我國能源技術(shù)革命形勢及方向分析

饒宏，李立浧，郭曉斌，許愛東，白浩

（1. 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院，廣州 510663；2. 中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司，廣州 510663）

一、前言

面對能源供需格局新變化、國際能源發(fā)展新趨勢，2014年6月13日，習(xí)近平總書記主持召開中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第六次會議，明確提出中國能源安全發(fā)展的“四個(gè)革命、一個(gè)合作”戰(zhàn)略思想。能源技術(shù)革命的首次提出，標(biāo)志著能源技術(shù)創(chuàng)新已經(jīng)擺在能源發(fā)展全局的核心位置。能源技術(shù)革命是助推能源消費(fèi)、供給、體制革命和加強(qiáng)國際合作的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)“十三五”時(shí)期建設(shè)綠色、低碳、安全、高效可持續(xù)的現(xiàn)代能源體系目標(biāo)的支撐，是建設(shè)創(chuàng)新型國家的重要內(nèi)容[1]。

新一輪能源技術(shù)革命已經(jīng)出現(xiàn)，我國需把握住這一歷史性機(jī)遇，準(zhǔn)確分析我國的能源形勢和能源稟賦，展望2020年、2030年和2050年能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，分析核能、風(fēng)能、太陽能、儲能、油氣、煤炭、水能、生物質(zhì)能、智能電網(wǎng)的技術(shù)趨勢，提出支撐結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的能源技術(shù)革命方向，積極搶占能源革命的制高點(diǎn)，成為新一輪競賽規(guī)則的制定者和主導(dǎo)者，在未來能源體系和經(jīng)濟(jì)政治格局中占據(jù)主動(dòng)地位。

二、能源形勢

我國已成為世界上最大的能源生產(chǎn)國和消費(fèi)國，形成了煤炭、電力、石油、天然氣、新能源、可再生能源全面發(fā)展的能源供給體系，技術(shù)裝備水平明顯提高，生產(chǎn)生活用能條件顯著改善，能源事業(yè)發(fā)展取得舉世矚目的成就。在供求關(guān)系緩和的同時(shí)，結(jié)構(gòu)性、體制機(jī)制性等深層次矛盾進(jìn)一步凸顯，成為制約能源可持續(xù)發(fā)展的重要因素，我國能源發(fā)展也面臨諸多矛盾交織、風(fēng)險(xiǎn)隱患增多的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

（一）能源資源地域分布不均勻

中國煤炭資源主要分布于華北、西北地區(qū)，地質(zhì)開采條件較差，極少可供露天開采。石油、天然氣資源多分布于東、中、西部地區(qū)和海域，地質(zhì)條件復(fù)雜，埋藏深，勘探開發(fā)技術(shù)要求較高。未開發(fā)的水利資源多集中在西南的高山深谷，開發(fā)難度大、成本高。而我國主要能源消費(fèi)地區(qū)集中在東南沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，大規(guī)模、長距離的北煤南運(yùn)、北油南運(yùn)、西氣東輸、西電東送，是中國能源流向的顯著特征和能源運(yùn)輸?shù)幕靖窬帧?/p>

（二）一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)問題依舊突出

2016年我國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭占比為61.93%，石油占比為18.83%，天然氣占比為6.28%，非化石能源占比為12.96%。說明我國現(xiàn)階段能源利用過于單一，過于依賴煤炭、石油等化石能源，這與我國的能源資源現(xiàn)狀相關(guān)，反映出我國能源結(jié)構(gòu)的均衡性差，不能抵抗未來煤炭、石油緊缺而帶來的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)和能源問題。因此，需要將非化石能源作為滿足未來新增能源需求的重點(diǎn)，大力發(fā)展核電、水電、風(fēng)電和太陽能發(fā)電。

（三）能源供給安全可持續(xù)發(fā)展亟待保障

石油對外依存度是衡量一個(gè)國家和地區(qū)石油供應(yīng)安全的重要指標(biāo)，受國內(nèi)產(chǎn)量下降和進(jìn)口量增加雙重影響，2016年中國原油對外依存度升至65.4%。高依存度容易使得我國受到供應(yīng)中斷和國際油價(jià)波動(dòng)等外部因素的影響。亞太地區(qū)與中亞地區(qū)及海上要道相連，能源地緣政治博弈主要為運(yùn)輸通道的控制、海外資源來源爭奪以及海上油氣資源爭奪，如菲律賓炮制“南海仲裁案”、日本覬覦釣魚島涉及油氣資源的博弈。我國石油進(jìn)口的80%以上需要通過印度洋和馬六甲海峽，馬六甲海峽容易受到他國干涉，威脅正常的能源運(yùn)輸通道。因此我國需積極建設(shè)中緬天然氣石油管道、泰國克拉地峽，開辟新的資源通道。通過“一帶一路”加強(qiáng)和俄羅斯、中亞的資源交易，拓展能源進(jìn)口來源。

