从吴仲华院士报告看我国能源行业40年沧海巨变

点击：作者：张学坤冉泽来源：中能网微信号发布时间:2021-03-23 09:49:34

40年前，我国著名的能源技术科学家吴仲华曾经在中央书记处举办的科学技术知识讲座中作了一篇《中国的能源问题及其依靠科学技术解决的途径》报告，对当时的能源情况、能源品质做了详细的分析和评价。

时隔四十年，回顾这份报告，我们既能发现四十年来我国能源行业所发生的巨大变化，也能认识到即使时过多年，报告中关于节能和提效的理念在今天同样适用。回顾能源发展的历史，我们不免感叹，能源的技术迭代日新月异，而能源发展的理念却始终如一。

01四十年新能源发展的巨大变化

报告发布时：

报告从能流密度、开发价格、设备价格、储存、运输以及污染等方面对天然气、石油、煤炭、有机物、水力和风力、太阳能、海洋能、地热能、核能等能源进行了分析评价。

从能源品质评价来看，人们对传统化石能源的评价与现在并没有太大区别，而对新能源的观念无疑是转变最大的部分。报告中认为，天然气、石油、煤炭、水力、核能等常规能源在能流密度方面有巨大优势，其中，天然气、石油、煤炭与核能在储运方面也有较好的经济性，但也存在巨大的污染问题。

报告中提到，太阳能和风能的能流密度只有几百瓦每平方米，因此能量密度极低，同时二者设备价格高昂，在当时每千瓦平均投资达到万元以上。与此同时，风能和太阳能的储存和运输在当时是一片空白，基本不存在储运的可能性。

当前现状：

而在今天，人们收集风电和光伏能量的效率已经大幅提升，目前光伏市场主流的P 型单晶电池所采用的PERC技术目前平均转换效率已经能达到23%左右，未来具有巨大发展前景的HJT（异质结）技术理论上能达到25%左右。

而且以风电和光伏为主的新能源已经实现了平价上网，根据中国光伏协会（CPIA）发布的《中国光伏产业发展线路图（2020版）》，2020年全投资模型下的地面光伏电站在1800h、1500h、1200h、1000h的LCOE（平准发电成本）分别为0.2、0.24、0.29、0.35元/kWh（分布式光伏电站为0.17、0.2、0.26、0.31元/kWh）。2021年后在大部分地区实现与煤电基准同价，未来风电和光伏发电成本还有进一步下降的空间。

从装机来看，截至2020年底，我国风电、光伏装机分别达到了2.81亿千瓦和2.53亿千瓦，双双位居世界第一。在我国提出碳达峰和碳中和目标之后，风电和光伏将会成为十四五乃至未来四十年的能源增长的主体。

02燃机效率的巨大提升

报告发布时：

报告中提到，燃料价格日益高涨，除了经济性的考虑之外，我国还要考虑以两倍的能源增长来支撑四倍的经济增长。在这种要求下必须科学的利用能源，不断提高能效。

以燃煤和燃气为主的火电是过去几十年我国能源的主体，而且燃煤机组和燃气机组技术也取得了长足的进步。

燃煤机组方面，报告中显示当时我国以蒸汽轮机发电的火电站平均效率大约是 29％。一般高参数大功率蒸汽轮机电站的发电效率可达 38％，如果考虑消除污染设备的能量消耗及有些损失，效率就降低到 36％以下。

当前现状：

经过四十年的发展我国的燃煤发电技术已经领先世界，期间煤电机组从300MW到600MW，再到1000MW机组，从亚临界到超临界和超超临界机组，从一次再热到二次再热机组，我国煤电机组的效率不断取得突破。

目前，以2020年底投运的大唐东营电厂为例，其锅炉采用国内先进的超超临界二次再热塔式炉，效率能达到94.9%。由于采用世界百万千瓦机组的高参数、大容量、新技术，其设计供电煤耗仅为258.72克/千瓦时、厂用电率为3.88%、全厂热效率为49.4%。

在燃气机组方面，国内燃机与国际先进水平尚有差距。燃气轮机因为种类繁多，包括航空发动机、航改燃气轮机、船用燃气轮机、车辆与工业驱动燃气轮机以及各种微型燃气轮机，所以制造难度很大。重型工业燃气轮机属于燃气轮机的一种，它因为极高的制造工艺和技术要求被称为制造业的皇冠。

报告发布时：

报告中提到，燃气轮机与蒸汽轮机联合装置在发电上已大力发展，燃气轮机可以耐高温，能够在 1000℃以上的高温下工作。它的排气温度为 500～600℃，可以利用在余热锅炉中产生蒸汽，带动蒸汽轮机工作，所以热效率高。当时联合循环发电效率能超过 46％。

