推动氢能产业发展 保障国家能源安全

日前,一艘伊朗油轮在沙特港口城市吉达附近遭遇导弹袭击,严重受损。消息一出,国际油价短线跳涨。

而就在一个月前,全球最大石油输出国沙特两处石油设施遭到无人机和巡航导弹的袭击,引发了爆炸和火灾。此次袭击导致沙特原油产量下降一半,减产500多万桶原油。全球原油价格随即大幅上涨,国内油价也在9月19日实现9月连续第2次上涨。国际社会,特别是中国对全球石油市场供应和价格波动依然保持有足够的敏感。

包括沙特和伊朗在内,中东仍是我国当前原油进口量最多的地区,就中东地区石油进口量占我国石油总进口量的比重来看,2016年相比2010年仍有上升(图1),接近50%。沙特油田、伊朗邮轮一系列突发事件使中国能源安全问题再次受到普遍的关注。

 

图1中国原油进口原产地分布

能源依赖进口不利于国家安全

从人类社会发展历史进程来看,科技和经济的快速发展毫无例外都伴随有能源革命,廉价、高效能源的充足供应往往成为支撑主要经济体经济、社会高速发展的压舱石和稳定器。

当外部能源供应出现严重问题时,存在能源依赖的大国经济常会受到长期严重冲击。以美国为例,1973年10月埃以爆发冲突,引爆第四次中东战争,阿拉伯国家以石油为武器,旋即对包括美国在内的支持以色列的国家实施石油禁运。直至1974年3月禁运解除,美国股票市场下跌了11%,油价迅速上涨了4倍,而高油价致使通货膨胀达到顶峰,美国经济衰退一直持续到1975年,由战前10%以上跌落到-2%(1975年Q1),失业率由5%以下升高到8%。

 

 

国发能研院、绿能智库梳理发现,此次石油危机对美国经济和社会影响深远,除了导致严重的经济危机,也动摇了美国全球霸权,带来政治和外交等多方面的冲击。危机发生后美国才逐步建立起战略石油储备体系,并积极探索石油开采技术革命和替代能源技术的发展。目前,美国已成为全球最大的石油生产国,接近实现能源独立。这有力的支撑着美国经济持续增长和在全球的独特的影响力。

中国能源对外依存度偏高

中国自改革开放以来,经济快速增长,能源需求也突飞猛进,从能源出口国逐步变为能源进口国。同时,随着国内环境问题日益突出,中国能源结构也开始不断调整优化,储量丰富的煤炭消费受到抑制,石油、天然气比重不断攀升(图2)。

 

图2中国一次能源消耗量

 

根据国际能源署预测,在终端能源消费中,2040年天然气占总需求增长的三分之一,尤其在工业和建筑领域占其能源总需求增长的近50%。而石油消费在运输和石化行业也持续增长,增长量将达到460万桶/天。

 

图3中国主要终端能源消耗行业的能源需求

 

中国是富煤贫油少气的国家。虽然技术创新带来油气理论储量的大幅增长,但限于配套技术和开采成本,石油和天然气产量未来增长有限,远远无法满足社会需求。供需缺口持续增大,中国石油和天然气对外依存度不断上升。石油自给率从2010年的70.2%降到2016年的34.8%(图4),天然气自给率则从2000年的96.4%降到2016年的65.2%(图5)。据预测,2040年石油和天然气自给率会进一步下降到20%和55%。

 

图4中国石油需求和产量

图5中国天然气需求和产量

石油和天然气高度的对外依赖已对国家能源安全构成威胁。为应对挑战,中国不断投入资源增加海外输入来源和输入方式,加大国内产能开发,并且逐步建立起石油战略储备。国发能研院、绿能智库认为,从长期来看,考虑清洁、低碳、高效和安全的战略要求,能源革命是根本上确保国家能源安全的最重要的路径。