（四）能源發(fā)展導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境問題日趨嚴(yán)重

以煤為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)所帶來的嚴(yán)重環(huán)境污染、煤炭燃燒的低效率和煤炭使用防污染設(shè)施的缺乏，導(dǎo)致我國霧霾頻繁發(fā)生。煤炭消費(fèi)的巨大體量和煤的高碳性，使煤炭相關(guān)二氧化碳排放量成為我國二氧化碳排放的最主要來源，同時(shí)導(dǎo)致我國成為世界第一碳排放國。我國部分地區(qū)能源生產(chǎn)消費(fèi)的環(huán)境承載能力接近上限，大氣污染形勢嚴(yán)峻。以氣代煤和以電代煤等清潔替代成本高，潔凈型煤推廣困難，大量煤炭在小鍋爐、小窯爐及家庭生活等領(lǐng)域散燒使用，污染物排放嚴(yán)重。高品質(zhì)清潔油品利用率較低，交通用油等亟需改造升級。在核電大發(fā)展背景下，我國核電站卸出的乏燃料數(shù)量在不斷增長，乏燃料后處理能力嚴(yán)重不足，乏燃料儲存與廢物處置壓力日益增加。

（五）能源綜合利用效率偏低

世界銀行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2016年我國單位GDP能耗為3.7 tce /萬美元，是世界能耗強(qiáng)度平均水平的1.4倍，是發(fā)達(dá)國家平均水平的2.1倍，與國外發(fā)達(dá)國家相比，我國能源綜合利用效率依然偏低。能源綜合利用效率是指能源在開采、加工、轉(zhuǎn)換、儲運(yùn)和利用過程中得到的有效能與實(shí)際輸出能之比，包括能源生產(chǎn)和中間環(huán)節(jié)效率及終端能源使用效率。在能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)，煤電轉(zhuǎn)換效率仍有提升空間；在能源傳輸環(huán)節(jié)，電力、天然氣峰谷差逐漸增大，系統(tǒng)調(diào)峰能力嚴(yán)重不足，長距離大規(guī)模外送需配套大量煤電用以調(diào)峰，輸送清潔能源比例偏低，部分地區(qū)棄風(fēng)、棄水、棄光問題嚴(yán)重，系統(tǒng)利用效率不高；在終端能源使用環(huán)節(jié)，電力、熱力、燃?xì)獾炔煌┠芟到y(tǒng)集成互補(bǔ)、梯級利用程度不高，需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制尚未充分建立，供應(yīng)能力大都按照滿足最大負(fù)荷需要設(shè)計(jì)，造成系統(tǒng)設(shè)備利用率持續(xù)下降。

（六）各能源領(lǐng)域尚未有明確的長周期技術(shù)路線和技術(shù)體系

核能、風(fēng)能、太陽能、儲能、油氣資源、煤炭、水能、生物質(zhì)能、智能電網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)取得了快速發(fā)展，但部分關(guān)鍵核心技術(shù)裝備仍受制于人，重大能源工程依賴進(jìn)口設(shè)備的現(xiàn)象仍較為普遍，技術(shù)空心化和對外依存度偏高的現(xiàn)象尚未完全解決。創(chuàng)新模式有待升級，引進(jìn)消化吸收的技術(shù)成果較多，但與國情相適應(yīng)的原創(chuàng)性成果不足。各能源領(lǐng)域沒有明確確定未來的技術(shù)體系，無法精準(zhǔn)識別重點(diǎn)的技術(shù)領(lǐng)域和相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)，容易造成技術(shù)力量分散，無法集中人力、物力、財(cái)力攻克重點(diǎn)技術(shù)難題，核心技術(shù)升級緩慢。相關(guān)研究機(jī)構(gòu)制定了研究路線，但未形成長周期的技術(shù)路線，容易造成各能源領(lǐng)域的技術(shù)冗余研究，無法通過統(tǒng)籌兼顧，協(xié)調(diào)發(fā)展，形成技術(shù)領(lǐng)域的交互推進(jìn)，同時(shí)沒有清晰的階段發(fā)展目標(biāo)和技術(shù)的演變關(guān)系，無法形成技術(shù)節(jié)點(diǎn)的銜接和穩(wěn)步升級。通過制定明確的技術(shù)路線和技術(shù)體系，將有助于引導(dǎo)廣大企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)在充分進(jìn)行市場調(diào)研、審慎考慮自身?xiàng)l件的基礎(chǔ)上，確定本單位的發(fā)展方向和重點(diǎn)。

