□本報記者 程 強 魏佳琪

面對加速演進的百年未有之大變局、日益加劇的全球氣候變化、突飛猛進的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，各行各業(yè)正學習貫徹落實習近平總書記要求，整合科技創(chuàng)新資源，引領(lǐng)發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)，加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力。

今年初，工業(yè)和信息化部等七部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于推動未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》，提出重點推進未來制造、未來信息、未來材料、未來能源、未來空間和未來健康六大方向產(chǎn)業(yè)發(fā)展。國務(wù)院國資委也于2023年啟動實施了央企產(chǎn)業(yè)煥新行動和未來產(chǎn)業(yè)啟航行動，加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，開辟未來產(chǎn)業(yè)新賽道。

能源是經(jīng)濟社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和動力源泉。未來能源是未來產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。那么，哪些能源是未來能源？有哪些亟待突破的前沿顛覆性技術(shù)創(chuàng)新？未來能源產(chǎn)業(yè)如何高質(zhì)量發(fā)展？4月27日，在由國務(wù)院國資委主辦、中國石化承辦的國企發(fā)現(xiàn)與發(fā)明論壇上，與會專家學者、業(yè)界人士對此進行了深入討論。

地熱：日益走上世界能源大舞臺

中國石化集團公司總經(jīng)理趙東說，地熱具有儲量大、分布廣、綠色低碳、實用性強、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，是極具競爭力的清潔可再生能源，正日益走上世界能源大舞臺。

我國地熱資源約占全球的1/6，336個主要城市淺層地熱年可采資源量折合7億噸標準煤，中深層水熱型地熱資源量折合約1.25萬億噸標準煤，深層地熱資源潛力折合超過856萬億噸標準煤。

地熱開發(fā)利用主要有直接利用和地熱發(fā)電兩種方式。我國地熱直接利用規(guī)模穩(wěn)居全球首位，已建成地熱供暖和制冷面積13.3億平方米，折合裝機容量92.4吉瓦，年可替代標準煤2441萬噸、減排二氧化碳超6000萬噸。2023年9月，我國成功舉辦“第七屆世界地熱大會”。

趙東說，長期以來，中國石化順應(yīng)能源轉(zhuǎn)型趨勢，堅持戰(zhàn)略引領(lǐng)、加強產(chǎn)業(yè)布局、強化技術(shù)攻關(guān)，大力推進地熱規(guī)模化、效益化發(fā)展，走在了地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前列。

中國石化自1998年率先進入地熱領(lǐng)域至今，攻關(guān)形成了中深層水熱型地熱資源開發(fā)“兩項基礎(chǔ)理論，六大核心技術(shù)”，已在冀、魯、豫、陜等地建成1億平方米地熱清潔供暖能力，是國內(nèi)最大的中深層地熱資源開發(fā)利用企業(yè)，在雄縣建成了我國第一座“低熱清潔供暖無煙示范城”，目前正積極開展“地熱+”業(yè)務(wù)，努力把雄安新區(qū)地熱開發(fā)利用打造成綠色發(fā)展的樣板工程；沿黃河流域打造中下游重點城市集中連片地熱供暖場景，探索青海共和盆地深部干熱巖壓裂取熱利用，沿長江流域推進低熱、地表水/海水源熱能協(xié)同開發(fā)示范，目前在江漢油田建成了南方最大中深層地熱集中供暖項目；著力推進地熱與多種能源耦合利用，在油田、煉廠建成了一批油氣、伴輸、余熱供暖、智慧能源等示范項目，有效提升了能源利用效率。

中國石化還積極擔當國家智庫、深化國際合作，參與國家地熱規(guī)劃、地方新能源開發(fā)利用規(guī)劃的編制，牽頭編制了首個國際地熱協(xié)會標準《中國地熱供暖推薦做法》，為世界地熱產(chǎn)業(yè)標準化發(fā)展貢獻中國智慧。

