中國儲能網(wǎng)訊：我國能源強(qiáng)國和“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，需要加速構(gòu)建現(xiàn)代能源體系，加快轉(zhuǎn)變能源發(fā)展方式和提高能源生產(chǎn)保障能力；多種能源融合是解決各能源分系統(tǒng)割裂、調(diào)整優(yōu)化能源格局、提高能源清潔利用效率的有效解決方案。
中國工程院周守為院士研究團(tuán)隊(duì)在中國工程院院刊《中國工程科學(xué)》2024年第4期發(fā)表《多種能源融合發(fā)展戰(zhàn)略研究》一文。文章在分析多種能源融合發(fā)展現(xiàn)有模式的基礎(chǔ)上，總結(jié)了國外多種能源融合發(fā)展的趨勢、我國多種能源融合的發(fā)展現(xiàn)狀和瓶頸；對標(biāo)能源強(qiáng)國建設(shè)的清潔、高效等特征，提出了集能源轉(zhuǎn)換、互補(bǔ)、再利用以及零碳生產(chǎn)生活功能于一體的新型多能融合模式，進(jìn)而提出了多種能源融合的基本發(fā)展路徑。研究建議，立足資源稟賦、建立支撐多種能源融合發(fā)展的中長期規(guī)劃，加快突破多種能源融合關(guān)鍵核心技術(shù)、提高裝備可靠性，加強(qiáng)“多種能源融合”相關(guān)人才培養(yǎng)，優(yōu)化多種能源融合產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，以更好推進(jìn)我國多種能源融合發(fā)展的規(guī)劃、建設(shè)與實(shí)踐。
一、前言
能源是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵物質(zhì)基礎(chǔ)和動力來源，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”和能源強(qiáng)國目標(biāo)的重要領(lǐng)域。我國正加快轉(zhuǎn)變能源發(fā)展方式，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，加強(qiáng)能源生產(chǎn)保障能力，充分發(fā)揮煤炭的“壓艙石”作用，不斷提升勘探力度，發(fā)展多元清潔供電體系。目前，多種能源的生產(chǎn)和利用方式發(fā)生了深刻變革，能源高質(zhì)量發(fā)展取得了新的進(jìn)步，為經(jīng)濟(jì)社會穩(wěn)定發(fā)展和民生用能需求提供了堅(jiān)實(shí)的保障。我國是世界最大能源生產(chǎn)國，總體能源自給率達(dá)到80%，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以煤炭為主。然而，以“煤基”為主要表現(xiàn)形式的煤炭過度利用在對環(huán)境帶來破壞外的同時(shí)，也給“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)帶來了巨大壓力。近年來，我國油氣對外依存度不斷增加，能源安全保障面臨挑戰(zhàn)，為增強(qiáng)能源韌性，需積極改變以煤為主的能源格局。長期以來，傳統(tǒng)化石能源、可再生能源、核能等分屬不同的能源領(lǐng)域，逐漸形成了相對獨(dú)立的能源發(fā)展格局，導(dǎo)致整體能源利用效率不高，未能協(xié)調(diào)發(fā)展。我國能源領(lǐng)域存在能源保障體系不完善、地區(qū)分布不均、供給方式單一等問題，迫切需要調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)能源韌性、保障能源安全、提高能源利用效率。
僅僅依靠單一領(lǐng)域科技發(fā)展或單一類型能源變革難以解決跨系統(tǒng)的能源問題。面向國家發(fā)展清潔低碳、安全高效的能源體系建設(shè)要求，已有研究圍繞多種能源融合的理念、技術(shù)、項(xiàng)目示范等開展了深入探討。具體包括：提出煤炭、石油、天然氣、可再生能源、新能源和核能等多種能源融合互補(bǔ)的發(fā)展理念，布局一批多能融合技術(shù)的研發(fā)與示范項(xiàng)目；深入研究多種能源融合互補(bǔ)示范項(xiàng)目、關(guān)鍵技術(shù)、互補(bǔ)優(yōu)化調(diào)度方案，明確新時(shí)期我國能源融合發(fā)展的核心任務(wù)；從能源總量、機(jī)制體制、能源安全等方面，分析未來一段時(shí)期內(nèi)我國能源發(fā)展的關(guān)鍵問題，涵蓋油氣供給安全、核電發(fā)展立足自主、氫能和儲能全產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)?；l(fā)展等；提出適合推進(jìn)“雙碳”能源技術(shù)綜合示范的多能融合理念及路徑，運(yùn)用多維度評價(jià)指標(biāo)來判別可再生能源項(xiàng)目；從多能互補(bǔ)角度闡述多種能源系統(tǒng)的特點(diǎn)與特性差異，對可再生能源的最大消納情況進(jìn)行分析。近年來，我國相關(guān)研究在基礎(chǔ)理論體系、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用方面取得了重大進(jìn)展，各領(lǐng)域多種能源融合技術(shù)蓬勃發(fā)展，但仍存在多種能源融合占比小、覆蓋面窄、技術(shù)不成熟以及融合體系不清晰等問題。