三、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)展望

“十九大”報(bào)告指出要構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，未來將形成煤、油、氣、核、新能源、可再生能源多輪驅(qū)動(dòng)的能源結(jié)構(gòu)。面對能源結(jié)構(gòu)的重大轉(zhuǎn)型，能源技術(shù)革命要為新型能源體系結(jié)構(gòu)提供重要支撐。從目前可以預(yù)見的趨勢出發(fā)，基于現(xiàn)有政策情景，分析了2020年、2030年以及2050年中國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，為制定能源技術(shù)路線、構(gòu)建能源技術(shù)體系提供參考。

（一）中國能源現(xiàn)狀

由圖1和圖2可知，我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出向清潔能源轉(zhuǎn)型的大趨勢。2016年全年能源消費(fèi)總量為4.36×109tce，比上年增長1.4%，為世界能源最大消費(fèi)國，其中化石能源占比87.11%。煤炭消費(fèi)量為2.7×109tce，同比下降4.7%，占能源消費(fèi)總量的61.93%，比上年下降2%。石油消費(fèi)量為8.21×108tce，原油消費(fèi)量增長5.5%，占比為18.83%。天然氣消費(fèi)量為2.74×108tce，增長8.0%，占比為6.28%。全社會用電量為5.9198×1012kW·h，電力消費(fèi)量增長5.0%。水電、風(fēng)電、核電等非化石能源消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的12.96%，提高了1.3%。

圖1 2005—2016年我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)趨勢圖

（二）2020年中國能源展望

2016—2020年，為能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化期，我國需把發(fā)展清潔低碳能源作為調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的主攻方向，堅(jiān)持發(fā)展非化石能源與清潔高效利用化石能源并舉，堅(jiān)持發(fā)展非煤能源發(fā)電與煤電清潔高效有序利用并舉，降低煤炭的消費(fèi)比重，顯著提高非化石能源和天然氣消費(fèi)比重，加快推進(jìn)主體能源由油氣替代煤炭、非化石能源替代化石能源的雙重更替[2～5]。

2020年， 能 源 消 費(fèi) 總 量 控 制 在 4.7×109～4.9×109tce。煤炭、油氣、非化石能源消費(fèi)比例達(dá)到6∶2.5∶1.5。煤炭消費(fèi)總量控制在4.1×109t以內(nèi)，煤炭消費(fèi)比重降低到58%，基本達(dá)到峰值水平（如圖3所示）。石油消費(fèi)總量為5.9×108t，消費(fèi)比重達(dá)到17%。天然氣消費(fèi)比重逐漸上升，最終達(dá)到10%，即4.1×1011m3。非化石能源消費(fèi)比重提高到15%以上，其中核能利用量達(dá)到1.7×108tce、水能利用量達(dá)到3.7×108tce、風(fēng)能利用量達(dá)到1.5×108tce、太陽能利用量達(dá)到1.4×108tce、生物質(zhì)能利用量達(dá)到6×107tce [6]。

（三）2030年中國能源展望

圖2 2016年我國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)

圖3 2020年我國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)展望

2021—2030年，為能源變革期，實(shí)現(xiàn)能源消費(fèi)顯著優(yōu)化和能源綠色低碳發(fā)展，力爭2030年煤炭、油氣、非化石能源消費(fèi)比例達(dá)到5∶3∶2，非化石能源占比將提升至22%，打破對化石能源絕對依賴的局面。風(fēng)能、水能、太陽能、核能等占一次能源消費(fèi)的比重將上升[7～10]。從化石能源結(jié)構(gòu)上看，從煤炭一家獨(dú)大向著煤、氣、油結(jié)構(gòu)逐漸合理的方向演進(jìn)，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)更趨低碳化和清潔化。

2020—2030年期間能源需求總量增長放緩，2030年總量達(dá)到5.3×109tce。一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，傳統(tǒng)石化能源消費(fèi)占比將下降至78%（如圖4所示）。煤炭消費(fèi)峰值已經(jīng)過去，消費(fèi)量回落至3.6×109tce左右，占比降至49%；2020—2030年中國石油供需基本以1%～2%的速度增長，到 2030年石油消費(fèi)量在6.5×108t左右，占比降至17%。2020—2030年中國天然氣供需增長率降到5%左右，2030年中國天然氣需求量為4.1×1011m3，占能源需求總量比重將達(dá)到12% [11,12]；石油占比下降，天然氣占比上升，油氣比趨于合理，在2030年達(dá)到1∶0.7左右。非化石能源占比上升到22%左右，其中核能占5%，水能占10%，可再生能源占7%。