對于我國未來地熱產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，趙東建議從四個方面聚焦發(fā)力。一是地熱水中含有寶貴的鋰、氦、鈾、硼等稀有伴生礦產(chǎn)，對國家安全和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要，建議加強勘查、摸清家底。二是將地熱資源開發(fā)利用納入國家能源發(fā)展戰(zhàn)略統(tǒng)籌布局，加強與城市建設(shè)等的協(xié)同規(guī)劃，推動地熱礦權(quán)管理、財稅補貼、碳資產(chǎn)認證、計入可再生能源消費總量等方面的政策支持，同時大力發(fā)展“地熱+”協(xié)同模式，探索建立以地熱為載體的地下儲能應(yīng)用模式和礦產(chǎn)開發(fā)路徑，完善政策、做強產(chǎn)業(yè)。三是瞄準國際地熱科技前沿的深部水熱型、干熱巖型地熱資源關(guān)鍵核心技術(shù)，集智攻關(guān)、創(chuàng)新突破。四是積極參與“一帶一路”、環(huán)太平洋地熱帶西部、紅海-亞丁灣-東非裂谷高溫地熱帶國家的地熱項目，深化合作、互利共贏。

生物能源：以可再生能源驅(qū)動綠色生物制造

中國工程院院士、北京化工大學校長譚天偉說，生物制造是以工業(yè)生物技術(shù)為核心，利用酶、微生物細胞，結(jié)合化學工程技術(shù)進行目標產(chǎn)品的加工過程，包括生物基材料、化學品和生物能源等。

生物制造通常是在常溫常壓下反應(yīng)，沒有高能耗，選擇性也比較高，未來還將以二氧化碳為原料，是一項負碳、固碳的綠色技術(shù)，近年來發(fā)展非常受重視。以可再生能源驅(qū)動綠色生物制造，將在循環(huán)經(jīng)濟中發(fā)揮重要作用。例如，傳統(tǒng)方法每生產(chǎn)1噸燃料乙醇，需要消耗270千瓦時電和2.4噸蒸汽、排放二氧化碳880千克。如果以可再生能源驅(qū)動綠色生物制造，減碳效果將實現(xiàn)倍增。

我國秸稈年產(chǎn)量8.65億噸，原料化利用僅約1%，未能充分實現(xiàn)農(nóng)林廢棄物糖化后高價值利用。而秸稈發(fā)酵制備纖維素乙醇是世界性難題，一個重要原因就是經(jīng)濟性。北京化工大學與國投生物合作的3萬噸/年纖維素乙醇示范裝置，整條工藝路線是生物質(zhì)循環(huán)，不需要其他額外化石能源，僅需5噸秸稈和2噸水，就可以生產(chǎn)1噸燃料乙醇，剩余的木質(zhì)素進入生物質(zhì)電廠，既可自給自足提供裝置所需電力，又能聯(lián)產(chǎn)3.83噸蒸汽，可減排3.47噸二氧化碳，且工藝廢水零排放。

對于生物柴油，傳統(tǒng)堿催化法工藝簡單，但對原料油質(zhì)量要求苛刻，且廢水較多。北京化工大學開發(fā)的酶法可實現(xiàn)常溫常壓反應(yīng)且沒有廢水，但酶的成本較高。中國石化開發(fā)的超臨界反應(yīng)法對原料適應(yīng)性強，不需要催化劑，非常綠色，可以制得酯基生物柴油。中國石化還開發(fā)了烴基生物柴油技術(shù)，催化劑壽命長、產(chǎn)品收率高，可以制得烴基生物柴油。

生物航煤是近年來的熱點。航空業(yè)需要高能量密度的液體燃料，航煤二氧化碳排放占全球排放量的2%、占交通領(lǐng)域排放量的12%。而生物航煤全生命周期可以減少96%的溫室氣體排放，且無氮無硫，可減少70%的顆粒物排放。

生物航煤已開發(fā)了多條技術(shù)路線，官宣產(chǎn)能大部分是油脂加氫路線，且在2030年前處于主導地位，其他路線技術(shù)成熟度低、生產(chǎn)成本較高。中國石化在國內(nèi)率先開發(fā)了適用多種生物油脂原料的生物噴氣燃料成套技術(shù)。北京化工大學則開發(fā)了兩步法合成乙酸路線：第一步，研制新型固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)器，將二氧化碳電催化轉(zhuǎn)化為一氧化碳；第二步，開發(fā)晶界銅催化系統(tǒng)，將一氧化碳轉(zhuǎn)化為乙酸，反應(yīng)效率可以達到52%，乙酸再經(jīng)綠色生物制造制備生物燃料法尼烯。發(fā)酵罐以乙酸作為單一碳源發(fā)酵，法尼烯產(chǎn)量達到13.4克/升。

譚天偉說，未來可以用綠色生物制造法將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲酸、甲醇、甲烷、一氧化碳，然后制得能源化學品，這是一種可持續(xù)的模式。