立足我國“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)，本文對標(biāo)能源強(qiáng)國建設(shè)的清潔、低碳、高效等特征，分析現(xiàn)有多種能源融合領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，尋求多種能源融合互補(bǔ)新模式，探索多種能源融合新路徑，提出“雙碳”戰(zhàn)略及能源強(qiáng)國目標(biāo)下的融合發(fā)展建議，以期為多種能源融合發(fā)展規(guī)劃、建設(shè)及實(shí)踐研究提供參考。
二、多種能源融合發(fā)展的現(xiàn)有模式和國際進(jìn)展
（一）現(xiàn)有多種能源融合發(fā)展模式
多種能源融合是解決各能源分系統(tǒng)割裂、調(diào)整優(yōu)化能源格局、提高能源清潔利用效率的有效方案。現(xiàn)有的煤炭、石油、天然氣、可再生能源、核能、氫能等能源在生產(chǎn)、儲運(yùn)、轉(zhuǎn)化、回收等過程中可以通過融合互補(bǔ)手段實(shí)現(xiàn)能源的清潔高效利用，具有廣闊的互補(bǔ)融合和協(xié)同優(yōu)化空間。目前，基于傳統(tǒng)化石能源（煤炭、石油、天然氣）、可再生能源（太陽能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮埽⒕哂袃δ芄δ艿哪茉矗淠?、氨能，以下簡稱新能源）三大類能源的融合主要有以下4種模式。
1. 傳統(tǒng)化石能源與可再生能源融合模式
與傳統(tǒng)化石能源相比，可再生能源具有來源廣泛且清潔低碳的優(yōu)勢，但受現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)和電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的限制，可再生能源的發(fā)展應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如存在電力供給不穩(wěn)定、成本偏高等問題。針對可再生能源的季節(jié)性、波動性等特點(diǎn)，利用煤炭發(fā)電可以對其進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)能源多元化供應(yīng)，有效提高能源利用效率。
2. 傳統(tǒng)化石能源與新能源融合模式
在“雙碳”背景下，氫氣作為清潔能源的重要載體，作用日益凸顯，而煤炭等傳統(tǒng)化石能源具有高碳排放、高能耗和高水耗的特點(diǎn)?；诨茉春蜌淠艿奶攸c(diǎn)，將碳基能源與氫氣進(jìn)行耦合，兩者相輔相成，可以發(fā)揮良好的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)煤炭的潔凈轉(zhuǎn)化，減少碳排放。例如，化石能源制氫與碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)耦合，協(xié)同實(shí)現(xiàn)低碳化的化石能源制氫，同時(shí)解決了碳捕集和存儲問題；此外，充分利用化石能源的富碳優(yōu)勢，利用氫氣與原料煤直接反應(yīng)，產(chǎn)生芳烴、聚烯烴、甲醇等化合物，進(jìn)而減少反應(yīng)步驟，實(shí)現(xiàn)近零排放和能耗降低。
3. 新能源與可再生能源融合模式
風(fēng)、光、水等可再生能源發(fā)電具有波動性、隨機(jī)性等特點(diǎn)，受我國現(xiàn)有技術(shù)水平和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)限制，還不具備大規(guī)模并網(wǎng)的條件，強(qiáng)行并網(wǎng)容易降低電能質(zhì)量、影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。與之對應(yīng)，新能源具有能量密度高、清潔低碳、儲能容量大、儲能時(shí)間長等特點(diǎn)，可以對可再生能源轉(zhuǎn)換的電能進(jìn)行儲存和再發(fā)電，削峰填谷，減少棄風(fēng)棄電，有效降低對電網(wǎng)的沖擊，實(shí)現(xiàn)可再生能源向電能的平穩(wěn)轉(zhuǎn)化。
4. 傳統(tǒng)化石能源、可再生能源與新能源融合模式
傳統(tǒng)化石能源與可再生能源融合互補(bǔ)發(fā)電，將煤炭與風(fēng)、光資源就地轉(zhuǎn)換，通過高壓直流通道輸送電力；對于無法實(shí)時(shí)消納的電能，通過儲能設(shè)備就地存儲，將顯著提高能源的利用率。
（二）多種能源融合發(fā)展的國際進(jìn)展
隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用能需求不斷攀升，由此引發(fā)了大規(guī)模的區(qū)域性和全球性環(huán)境問題，對此，許多發(fā)達(dá)國家和地區(qū)在21世紀(jì)初提出了能源系統(tǒng)發(fā)展計(jì)劃，旨在建立高集成度、靈活高效的新型能源供應(yīng)體系，促進(jìn)冷、熱、電、氣等能源的橫向互補(bǔ)耦合利用，實(shí)現(xiàn)源、網(wǎng)、荷、儲等環(huán)節(jié)的縱向有機(jī)協(xié)調(diào)發(fā)展。
歐洲最早提出綜合能源系統(tǒng)概念，將能源協(xié)調(diào)優(yōu)化研究提到了首要位置，并在歐盟框架下統(tǒng)一開展綜合能源系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)研究。歐洲自1999年起開展了多能流協(xié)同優(yōu)化、能源和信息系統(tǒng)耦合集成等方面研究。除此之外，歐洲各國還根據(jù)自身需求推進(jìn)“源網(wǎng)荷儲”一體化和多種能源互補(bǔ)發(fā)展，進(jìn)行了大量更為深入的有關(guān)綜合能源系統(tǒng)的研究。歐盟在“H2020計(jì)劃”的最后一期投入3480萬歐元，由荷蘭海洋能源中心牽頭建設(shè)集海上風(fēng)電、波浪能和漂浮式光伏為一體的海洋能多種能源互補(bǔ)電站。英國與歐洲大陸的電力和燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)通過相對小容量的高壓直流線路及燃?xì)夤艿老噙B，英國政府和企業(yè)長期致力于建立一個安全、可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng)。英國高度分布式電力系統(tǒng)項(xiàng)目側(cè)重研究可再生能源與電力系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化，而高度分布式能源未來項(xiàng)目重點(diǎn)研究智能電網(wǎng)框架下集中式能源系統(tǒng)和分布式能源系統(tǒng)的協(xié)同。德國是能源轉(zhuǎn)型的先驅(qū)者，著力于構(gòu)建新型能源網(wǎng)絡(luò)，充分利用先進(jìn)的通信技術(shù)和調(diào)控手段來滿足日益復(fù)雜的分布式用戶終端電力需求。2008年，德國啟動的E-Energy能源互聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目是一個標(biāo)志性項(xiàng)目，涵蓋智能發(fā)電、智能電網(wǎng)、智能消費(fèi)和智能儲能4個方面；繼E-Energy項(xiàng)目后，德國持續(xù)注重綜合能源服務(wù)領(lǐng)域的發(fā)展，布局建設(shè)了多個大型示范區(qū)域，推進(jìn)了新能源及電動汽車并網(wǎng)示范項(xiàng)目、端能源云和未來能源網(wǎng)等項(xiàng)目，積極實(shí)施提高能效、棄核棄煤和發(fā)展可再生能源戰(zhàn)略。1976年，丹麥發(fā)布的“電力供應(yīng)法案”要求，新增電力負(fù)荷須全部來自熱電聯(lián)產(chǎn)，為供熱系統(tǒng)應(yīng)用電廠余熱廢熱提供了有利的政策支持；此后政府發(fā)布了一系列政策，鼓勵電力系統(tǒng)與熱力系統(tǒng)耦合發(fā)展，推廣區(qū)域供暖和熱電聯(lián)產(chǎn)，提高電廠的靈活性和能源利用效率。
美國是當(dāng)今世界的能源大國，其電網(wǎng)靈活性在經(jīng)濟(jì)脫碳中發(fā)揮了重要作用。2001年，美國能源部提出了綜合能源系統(tǒng)發(fā)展計(jì)劃，大力發(fā)展智能電網(wǎng)、分布式能源及冷熱電聯(lián)供技術(shù)；2006年，提出實(shí)施“先進(jìn)能源計(jì)劃”；2007年，頒布“能源獨(dú)立和安全法案”，明確要求社會主要供用能環(huán)節(jié)要開展綜合能源規(guī)劃。此外，美國先后制定和發(fā)布了“未來能源安全藍(lán)圖”“全面能源戰(zhàn)略”“作為經(jīng)濟(jì)可持續(xù)增長路徑的全方位能源戰(zhàn)略”等文件，推動以智慧綜合能源服務(wù)為代表的融合基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展，進(jìn)一步提高社會供能系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。
日本貫徹推進(jìn)能源供給多元化，以科技進(jìn)步提高能源使用率和開發(fā)新能源的能源戰(zhàn)略。當(dāng)前，日本在堅(jiān)持能源供給來源多元化的同時(shí)，強(qiáng)調(diào)能源獨(dú)立以降低對外能源依賴。福島核事故后，日本開始加快布局核能以外的其他能源，致力于海上風(fēng)電、制氫和智能社區(qū)的研究與示范，實(shí)現(xiàn)交通、供水、信息和醫(yī)療供能系統(tǒng)的集成。