（四）2050年中國能源展望

2030—2050年，是能源革命的定型期，將形成新型能源體系。經(jīng)過能源供給側(cè)改革，能源消費(fèi)在2035年前后達(dá)到峰值，達(dá)到5.5×109tce左右，然后2030—2040年年均降低0.04%，2040—2050年年均降低0.5%，最終在2050年一次能源消費(fèi)量下降到5×109tce [7,8]。通過走高比例可再生能源利用路線，實(shí)現(xiàn)《能源生產(chǎn)和消費(fèi)戰(zhàn)略》中對2050年的展望，非化石能源消費(fèi)占比為50%以上。

圖4 2030年我國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)展望

中國經(jīng)濟(jì)增長放緩、結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及對環(huán)境污染和氣候變化的高度重視，促使煤炭消費(fèi)提前進(jìn)入下降趨勢。在嚴(yán)格控煤政策下，中國煤炭消費(fèi)逐步下降到2050年的1.86×109tce，年均降低1%。受經(jīng)濟(jì)增速下降和環(huán)保政策的影響，煤電增長將受到制約，同時(shí)考慮到煤電效率的提升，預(yù)計(jì)發(fā)電用煤在2030年之后持續(xù)下降，屆時(shí)新增電力需求將主要依賴于可再生能源和核電。2035年之后，隨著燃油經(jīng)濟(jì)性不斷提高、燃料替代和電動(dòng)汽車普及加快，成品油消費(fèi)量開始出現(xiàn)較快下降，最終2050年石油消費(fèi)下降到5×108t左右。天然氣需求持續(xù)增長，2016—2050年年均増長3.8%左右，2050年將達(dá)到7×1011m3，接近美國目前消費(fèi)水平。同時(shí)天然氣凈進(jìn)口量到2050年將高達(dá)2.85×1011m3左右，對外依存度達(dá)到40% [13]。

中國化石能源消費(fèi)將在2030年達(dá)到峰值，2030—2050年年均下降2.3%，2050年占比達(dá)到49%。煤炭消費(fèi)比重持續(xù)下降[14,15]，在2050年達(dá)到26%（如圖5所示）；電力替代技術(shù)快速發(fā)展，導(dǎo)致石油消費(fèi)比重快速下降，直到2050年占比降到9%；天然氣消費(fèi)比重則上升到14%左右。非化石能源消費(fèi)增速遠(yuǎn)快于化石能源增速，2050年達(dá)到1.54×109tce，年均增長1.3%，消費(fèi)比重達(dá)到50%以上，其中太陽能、風(fēng)能等其他可再生能源比重上升最快，由2030年的7%上升至2050年的26%。

四、技術(shù)發(fā)展趨勢

核能、風(fēng)能、太陽能、儲能、油氣資源、煤炭、水能、生物質(zhì)能、智能電網(wǎng)與能源網(wǎng)的融合等不同能源技術(shù)方向的發(fā)展趨勢和技術(shù)路線不盡相同，但存在重疊內(nèi)容和共性部分。總結(jié)歸納起來，不同類型能源的技術(shù)發(fā)展趨勢將呈現(xiàn)共基/交叉、滲透/融合、先進(jìn)/高端、智能/高效等特征。技術(shù)突破和創(chuàng)新將更加注重基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)、工程示范等工作的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)和銜接，以及研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和運(yùn)行等環(huán)節(jié)的相互促進(jìn)和閉環(huán)的實(shí)質(zhì)性協(xié)同合作。