海洋能：繼風光發(fā)電之后又一綠色賽道

中國工程院院士、清華大學海洋工程研究院院長張建民說，波浪能是品位最高、分布最廣的海洋可再生能源，被認為是人類未來能源希望之一。目前我國已經(jīng)突破了氣動式波浪能發(fā)電系列關(guān)鍵技術(shù)的主要瓶頸，波浪能發(fā)電有望成為繼風光發(fā)電之后又一條非常有商業(yè)開發(fā)前景的綠色賽道，是戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。

海洋能分為潮汐能、潮流能、波浪能、溫差能、鹽差能，近岸（海岸線20公里以內(nèi)）可開發(fā)總量是6.4太瓦，但已開發(fā)的僅0.53吉瓦，還不足萬分之一，潛力巨大。目前全球海洋能裝機容量70%位于歐洲。歐盟預(yù)計，到2030年海洋能裝機容量在可再生能源中所占份額為0.5%~2%。

我國近岸波浪能技術(shù)可開發(fā)量為1.47億千瓦，主要分布在浙江、福建、廣東和南海一帶。從全球來看，南北緯40~60度之間波浪能能量密度較高，而我國在北緯4~40度之間，能量密度約為20千瓦/米，處于中等偏下水平。

當前，潮汐能和潮流能的全球總裝機容量都為500兆瓦，我國均實現(xiàn)了兆瓦級機組并網(wǎng)運行。波浪能技術(shù)正經(jīng)歷重大進展，進入商業(yè)化運行的早期階段。波浪能的缺陷在于它是海洋能中最不穩(wěn)定的能源，如何在常態(tài)海況條件下提高轉(zhuǎn)換效率、在惡劣海況下保證可靠性和生存能力，是當前面臨的巨大挑戰(zhàn)。

清華大學團隊開發(fā)的氣動式波浪能發(fā)電技術(shù)具有安全可靠、寬頻高效、布設(shè)簡單、易于維護、性價比高等優(yōu)勢，預(yù)計隨著發(fā)電量增大、規(guī)?；瘧?yīng)用和技術(shù)進步，將來年運行小時數(shù)可能達到4000小時，和海上風電一致，性價比和可靠性將進一步提高。

目前，海洋能開發(fā)正從單一裝置向陣列化發(fā)展。海洋能陣列化開發(fā)具有兼顧用海效率、共享基礎(chǔ)設(shè)施、降低度電成本、減小電能波動、提高整體發(fā)電效率的優(yōu)勢，是海洋能規(guī)?；玫谋厝煌緩剑酱夹g(shù)突破。

海上風電場往往也是波浪能資源富集場所，即“風波同場”，如果把海上風電和波浪能兩種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進行適當組合，可以提高綜合用海效率、提升整體發(fā)電能力和經(jīng)濟性。

波浪能還可以和海洋其他裝備融合發(fā)展，比如氣動式波力發(fā)電結(jié)構(gòu)可以和防波堤結(jié)合，能吸收75%的波浪能，同時提高護岸能力并分擔成本。

目前，清華大學團隊正在實施的氣動式波浪能發(fā)電技術(shù)，30千瓦裝置已于2021年獨立發(fā)電，100千瓦裝置2023年開始海試，200千瓦裝置今年將要下水，年底500千瓦和1兆瓦裝置也要完成下水，將顯著提升海洋能開發(fā)利用水平。

可控核聚變：合力攻關(guān)“終極清潔能源”

在原子能的利用中，核裂變是重原子核分裂成輕原子核并釋放能量的過程，核聚變則是將輕元素核（氘、氚等）聚合成更重的核并釋放巨大能量的過程。核聚變是太陽和其他恒星內(nèi)部的主要能源來源，因此核聚變技術(shù)也被稱為“人造太陽”。與核裂變不同，核聚變不會產(chǎn)生高放射性廢料，因此可控核聚變被視作理想的“終極清潔能源”。

英國皇家工程院院士、英國原子能機構(gòu)首席執(zhí)行官伊恩·查普曼介紹，英國在可控核聚變方面的目標是驗證其商業(yè)可行性，并建立世界領(lǐng)先的工業(yè)基地和核聚變發(fā)電廠。