当前现状：

重型燃气轮机经过四十年的发展，其技术水平已经大幅提高。目前重型燃机的主要技术水平体现在压气机压比和透平进口燃气温度这两项指标上，其中透平进口温度直接影响燃气—蒸汽联合循环机组的热效率。因此，根据透平进口燃气温度吧燃机分为E、F和H级。

其中，E级重型燃气轮机透平进口约1200℃，F级透平进口温度约为1400℃，目前最先进的H级透平进口温度达到1430℃-1600℃。温度越高代表技术等级越高。目前全世界最先进的H级重型燃气轮机单循环和联合循环的热效率已分别超过了40%和60%，是所有热-功转换发电系统中效率最高的发电方式。

03储能的重要性重新被认识

报告发布时：

报告中对储能的介绍并不多，而且停留在对石油、天然气、煤炭等能源的储存和运输水平，这并不奇怪，因为以锂电池为主的储能技术是近十年的新鲜产物，得益于新能源汽车的快速发展，储能技术已经逐渐在电力系统中扮演重要角色。

由于可再生能源发电先天具有间歇性和波动性，具有可再生能源发电高占比的能源结构转型势必会导致电力系统面临安全问题，风光发电具有的随机性给电网稳定运行提出了新的挑战。而储能有望成为解决可再生能源消纳的最终方案。高比例的可再生能源电网配置储能电站，不仅可以降低弃风弃光率，更重要的是可以平抑新能源波动，并参与系统调峰调频，增强电网的稳定性。

当前现状：

目前，储能设施成本正在不断下降，未来有望成为新能源发电的固定配套设施。根据彭博新能源财经（BNEF）发布的研究报告《Energy Storage System Costs Survey 2020》，2020年一个完成安装的、4小时电站级储能系统的成本范围为235-446美元/千瓦时。

与此同时，随着新能源汽车产业不断壮大，大量退役后的动力电池可以用于储能设施进行梯次利用。因此，动力电池技术进步和动力电池体量增长可以进一步加速储能行业成本降低。根据 BNEF预测，到 2030 年锂电池组的平均价格有望进一步下降至 68 美元/kWh，较 2020 年降幅达 58%，是储能系统下降的最大驱动力。

04能源的重要性发生变化

报告发布时：

报告中认为，油和天然气是优质能源，在相当长一段时期内煤是中国的主要能源，要加强它的勘探与开发，把加快煤炭的开发摆在重要的地位。但煤油气在开采、运输、转化与使用中都面临不少困难，须加强有关煤的科技工作。电力工业要把建设重点逐步放在水电的开发上，在严重缺能地区还要建设核电站，因地制宜地发展各种新能源。

当前现状：

经过四十年发展，煤炭目前已经是中国的主要能源，能源局数据显示2020年全国规模以上企业煤炭产量38.4亿吨，煤电装机达到10.8亿千瓦，占总装机容量的比重为49.1%（首次低于50%），相较于2019年的59%下降了近10%，因此煤炭消费和煤电装机占比已经达到峰值，未来还将进一步下降。

而我国石油生产一直保持稳定，天然气产量虽然有大幅提升，但远远无法满足国内油气需求。2020年中国石油和天然气产量分别达到1.95亿吨、1888亿立方米，进口量分别为为5.4亿吨和10166万吨，对外依存度达到73%和43%。

随着我国提出碳中和目标，我国石油消费已经到了峰值平台期，天然气由于碳排放强度较低未来仍然有10-15年的增长期。综合来看，从2021年到2060年实现碳中和目标，新能源将逐渐成为我国的主体能源，根据我国碳中和目标计划，到2060年我国可再生能源占全部能源消费的80%以上。由此可见，随着对减碳和气候问题的重视不断提升，可再生能源正在取代传统的化石能源成为能源增量的主体。

05 GDP能耗的降低

经济的发展和能源消费总量在一定程度上呈现正相关性，经济的增长能够拉动能源消费，而能源消费也会支撑经济发展。随着时代进步，能源与经济的关系不仅体现在体量上，还体现在能源本身的结构上。在不同时代，人类使用的能源不同，从煤炭到油气再到新能源，能源消费不仅随着经济的发展而增长，而且更促进了能源结构的改变。

万元国内生产总值能源消费量是反映能源消费水平和节能降耗的重要指标。根据《中国能源统计年鉴》（2019年版）数据，1980年万元国内生产总值能源消费量为13.14吨标准煤/万元（国内生产总值按1980年可比价格计算）。2018年，万元国内生产总值能源消费量为0.56吨标准煤/万元（国内生产总值按2015年可比价格计算）。由此可见我国万元国内生产总值能源消费量在过去四十年间下降了90%以上，而在十四五以后，我国为了实现碳中和目标将更加注重万元国内生产总值能源消费量的降低和能源结构的改善。