圖5 2050年我國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)展望

（一）不同類型能源具有共同的內(nèi)生動(dòng)力

各類能源技術(shù)的進(jìn)步和突破越發(fā)依賴于基礎(chǔ)材料、先進(jìn)制造和信息通信等基礎(chǔ)學(xué)科和原創(chuàng)性技術(shù)的發(fā)展。不同能源類型具有不同的技術(shù)發(fā)展方向，但在理論、器件和材料等層面擁有共同的基礎(chǔ)和內(nèi)生動(dòng)力，同一基礎(chǔ)性重大突破將可能同時(shí)給多個(gè)能源技術(shù)方向帶來跨越性發(fā)展。未來能源技術(shù)發(fā)展趨勢將更加強(qiáng)調(diào)能源相關(guān)技術(shù)與非能源相關(guān)技術(shù)的交叉聯(lián)系和創(chuàng)新，尤其是能源、材料、環(huán)境、信息和數(shù)據(jù)等交叉方向的基礎(chǔ)理論研究。比如，耐高溫材料研發(fā)是提高核能、油氣和煤炭等各類能源技術(shù)方向的發(fā)電裝備制造水平的關(guān)鍵，可提高能源利用效率和機(jī)組發(fā)電效率；納米技術(shù)是太陽能和油氣資源等能源技術(shù)方向的共同支撐技術(shù)；先進(jìn)傳感技術(shù)在油氣資源探測、風(fēng)電場智能監(jiān)控、水情測報(bào)、智能電網(wǎng)與能源網(wǎng)融合等方面發(fā)揮重要作用；先進(jìn)電力電子變換技術(shù)是風(fēng)能、太陽能、儲能、智能電網(wǎng)與能源網(wǎng)的融合等能源技術(shù)方向的共同核心技術(shù)，具有廣泛的能源領(lǐng)域應(yīng)用場景，而高壓大容量功率半導(dǎo)體器件和寬禁帶半導(dǎo)體器件是電力電子技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。

（二）不同類型能源相互滲透和不斷融合

在能源生產(chǎn)側(cè)、傳輸側(cè)和消費(fèi)側(cè)等不同環(huán)節(jié)以及在物理、信息等不同層面，各類能源互相滲透和不斷融合，信息流與能量流的耦合越發(fā)緊密。在各類能源技術(shù)取得共同和全面進(jìn)步的基礎(chǔ)上，建設(shè)安全、低碳、清潔、高效的新一代綜合能源系統(tǒng)是未來的技術(shù)發(fā)展趨勢，這不是簡單的某個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)進(jìn)步，而是貫穿各類能源生產(chǎn)、供給與消費(fèi)的全過程，打破目前各類能源計(jì)劃單列、條塊分割、各自壟斷的固有藩籬，為各種一次、二次能源的生產(chǎn)、傳輸、使用、存儲和轉(zhuǎn)換提供先進(jìn)裝備和可靠網(wǎng)絡(luò)。能源體制革命與互聯(lián)網(wǎng)滲透發(fā)展的新形勢，為能源領(lǐng)域的技術(shù)融合創(chuàng)新提供了新機(jī)遇。比如，光熱電站與其他能源形式的整合與集成，諸如光熱-天然氣聯(lián)合發(fā)電、光熱-生物質(zhì)聯(lián)合發(fā)電、光熱-風(fēng)電聯(lián)合發(fā)電、光熱-燃煤電站梯級利用等都將具有發(fā)展前景；天然氣系統(tǒng)在負(fù)荷側(cè)通過熱電聯(lián)產(chǎn)或冷熱電三聯(lián)供等耦合設(shè)備與電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交互，在源端或者網(wǎng)側(cè)通過電轉(zhuǎn)氣技術(shù)實(shí)現(xiàn)多類型能源聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行；熱力系統(tǒng)在受端通過電-熱耦合和存儲技術(shù)及設(shè)備，完成與電力系統(tǒng)結(jié)合；耦合設(shè)備的增加為互聯(lián)系統(tǒng)的供應(yīng)帶來更多的靈活性和可靠性，有利于就地消納分布式可再生能源，并通過實(shí)現(xiàn)能量的長時(shí)間、大范圍時(shí)空平移達(dá)到有效消納大規(guī)模集中式可再生能源發(fā)電；信息通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)新一代綜合能源系統(tǒng)各能源系統(tǒng)、各環(huán)節(jié)之間的高效信息通信與交互共享，為綜合能源系統(tǒng)從產(chǎn)能到用能的全過程實(shí)時(shí)信息采集、多能流生產(chǎn)協(xié)同控制、多能調(diào)度和交易服務(wù)等提供技術(shù)支撐。

（三）能源相關(guān)技術(shù)水平更為高端和先進(jìn)