可再生能源大发展存在瓶颈

可再生能源的大规模使用是能源革命的重要内容,也是实现国家能源规划的关键要素,目前在我国的应用处于国际领先水平。

据《中国能源发展报告2018》数据显示,2018年中国非化石能源消费占一次能源消费总量的14.3%,同比提高了0.5个百分点,这距离我国《能源发展“十三五”规划》中设定的15%目标还有一定差距,未来几年可再生能源仍会是发展重点。

可再生能源发展主要集中在电力行业,据预测,到2040年可再生能源占电力行业装机比重增至约60%(图6)。风电和太阳能发电发电量增长7倍,占总发电量的比例从5%增长到20%多。

 

图6中国发电装机容量

 

可再生能源具有波动性和区域分布不均衡性,大规模提升装机量后,对现有电网安全构成威胁。电网限制和电力平衡问题可能导致弃水、弃风和弃光现象的发生,又对可再生能源大规模替代传统能源进程带来挑战。

2016年,我国风、光、水“三弃”近1100亿度。2017年,国内弃风率达到12%,弃光率6%。为解决可再生能源消纳问题,2018年国家发展改革委国家能源局印发《清洁能源消纳行动计划(2018-2020年)》,规定弃风、弃光、弃水比例均控制在5%以内。

国发能研院、绿能智库认为,随着风、光发电装机规模的持续快速增长,对可再生能源保障消纳提出了较大挑战。大规模的新增输变电项目投资数额巨大,可行与否存在不确定性;而抽水蓄能和化学储能未来增长和应用规模有限,并不能完全适应大规模可再生能源的能量存储与调节要求。

氢能对保障能源安全意义重大

作为一种清洁、低碳并可储存的二次能源,氢能在能源革命中的战略性作用逐步得到各界的认可和重视,对保障国家能源安全意义重大。国家电投集团氢能科技发展有限公司董事长、党委书记李连荣认为,未来能源革命是电氢能源体系的共存互补,氢能产业应上升到能源革命、能源安全和能源区域平衡的高度来看待。

国发能研院、绿能智库认为,首先,氢能可作为能源互联互通的媒介,易于实现与水、风、光等可再生能源间或电能间的大规模双向转换。氢能的应用可实现风电和太阳能光伏发电更高的渗透率,破解电网限制难题,充分开发国内丰富的风、光资源,不断降低化石能源在一次能源消费中的占比,不仅可以降低石油、天然气进口量,也对实现环境保护和减排目标意义重大。

其次,电力依存度不断上升使电网安全面临更高要求。与电网不可存储能量相比,未来构建的氢能网络具备分散式储存和供能能力,在战争或应急状态下,氢能网络具备更好的可靠性与灵活性。氢电互补的网络结构可有效缓解用电用能安全对骨干电网的依赖。

第三,氢能单位热值比煤炭、石油和天然气高3-4倍,在工业领域有望作为高效燃料替代迅速增长的石油和天然气;而在建筑领域,天然气掺氢以及氢燃料热电联产可提供建筑用能、取暖等需求。在高耗能行业大范围使用氢能,可显著降低石油、天然气新增进口量。

最后,氢能有望率先在交通领域取得商用化突破,氢燃料电池车与储能电动汽车将共同推动交通领域清洁燃料普及使用。中国汽车消费增长强劲,截至2018年底突破2.4亿辆,消耗了总石油消费量的一半。但人均汽车保有量距发达国家仍有相当大的空间,未来汽车增长将继续拉动石油消费增长。国发能研院、绿能智库调研后的实践表明,当前氢燃料电池汽车在中长距离行程的商用车领域相比电动汽车更有优势,未来将会成为电动汽车的重要补充,有效降低交通领域新增石油消费。

当前,国内多个地区密集推出氢能产业发展规划和政策,持续优化氢能产业生态并培育国内氢能产业链,随着关键环节技术快速发展和市场资源的不断聚集,氢能各种应用有望提速,据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》预测,2050年氢能在中国能源体系中占比将达到10%,这必将为保障我国能源安全提供更多、更优的方案。

来源:北京国发智慧能源技术研究院、绿能智库

2019年10月18日 17:58
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