綜上，主要發(fā)達(dá)國家和地區(qū)通過綜合能源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多種能源的融合互補(bǔ)，并且根據(jù)自身國情和需求制定適合自身發(fā)展的多種能源融合發(fā)展戰(zhàn)略。
三、我國多種能源融合發(fā)展的現(xiàn)狀與瓶頸
（一）我國多種能源融合發(fā)展的現(xiàn)狀
隨著多種能源互補(bǔ)融合發(fā)展概念的提出，我國布局了一批多種能源融合技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，大力推進(jìn)多種能源融合互補(bǔ)示范工程建設(shè)，促進(jìn)多種能源綜合化利用，相繼發(fā)布了《關(guān)于促進(jìn)儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》（2017年）、《國家發(fā)展改革委 國家能源局關(guān)于推進(jìn)電力源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補(bǔ)發(fā)展的指導(dǎo)意見》（2021年）、《國家發(fā)展改革委 國家能源局關(guān)于加快建設(shè)全國統(tǒng)一電力市場體系的指導(dǎo)意見》（2022年）、《2023年能源工作指導(dǎo)意見》（2023年）、《國家發(fā)展改革委 國家能源局關(guān)于新形勢下配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》（2024年）等一系列政策文件，推進(jìn)綜合能源改革試點(diǎn)建設(shè)?！丁笆奈濉蹦茉搭I(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》（2021年）提出，加快能源產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化和智能化升級，實(shí)現(xiàn)多種能源協(xié)同互補(bǔ)及用能需求智能調(diào)控?！蛾P(guān)于“風(fēng)光水火儲”“源網(wǎng)荷儲”建設(shè)的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》（2020年）指出，加速推進(jìn)“源網(wǎng)荷儲”一體化和多種能源互補(bǔ)發(fā)展，提升保障能力和利用效率，建設(shè)多種能源互補(bǔ)綜合能源系統(tǒng)，提升可再生能源消納水平，大力發(fā)展多種能源互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程（見表1）。
表1 多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程
根據(jù)國家能源局的相關(guān)數(shù)據(jù)，截至2020年年底，全國各地申報(bào)的多種能源互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程建設(shè)項(xiàng)目超過500個，首批多種能源互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程入選項(xiàng)目共計(jì)23個。其中，魯能青海海西多能互補(bǔ)集成優(yōu)化國家示范工程總裝機(jī)容量為7×105 kW，是集風(fēng)電、光伏、光熱、儲能于一體的科技創(chuàng)新項(xiàng)目，也是集可復(fù)制性、引領(lǐng)性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、示范性于一體的國家能源重點(diǎn)示范項(xiàng)目。青島中德生態(tài)園多能互補(bǔ)綜合能源示范工程打造了多種能源互補(bǔ)集成優(yōu)化的分布式能源綜合利用模式。錫東映月湖科技園多種能源互補(bǔ)示范項(xiàng)目是江蘇省首個園區(qū)級多種能源互補(bǔ)示范項(xiàng)目，采用傳統(tǒng)供能設(shè)備與“冷熱電三聯(lián)供+冷熱蓄能”設(shè)備相結(jié)合的方式，利用多種能源優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，根據(jù)不同時(shí)段的負(fù)荷需求，采用不同的能源供應(yīng)策略。華能隴東多能互補(bǔ)綜合基地是我國首個千萬千瓦級“風(fēng)光火儲輸”多種能源融合互補(bǔ)綠色智慧綜合能源基地，現(xiàn)已成功并網(wǎng)發(fā)電。雅礱江柯拉一期光伏電站是全球最大、海拔最高的水光互補(bǔ)電站，現(xiàn)已投產(chǎn)并為推進(jìn)水、風(fēng)、光資源協(xié)同運(yùn)行做出了初步探索。