能源生產(chǎn)、傳輸、使用、存儲和轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)相關(guān)的器件/部件、裝備/系統(tǒng)、工藝/集成等技術(shù)水平向更加高端、先進(jìn)方向發(fā)展，具體體現(xiàn)在參數(shù)高、容量大、體積/密度大、安全系數(shù)高、集成度高等方面，主要目的是提高能源利用效率、降低能源利用綜合成本。比如，鈾資源利用率可到60%以上的快堆技術(shù)是核能下一步的發(fā)展方向；風(fēng)能開發(fā)向高空和海上發(fā)展，需重點(diǎn)突破10 MW 及以上高可靠性海上風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵部件技術(shù)，包括100 m級超大型、輕量化風(fēng)電機(jī)組葉片和風(fēng)電機(jī)組變流器；太陽能利用需實(shí)現(xiàn)單結(jié)晶體硅太陽電池效率達(dá)到25%以上，且需掌握35年長壽命低衰減晶體硅電池組件成套重大工藝及核心裝備技術(shù)；在儲能方面，需突破10 MW/100 MWh 和100 MW/800 MWh 的超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)中寬負(fù)荷壓縮機(jī)和多級高負(fù)荷透平膨脹機(jī)、緊湊式蓄熱（冷）換熱器等核心部件的流動(dòng)、結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)技術(shù)，鋰硫電池能量密度達(dá)到300 Wh/kg，鉛炭儲能電池循環(huán)壽命＞5 000次；油氣資源開發(fā)朝深海和深井方向發(fā)展，寬方位多分量高分辨率地震勘探技術(shù)需滿足東部4 500 m/分辨率＜3 m、西部7 000 m/分辨率＜7 m，識別斷層斷距＜ 5 m等需求；700 ℃超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)是煤炭清潔高效利用的核心技術(shù)，需研制700 ℃機(jī)組關(guān)鍵材料和關(guān)鍵部件，同時(shí)需掌握600 MW 等級700 ℃先進(jìn)超超臨界發(fā)電系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)技術(shù)；水能資源開發(fā)利用向高落差方向發(fā)展，需發(fā)展700 m水頭、4×105kV及以上沖擊式水電站技術(shù)；直流輸電向高電壓等級發(fā)展，重點(diǎn)突破±1 100 kV 特高壓直流輸電關(guān)鍵技術(shù)和500 kV 以下基于架空線的柔性直流輸電技術(shù)。

（四）智能化技術(shù)深度影響和改變能源行業(yè)

以先進(jìn)傳感技術(shù)、信息通信技術(shù)、控制技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)等為基礎(chǔ)的智能化技術(shù)體系將深度滲透和影響各傳統(tǒng)能源行業(yè)及其產(chǎn)業(yè)鏈，可實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)、傳輸、使用、存儲和轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)的全方位感知、數(shù)字化管理、智能化決策和自動(dòng)化運(yùn)維。在各能源系統(tǒng)物理層面融合和自身智能化提升的基礎(chǔ)上，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)一步促進(jìn)各能源系統(tǒng)在信息層面的融合，實(shí)現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)的智能化，建立能源生產(chǎn)運(yùn)行的監(jiān)控、管理和調(diào)度信息共同服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，進(jìn)一步提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)可再生能源的全額消納。比如，未來油氣資源技術(shù)將由傳統(tǒng)技術(shù)體系轉(zhuǎn)向智能化技術(shù)體系，基于納米尺度下的微納技術(shù)、智能材料技術(shù)、人工智能和量子技術(shù)，以智能化精確導(dǎo)向鉆完井系統(tǒng)、納米采油、原位改質(zhì)等極具顛覆性的技術(shù)組成的新一代油氣資源勘探開發(fā)智能化技術(shù)體系正在形成；在核電站智能化技術(shù)方面，通過提高燃料可利用率、在線監(jiān)測、智能診斷等技術(shù)減少備品備件，實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)營，未來將以計(jì)算機(jī)超算技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)核電站設(shè)計(jì)分析的精細(xì)化與多物理場耦合；在發(fā)電設(shè)備方面，將發(fā)展基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的設(shè)備全壽命周期設(shè)計(jì)、控制、智能運(yùn)維及故障診斷技術(shù)；包括電網(wǎng)在內(nèi)的綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行將實(shí)現(xiàn)高度智能化，運(yùn)行狀態(tài)透明化，形成趨零邊際成本的能源輸送網(wǎng)，整個(gè)能源網(wǎng)絡(luò)泛在化，可高智能、深優(yōu)化、高可靠性地獲取各類能源，并優(yōu)先支持可再生能源電力傳輸和消納；基于互聯(lián)網(wǎng)的綜合能源信息融合將帶來商業(yè)模式創(chuàng)新，并衍生新的能源產(chǎn)業(yè)鏈。