位于英國牛津的歐洲聯(lián)合核聚變實驗裝置始于1983年，是一種被稱為托卡馬克的環(huán)形磁約束聚變裝置，通過讓氫的同位素氘和氚在極高溫條件下發(fā)生聚變反應(yīng)，產(chǎn)生巨大能量。該裝置創(chuàng)造了很多世界紀錄，其中在2023年僅使用0.2毫克氘氚燃料就在5秒內(nèi)產(chǎn)生了69兆焦能量。

伊恩·查普曼說，下一代核聚變的裝置可能規(guī)模更大，但科學家也在探討怎樣能夠小型化，如果要讓核聚變發(fā)生，溫度要達上億攝氏度，是太陽中心溫度的10倍，對材料和提取熱量的方式是巨大的挑戰(zhàn)。

英國政府正在投資“能源生產(chǎn)球形托卡馬克”（STEP）項目，計劃在2028年前完成詳細設(shè)計，在2040年實現(xiàn)商業(yè)化運行。

于2006年啟動的國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃是目前世界上最大的核聚變計劃，由中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯、美國等七個成員方共同建造一個托卡馬克型核聚變實驗堆，探索和平利用核聚變發(fā)電的科學和工程技術(shù)可行性。

ITER組織副總干事塞爾吉奧·奧蘭迪說，目前該計劃的工作完成了80%，已經(jīng)開始了一些實驗性的發(fā)電，有的冷卻塔也已經(jīng)運行。ITER要實現(xiàn)目標，就必須繼續(xù)推動科學研究和技術(shù)方案的融合，同時要讓核聚變技術(shù)保持在正確的軌道上，在合適的時間內(nèi)完成。

中國工程院院士、中核集團總工程師羅琦說，目前我國核能水平整體處于世界第一方陣，下一步發(fā)展主要有兩大挑戰(zhàn)。一是持續(xù)改進和提高核裂變反應(yīng)堆，不斷追求卓越；二是通過國家專項拿下核聚變先導工程實驗堆技術(shù)。ITER是舉全世界之力來攻關(guān)，我國也應(yīng)該以舉國之力發(fā)展可控核聚變，相關(guān)國企、高校、研究機構(gòu)都應(yīng)參與進來。

氫能：要符合物美價廉好用原則

中國工程院院士孫麗麗認為，任何一項技術(shù)能夠發(fā)展成為推動人類社會進步的科技力量，必須符合物美、價廉、好用的原則，目前氫能的利用還存在一些困難，比如在經(jīng)濟性、安全性方面要進一步提升，還要考慮如何化解綠氫生產(chǎn)的波動性與流程工業(yè)所需要的可靠性、安全性、連續(xù)性之間的矛盾。此外，從氫氣的制取到儲運，再到使用端的加氫站建設(shè)等，都有一系列技術(shù)難題需要解決。

從氫氣的制取技術(shù)來看，要想將綠氫大規(guī)模地應(yīng)用于煉化企業(yè)，首先必須保證制氫是大規(guī)模的，就要突破大功率的堿性電解槽技術(shù)、大功率的質(zhì)子交換膜技術(shù)等，以及考慮如何更好地將這些技術(shù)集成應(yīng)用。

在綠氫儲運方面，碳纖維復(fù)合材料技術(shù)等的進步能較好地解決綠氫儲存運輸?shù)膯栴}。我國沿海建有很多LNG（液化天然氣）站，每年進口大量的LNG在氣化過程中會釋放大量冷能，過去都是靠海水提溫，如果利用這部分冷能幫助綠氫液化，可降低一半成本。

同時，在氫能全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)中，如何提升油氫合建站的經(jīng)濟性等也是亟待解決的問題。最重要的是通過系統(tǒng)化制定標準，促進氫能產(chǎn)業(yè)更好更快發(fā)展。

孫麗麗說，新能源的技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展不是一個領(lǐng)域能做到的，需要建立多領(lǐng)域、多學科、多團隊的協(xié)作研究機制。例如，我國西北地區(qū)的風光等可再生能源豐富，而我國煉化產(chǎn)業(yè)和工業(yè)體系主要在東部，這就需要建設(shè)氫氣長輸管道，涉及輸氫管道材料研制、安全技術(shù)研究等多個方面。再如，“氫進萬家”是為打造“氫能社會”奠定基礎(chǔ)的重大科技示范項目，但它不是簡單地把氫氣摻到天然氣中，而要考慮多方面的情況，包括輸送管道需要的特殊管材，以及系統(tǒng)謀劃整體控制和終端安全性等問題。