此外，我國在風(fēng)光資源豐富的新疆、內(nèi)蒙古等省份紛紛規(guī)劃建設(shè)綠氫項(xiàng)目，表2列出了2023年我國擬規(guī)劃建設(shè)的綠氫項(xiàng)目。當(dāng)前，各個省市對多種能源互補(bǔ)發(fā)展的要求主要體現(xiàn)在：推進(jìn)“風(fēng)光火（儲）”多種能源互補(bǔ)建設(shè)、推動實(shí)施多種能源互補(bǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)能效提升、加快推進(jìn)“可再生能源+儲能”“源網(wǎng)荷儲”一體化等。沿海省份主要針對海域用地進(jìn)行多種能源互補(bǔ)工程規(guī)劃，內(nèi)陸省份則主要是開展“風(fēng)光火儲”多種能源互補(bǔ)建設(shè)。
表2 2023年我國擬建設(shè)的綠氫項(xiàng)目
（二）我國多種能源融合發(fā)展存在的問題
1. 能源融合發(fā)展體系和保障機(jī)制不完善
當(dāng)前，我國能源結(jié)構(gòu)仍然以化石能源為主，其中煤炭消費(fèi)占能源消費(fèi)的比重超過50%，遠(yuǎn)高出世界平均水平，迫切需要調(diào)整能源結(jié)構(gòu)。煤炭、石油、天然氣、可再生能源、核能等能源系統(tǒng)相對獨(dú)立，各種能源經(jīng)生產(chǎn)、加工等環(huán)節(jié)衍生出眾多能源載體，形成了復(fù)雜的能源體系。孤立的能源分系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展，亟需調(diào)整我國的能源體系結(jié)構(gòu)，破除各種能源種類之間的壁壘，突破能源種類之間互補(bǔ)及耦合利用的核心技術(shù)；通過多種能源融合系統(tǒng)建設(shè)，推動能源供應(yīng)由單一化供應(yīng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣?yīng)模式，以實(shí)現(xiàn)更高效、更可持續(xù)的能源發(fā)展。此外，我國傳統(tǒng)能源退出加快而新能源替補(bǔ)能力不足，極易帶來能源保障問題，亟需完善能源保障體系。目前，能源發(fā)展的被動融合居多，主動融合意識不強(qiáng)，相關(guān)的機(jī)制保障較為欠缺。多種能源融合產(chǎn)業(yè)服務(wù)體系尚不完善，運(yùn)維水平較低。多種能源融合發(fā)展需要政府和市場雙向發(fā)力，當(dāng)前市場發(fā)揮的作用還不夠充分，尚沒有完全建立起市場化的機(jī)制和路徑。
2. 多種能源融合的占比偏低
目前，我國的能源融合利用主要是推動“風(fēng)光水火儲”清潔能源基地建設(shè)，因地制宜采用風(fēng)能、太陽能、水能、煤炭等多種能源品種發(fā)電互相補(bǔ)充，并配套一定比例的儲能?，F(xiàn)已布局了松遼、冀北等九大清潔能源基地和福建、浙江等四大海上風(fēng)電基地，推進(jìn)“風(fēng)光水火儲”多能互補(bǔ)系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)行。盡管各能源基地建設(shè)取得重大突破，但從整體來看，清潔能源基地發(fā)電量占可再生能源總發(fā)電量的比重較??；各種能源與原材料工業(yè)、制造業(yè)等領(lǐng)域仍有較大的融合空間。此外，我國先后在山東、遼寧和浙江開始了核能供熱的探索與實(shí)踐，規(guī)劃建設(shè)了多個核能供熱工程，但目前核能與其他能源的融合利用仍較少。核能發(fā)電具有能量密度高、低碳排放、長期運(yùn)行成本低等顯著優(yōu)勢，與水電、光電、風(fēng)電等可再生能源發(fā)電相比，具有無間歇性、電力穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，將核能用于發(fā)電制氫、海水淡化等具有廣闊的利用前景。
3. 多種能源融合的技術(shù)仍不成熟
科技創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)能源融合的根本動力。多種能源融合的核心是儲能和電力靈活調(diào)峰。目前，儲能產(chǎn)業(yè)的各環(huán)節(jié)仍需要進(jìn)一步取得技術(shù)突破，如氫氣的儲存和運(yùn)輸是整個產(chǎn)業(yè)鏈難度最大的環(huán)節(jié)。雅礱江、金沙江、瀾滄江等大型水電多能互補(bǔ)清潔能源示范基地，面臨強(qiáng)不確定性、復(fù)雜異構(gòu)并網(wǎng)、跨流域跨電網(wǎng)互聯(lián)等挑戰(zhàn)以及更復(fù)雜的綜合要求，在設(shè)備巡檢、容量配置、調(diào)度運(yùn)行方面仍存在諸多科學(xué)難題和技術(shù)瓶頸亟待解決。此外，在新型電力系統(tǒng)中，水、風(fēng)、光等非化石能源大規(guī)模發(fā)展對電力系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性帶來諸多挑戰(zhàn)，需積極發(fā)展電化學(xué)儲能、抽水蓄能、壓縮空氣儲能等，突破長周期儲能關(guān)鍵技術(shù)、分布式供能技術(shù)、新型電力電子設(shè)備，推進(jìn)電網(wǎng)層級間的特高壓主干網(wǎng)和微電網(wǎng)建設(shè)，滿足系統(tǒng)內(nèi)電能多向流動需求。當(dāng)前，雖已經(jīng)初步建立了全國范圍的電力市場體系，但仍需發(fā)展和完善符合我國多種能源融合發(fā)展模式下的電力調(diào)控系統(tǒng)，突破不同時(shí)間尺度下的功率平衡技術(shù)、擾動沖擊下的控制與安全防御技術(shù)。