五、能源技術(shù)革命方向

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在興起，全球科技創(chuàng)新進(jìn)入高度活躍期，新興能源技術(shù)正以前所未有的速度加快對傳統(tǒng)能源技術(shù)的替代，正在并將持續(xù)改變世界能源格局。我國需緊跟能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級步伐，通過不斷創(chuàng)新發(fā)展思路，集中力量突破重大關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，推動(dòng)能源技術(shù)革命，引領(lǐng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式的重大變革。我國能源技術(shù)革命需體現(xiàn)科學(xué)性、全局性和戰(zhàn)略性，既要著眼于當(dāng)前，也要考慮長遠(yuǎn)發(fā)展，為全面構(gòu)建安全、綠色、低碳、經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)的現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)體系提供技術(shù)支撐。

（一）研發(fā)創(chuàng)新性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源技術(shù)自主創(chuàng)新

創(chuàng)新性技術(shù)是能源技術(shù)革命的核心和牽引力。目前我國能源領(lǐng)域核心技術(shù)缺乏，關(guān)鍵裝備及材料依賴進(jìn)口問題比較突出，三代核電、新能源、頁巖氣等領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)長期以引進(jìn)消化吸收為主，燃?xì)廨啓C(jī)及高溫材料、海洋油氣勘探開發(fā)技術(shù)裝備等長期落后。能源科技一直走追趕與超越并重的道路，而實(shí)踐反復(fù)證明，任何關(guān)鍵、核心技術(shù)都不是舶來的，自主創(chuàng)新才是最終的落腳點(diǎn)。堅(jiān)持發(fā)展創(chuàng)新性技術(shù)，占領(lǐng)能源技術(shù)高峰，徹底擺脫了對外依賴，實(shí)現(xiàn)能源技術(shù)自主化，滿足短期能源技術(shù)需求，助力未來能源發(fā)展方向轉(zhuǎn)型。

近期（2020年前），能源技術(shù)革命的方向是在能源各領(lǐng)域推進(jìn)創(chuàng)新性技術(shù)研發(fā)攻關(guān)和自主創(chuàng)新，強(qiáng)化原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新。在核能技術(shù)領(lǐng)域，加強(qiáng)關(guān)注自主三代核電技術(shù)優(yōu)化和型譜化產(chǎn)品開發(fā)，帶動(dòng)核電產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)調(diào)發(fā)展。在可再生能源和儲能技術(shù)領(lǐng)域，關(guān)注陸上風(fēng)電機(jī)組智能制造與運(yùn)維技術(shù)、高效光伏和大容量儲能關(guān)鍵部件制造技術(shù)、復(fù)雜地質(zhì)條件下的水電站筑壩技術(shù)、生物燃料規(guī)?；a(chǎn)示范技術(shù)。在節(jié)能領(lǐng)域，關(guān)注先進(jìn)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)、檢測、認(rèn)證和評估技術(shù)。在化石能源技術(shù)領(lǐng)域，關(guān)注油氣行業(yè)微機(jī)電系統(tǒng)/納機(jī)電系統(tǒng)和智能材料兩大核心技術(shù)。在智能電網(wǎng)和能源網(wǎng)融合技術(shù)領(lǐng)域，關(guān)注交直流混合輸電技術(shù)、以智能電網(wǎng)為核心的能源供應(yīng)技術(shù)。

（二）部署前瞻性技術(shù)，趕超國際先進(jìn)水平

前瞻性技術(shù)是能源技術(shù)革命的基礎(chǔ)和推動(dòng)力。國內(nèi)外的科學(xué)技術(shù)史表明，若一國的能源領(lǐng)域基礎(chǔ)研究缺乏前瞻性，其科學(xué)技術(shù)水平將長期處于跟隨狀態(tài)，很難追趕其他國家的先進(jìn)水平。我國在世界能源技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級過程中，只有以前瞻性的戰(zhàn)略眼光，研究布局能源技術(shù)體系，堅(jiān)持發(fā)展前瞻性技術(shù)，才能在關(guān)鍵技術(shù)上、關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)彎道超車，逐步追趕甚至趕超國際先進(jìn)水平，從而推動(dòng)我國能源技術(shù)革命的不斷前進(jìn)，促進(jìn)我國能源結(jié)構(gòu)升級。

