，氫能社會(huì)骨架基本形成，氫能初步支撐起新型能源體系構(gòu)建。在“碳中和”階段實(shí)現(xiàn)氫能在各行各業(yè)全面參與，電力系統(tǒng)-氫基能源-油氣系統(tǒng)充分耦合，助力“碳中和”這一偉大愿景的實(shí)現(xiàn)。