4. 能源融合深度偏淺
目前，我國多種能源融合互補(bǔ)示范工程主要集中在多種能源的橫向融合互補(bǔ)方面，如風(fēng)光互補(bǔ)、水光互補(bǔ)、“水風(fēng)光柴”互補(bǔ)等，缺乏“能源+”工業(yè)、建筑等領(lǐng)域的深度融合。能源產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)之間的互補(bǔ)性不足，不同能源在生產(chǎn)、供應(yīng)、消費(fèi)以及“源網(wǎng)荷儲”等方面的縱向融合仍有較大的優(yōu)化和協(xié)調(diào)空間。此外，受現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、核心技術(shù)裝備等條件限制，我國能源與互聯(lián)網(wǎng)的融合尚不深入。
四、我國多種能源融合的主導(dǎo)模式和發(fā)展路徑設(shè)計(jì)
（一）我國多種能源融合的主導(dǎo)模式
目前，我國的能源融合模式主要集中于“風(fēng)光水火儲”融合互補(bǔ)發(fā)電，存在融合模式較少、融合深度淺等問題。此外，我國能源資源種類豐富但分布不均，需要基于我國資源稟賦、結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源條件和特點(diǎn)，因地制宜地選擇能源融合模式，探索能源多樣、選擇靈活、可推廣復(fù)制的能源融合發(fā)展新模式。本文在現(xiàn)有能源融合模式的基礎(chǔ)上，從能源融合發(fā)展功能的角度出發(fā)，提出了我國多種能源融合的主導(dǎo)模式，即以電能和氫能為中心，集能源轉(zhuǎn)換、互補(bǔ)、再利用及零碳生活功能于一體的多種能源融合模式（見圖1）。
圖1 多種能源融合模式
1. 能源轉(zhuǎn)換
不同能源之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換可以緩解單一能源的供應(yīng)短缺問題，增加多種能源融合的占比。① 煤制天然氣：通過煤化工技術(shù)將煤、焦炭、半焦等固體燃料和重油等液體燃料干餾或氣化制成天然氣。這種生產(chǎn)方式具有原料豐富、成本低、產(chǎn)生的CO2易捕捉等優(yōu)點(diǎn)。② 化石能源制氫：利用現(xiàn)有的化石能源資源（煤炭、天然氣、甲烷、甲醇等）制氫，生產(chǎn)的氫氣具有質(zhì)量高、成本低、能力強(qiáng)等特點(diǎn)。③ 海上風(fēng)光制氫：利用海上豐富的風(fēng)能或太陽能發(fā)電，通過電解水制氫，顯著降低制氫成本，方便儲能和運(yùn)輸。
2. 能源互補(bǔ)降碳
不同能源在生產(chǎn)、利用、消費(fèi)環(huán)節(jié)進(jìn)行互補(bǔ)，可以顯著降低碳排放量，加速實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)。① 天然氣摻氫：將純氫氣摻入到天然氣中（摻氫比例一般為3%~20%），在燃燒時(shí)可以減少碳排放量并提高燃燒熱值。天然氣摻氫技術(shù)具有較大的推廣潛力，同時(shí)，摻氫技術(shù)也具有較好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，在氫能經(jīng)濟(jì)的大背景下，具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用前景。② 生物質(zhì) ? 煤炭發(fā)電：利用生物質(zhì)燃燒所產(chǎn)生的廢氣，去除燃煤系統(tǒng)中的氧氣，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約煤炭和碳減排。生物質(zhì) ? 煤炭發(fā)電是一種在清潔能源利用、可再生資源利用、促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展等方面具有潛力的發(fā)電方式，既有利于我國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，也有利于推動傳統(tǒng)煤炭企業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型。③ 綠氫與煤化工融合：煤化工過程會產(chǎn)生大量的CO2，而此過程中煤炭中的碳原子利用率僅為50%。若在煤化工過程中引入綠氫來生成烯烴化合物，可以從源頭上減少碳排放。
3. 能源互補(bǔ)調(diào)峰