中期（2030年前），能源技術(shù)革命的方向是在能源各領(lǐng)域加強(qiáng)未來潛在技術(shù)發(fā)展方向的布局，科學(xué)分析各技術(shù)的可行性及技術(shù)發(fā)展?jié)摿?，產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同閉環(huán)，逐步縮小與國際先進(jìn)水平的差距，甚至在某些能源技術(shù)方向取得突破，實(shí)現(xiàn)超越。在核能領(lǐng)域，以耐事故燃料為代表的核安全技術(shù)研究取得突破，全面實(shí)現(xiàn)消除大規(guī)模放射性物質(zhì)釋放，提升核電競爭力；實(shí)現(xiàn)壓水堆閉式燃料循環(huán)，核電產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)調(diào)發(fā)展；鈉冷快堆等部分四代反應(yīng)堆成熟，突破核燃料增殖與高水平放射性廢物嬗變關(guān)鍵技術(shù)；積極探索模塊化小堆多用途利用。在可再生能源和儲能技術(shù)領(lǐng)域，關(guān)注10 MW級海上風(fēng)電機(jī)組智能制造與運(yùn)維技術(shù)；高參數(shù)太陽能熱發(fā)電技術(shù)；高效儲能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料研制技術(shù)；生態(tài)友好型小水電和高水頭水電站設(shè)計(jì)及機(jī)組制造技術(shù)；生物質(zhì)混燃發(fā)電和氣化發(fā)電。在節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，關(guān)注自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)節(jié)能技術(shù)體系。在化石能源技術(shù)領(lǐng)域，關(guān)注深層油氣開發(fā)技術(shù)以及特殊品質(zhì)油氣開發(fā)技術(shù)；不同煤種先進(jìn)煤氣化技術(shù)。在智能電網(wǎng)和能源網(wǎng)融合技術(shù)領(lǐng)域，關(guān)注綜合能源網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及透明能源網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

（三）探索顛覆性技術(shù)，領(lǐng)跑世界能源科技

顛覆性技術(shù)是能源技術(shù)革命的突破口和爆發(fā)力。探索和發(fā)展顛覆性技術(shù)，對我國在局部領(lǐng)域、關(guān)鍵行業(yè)和主流產(chǎn)品領(lǐng)跑世界能源科技意義深遠(yuǎn)。顛覆性技術(shù)打破傳統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展路線，是對漸進(jìn)性技術(shù)的跨越式發(fā)展，必須突破既有思維模式和“漸進(jìn)-突變”的縱向發(fā)展模式，跳出自身學(xué)科范疇，不斷開拓跨學(xué)科研究，開展多種學(xué)科、多個(gè)方向的橫向滲透和交叉交互研發(fā)試驗(yàn)工作，如量子計(jì)算、石墨烯材料、超導(dǎo)材料、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等在石油化工、儲能、新能源、電力系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

遠(yuǎn)期（2050年前），能源技術(shù)革命的方向是敏銳識別、捕獲和培育那些對能源供應(yīng)安全具有戰(zhàn)略影響的顛覆性技術(shù)，科學(xué)地、系統(tǒng)地開展研究，搶占能源新科技變革的戰(zhàn)略主動(dòng)權(quán)，奠定我國在未來世界能源科技競爭格局中的優(yōu)勢地位。在核能技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)快堆閉式燃料循環(huán)，壓水堆與快堆匹配發(fā)展，力爭建成核聚變示范工程。在可再生能源和儲能技術(shù)領(lǐng)域，關(guān)注高空風(fēng)力發(fā)電等新型風(fēng)能利用技術(shù)及裝備；新型高效太陽能電池技術(shù)；氫儲能以及多功能全新混合儲能技術(shù)；水電站智能設(shè)計(jì)、智能制造、智能發(fā)電和智能流域綜合技術(shù)；高品質(zhì)能源植物新品種的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。在節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，關(guān)注先進(jìn)節(jié)能技術(shù)與新一代信息技術(shù)深度融合。在化石能源技術(shù)領(lǐng)域，關(guān)注極限鉆井以及智能采油技術(shù)；新型煤基發(fā)電技術(shù)；磁流體發(fā)電聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)。在智能電網(wǎng)和能源網(wǎng)融合技術(shù)領(lǐng)域，關(guān)注基于功能性材料的電子開關(guān)以及泛在信息能源網(wǎng)。

六、結(jié)語

能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型需要能源技術(shù)支撐，堅(jiān)持多能源領(lǐng)域基礎(chǔ)技術(shù)研究，推動(dòng)能源交叉融合，促進(jìn)技術(shù)高端化和智能化。堅(jiān)持研究創(chuàng)新性技術(shù)、前瞻性技術(shù)和顛覆性技術(shù)，支撐在2020年、2030年和2050年完成能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、變革以及定型，使得非化石能源占比提高到15%、22%和51%，逐步構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，實(shí)現(xiàn)能源技術(shù)革命戰(zhàn)略。