以光伏發(fā)電、風(fēng)電為代表的可再生能源具有隨機(jī)性、波動性、間歇性等特點(diǎn)，可利用火電進(jìn)行互補(bǔ)、就地消納制氫等方式進(jìn)行互補(bǔ)調(diào)峰，提高供能的利用效率和靈活性。① 火電與可再生能源發(fā)電互補(bǔ)：將靈活改造的煤電作為可再生能源并網(wǎng)消納的重要配套資源，發(fā)揮煤電調(diào)峰的低成本和高安全性作用，平抑可再生能源電力的波動性，保障可再生能源消納和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。② 海上風(fēng)電 / 光伏發(fā)電電解制氫：通過合理布局海上風(fēng)電、光伏等技術(shù)建設(shè)微電網(wǎng)，就近利用即將退役的油氣平臺改造為海水制氫平臺，在平臺上就地消納電能進(jìn)行電解水制氫，大幅提高海洋清潔能源供能比例，并利用現(xiàn)有的油氣管道輸送氫氣，進(jìn)一步降低運(yùn)氫成本。
4. 能源再利用
我國是工業(yè)門類齊全的工業(yè)大國，擁有獨(dú)立完整的現(xiàn)代工業(yè)體系，而工業(yè)能源消費(fèi)量超過3×109 tce。與此同時(shí)，工業(yè)生產(chǎn)過程也會釋放大量的副產(chǎn)熱能和壓差能，如果能將這部分余熱內(nèi)能和余壓勢能回收利用，則可以顯著提高能源利用效率。① 余熱利用：基于熱交換、熱功轉(zhuǎn)換、余熱制冷 / 制熱等技術(shù)，回收余熱用于工業(yè)供能和生活供暖，節(jié)省其他能源的消耗，降低加熱成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排；② 余壓利用：利用余壓回收設(shè)備，將工業(yè)生產(chǎn)過程中的高壓蒸汽、燃?xì)庥鄩?、液體余壓等壓力能進(jìn)行回收，用于驅(qū)動渦輪發(fā)電機(jī)或其他設(shè)備，將壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 / 電能等其他形式的能源，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的目的。
5. 能源的零碳生產(chǎn) / 生活利用
隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，未來對能源的需求仍將逐漸增加。然而，我國部分區(qū)域的油氣資源開發(fā)存在費(fèi)用過高、關(guān)井后電力設(shè)施設(shè)備存在嚴(yán)重的浪費(fèi)現(xiàn)象。為此，將油氣勘探開發(fā)與可再生能源、新能源深度融合，可顯著降低油氣開發(fā)成本，減少碳排放。① 零碳采油 / 煉油：在油氣勘探開發(fā)時(shí)，利用轄區(qū)豐富的風(fēng)、光資源發(fā)電以代替?zhèn)鹘y(tǒng)煤電，可以實(shí)現(xiàn)原油生產(chǎn)的零碳排放。② 生活區(qū)附近的地?zé)峁┡豪糜蜌馍a(chǎn)的伴生水熱量為附近居民和工廠供暖、供熱水等，滿足生活需求。
（二）多種能源融合發(fā)展路徑
基于多種能源融合模式，本研究提出了多種能源融合發(fā)展路徑（見圖2）。我國能源資源豐富且分布廣泛，但各地區(qū)的資源分布并不均衡，需要基于我國資源稟賦，結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源條件和特點(diǎn)，因地制宜地選擇能源融合模式，發(fā)展多能融合工程。具體來看，合理配置儲能，統(tǒng)籌各類電源規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營，優(yōu)先發(fā)展新能源；充分發(fā)揮流域梯級水電站、具有較強(qiáng)調(diào)節(jié)性能水電站、火電機(jī)組、儲能設(shè)施的調(diào)節(jié)能力，減輕送受端系統(tǒng)的調(diào)峰壓力；促進(jìn)傳統(tǒng)化石能源、可再生能源、具有儲能功能的新能源等各能源分系統(tǒng)之間有機(jī)整合、協(xié)調(diào)互補(bǔ)；將“能源+”與工業(yè)、交通、建筑等行業(yè)緊密結(jié)合，通過深度融合來應(yīng)對能源和原料（材料）供需矛盾，實(shí)現(xiàn)能源與物質(zhì)的跨系統(tǒng)融合，構(gòu)建電、熱、水等多元化能源供應(yīng)系統(tǒng)。此外，基于多種能融合能源系統(tǒng)架構(gòu)和利益主體間關(guān)系，從清潔低碳、安全可靠、利用效率、經(jīng)濟(jì)效益、社會服務(wù)水平等方面構(gòu)建多種能融合能源系統(tǒng)評價(jià)指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)能源資源利用效率、環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益等多重目標(biāo)的優(yōu)化。
圖2 多種能源融合發(fā)展路徑
五、多種能源融合發(fā)展建議
（一）立足資源稟賦，制定支撐多能融合發(fā)展的中長期規(guī)劃
可持續(xù)的多能融合發(fā)展中長期規(guī)劃及完備的法律政策體系是推動多種能源融合發(fā)展的前提條件。建議立足我國能源資源稟賦，發(fā)揮國家體制優(yōu)勢，秉承清潔低碳、安全高效的原則，面向2035年和2060年，制定推動支撐多能融合互補(bǔ)發(fā)展的中長期規(guī)劃，明確各階段的發(fā)展目標(biāo)、發(fā)展路線和各階段的重點(diǎn)任務(wù)，進(jìn)一步加強(qiáng)全局性頂層設(shè)計(jì)。在確保能源保供穩(wěn)價(jià)和能源安全的基礎(chǔ)上，因地制宜提出我國多種能源融合互補(bǔ)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的技術(shù)支撐方案。堅(jiān)持全局發(fā)展觀念，自上而下建立具有持久法律效力的、成體系的法規(guī)政策支撐，增強(qiáng)相關(guān)法律法規(guī)的針對性和有效性，為我國多種能源的融合互補(bǔ)發(fā)展提供法律保障。
（二）加快突破多種能源融合關(guān)鍵核心技術(shù)，提高裝備可靠性
科技創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)能源融合的根本動力。建議全面評估現(xiàn)有多種能源融合發(fā)展供應(yīng)鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈的薄弱環(huán)節(jié)，加強(qiáng)多種能源融合創(chuàng)新的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，大力推動科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，加快關(guān)鍵核心裝備技術(shù)攻關(guān)。以數(shù)字化科技為核心驅(qū)動力，強(qiáng)化開放共享數(shù)字化平臺建設(shè)，充分發(fā)揮智能電網(wǎng)在能源網(wǎng)絡(luò)拓展中的巨大潛力，打通不同能源間的信息壁壘，促進(jìn)能源網(wǎng)絡(luò)各個環(huán)節(jié)的互聯(lián)互通和互補(bǔ)互濟(jì)，提升多能融合產(chǎn)業(yè)鏈上、中、下游及行業(yè)間的協(xié)調(diào)運(yùn)行效率，以數(shù)字化智能化促進(jìn)多種能源融合互補(bǔ)發(fā)展。
（三）加強(qiáng)“多能融合”相關(guān)人才培養(yǎng)
人才是創(chuàng)新發(fā)展的核心要素，多種能源融合發(fā)展需要跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的創(chuàng)新性復(fù)合人才。建議推動多種能源融合與相關(guān)學(xué)科專業(yè)融合發(fā)展，秉承開放教學(xué)的思維，在課程中進(jìn)行融合教育，建立和完善多種能源融合教育體系。深化產(chǎn)教融合協(xié)同育人，充分利用能源融合發(fā)展領(lǐng)域的科研項(xiàng)目及科研平臺，從科技前沿、基礎(chǔ)研究和技術(shù)研發(fā)的角度，以問題為導(dǎo)向，以任務(wù)帶學(xué)科，實(shí)現(xiàn)教育鏈、人才鏈與產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈的有機(jī)銜接，大力培養(yǎng)多種能源融合發(fā)展復(fù)合型人才。
（四）優(yōu)化多種能源融合互補(bǔ)產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)
在全球格局深刻變革、國際競爭日趨激烈的背景下，我國能源產(chǎn)業(yè)鏈運(yùn)行中的一些風(fēng)險(xiǎn)逐漸顯現(xiàn)。建議鼓勵各地區(qū)加強(qiáng)協(xié)同合作，彌合產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作的“斷點(diǎn)”，共同構(gòu)建具有競爭優(yōu)勢的能源產(chǎn)業(yè)鏈集群。構(gòu)建制造與服務(wù)相互促進(jìn)、良性循環(huán)的發(fā)展模式，推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和鏈條結(jié)構(gòu)的重塑，持續(xù)提升能源產(chǎn)業(yè)鏈的循環(huán)流暢度，增強(qiáng)能源產(chǎn)業(yè)鏈的彈性和應(yīng)對風(fēng)險(xiǎn)的能力。同時(shí)，積極引進(jìn)優(yōu)質(zhì)資本和先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建更加多元的多種能源融合發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈。
