能源系統需要協同發展

就眼下中國的能源格局而言，太陽能、風電、生物質能等綠色低碳能源可以持續利用，而且資源量巨大。內蒙古西部地區的戈壁灘面積約25萬平方公里，若利用其中20%的面積便可以安裝37億千瓦容量的太陽能光伏發電，以等效發電煤耗計算，年發電量相當于15億噸標準煤。風力發電取陸地離地面50米高以上，海上以近海水深5～25米的潛在開發量計算，風電總裝機容量可達27.5億千瓦，以等效發電煤耗計算，每年可提供相當于16億噸標煤。

因此，可再生能源無疑是綠色低碳能源發展的戰略方向，但是可再生能源的發展仍面臨巨大的瓶頸：一是太陽能、風能具有隨機性、間斷性、分散性的特點，可調度性差；二是年利用時間短，太陽能以峰值功率計算的等效年利用時間不足1500小時，等效年利用率不足17%，風電的等效年利用時間為2000多小時，等效年利用率約為23%，而全世界核電平均等效年利用率可達82%，即同樣1千瓦的裝機容量，核電的發電量大約是風電的3.6倍，是光伏發電的4.8倍；三是風電、太陽能的發電成本較高。

實現向綠色低碳的轉型將經歷技術的研發和成熟，市場的開拓和發展，基礎設施建設和完善的過程，可能需要經歷幾十年的跨度。特別是我國能源消費量巨大，以煤炭為主的能源格局在短時期內還難以改變，煤炭清潔高效的利用將在向綠色低碳的轉型過程中發揮重要作用。與此同時，積極穩步地推進水電、核能、天然氣等多元化清潔低碳能源的發展，以成為向可再生能源過渡中的重要橋梁。

能源供應方式變革系重中之重

我國《能源發展“十二五”規劃》提出把推動能源供應方式變革作為重點任務之一。

這些年我國風力發電主要采取集中的方式，在西北、華北、東北等資源豐富地區建設了七個大型風電場，每個風電場的裝機容量達到千萬千瓦量級，發出的電在當地消納不了，需通過長距離輸電輸送到華北、華南、華東等地消費。

從可再生能源本身的特點來看，適于采用分布式發展的方式。特別是以城市、工業園區等能源消費中心為重點，利用城市、工業園區建筑的屋頂以及周邊的荒蕪地帶，大力推進光伏、風電等可再生能源的利用，輔以儲能技術，基本實現分布式區域內電力自供自用，并通過與地區電網的聯接，實現分布式區域內電力系統供需平衡的調度調節。這樣既可以減少電力長距離輸送的壓力，而且可以充分借助于地區電網的調節能力來克服可再生能源隨機性、間斷性、可調度性差的缺點，實現可再生能源的合理利用。

儲能是可再生能源大規模發展主要技術瓶頸。目前抽水蓄能是最成熟的儲能技術，能應用于大規模電網級的儲能，已完全實現商業化運行，但是受上、下水庫選址、地形、地質條件以及水源條件制約。壓縮空氣儲能也已擁有商業運行項目，能實現大規模電網級的應用，但仍對化石燃料有依賴。其他一些化學蓄能技術，目前受經濟性的制約，難以實現大規模電網級的應用。

氫能與可再生能源需組合發展

可再生能源制氫可成為大規模儲能的重要途徑，氫能與可再生能源組合發展是實現未來能源向綠色低碳轉型的重要方向。

氫是理想的二次清潔能源，燃燒沒有CO2、SO2和NOx的排放；原料來源于豐富的水；可儲存，可運輸。

全球每年氫的消費量約6500萬噸，主要來自天然氣制氫。我國每年氫的消費約1600萬噸，主要來自煤氣化制氫和煉鐵高爐煤氣，電解制氫僅約占5%。目前我國氫主要用于生產化工產品，合成氨、甲醇、烯烴等，再有用于原油加工，加氫裂化生產輕質成品油，加氫精制脫硫等雜質，目前每年消耗400萬噸氫，預計今后將會快速增長。

目前國際上氫的利用技術正在快速發展， 氫能與可再生能源組合發展需要解決好大規模電解制氫的儲存、輸送、分配和終端利用等技術問題。

國際上電解水制氫主要有三種技術：堿性水電解、質子膜電解、固體氧化膜電解。堿性水電解是成熟工業技術，制氫規模達到兆瓦級，其優點是設備壽命長，可得到高純產品并可加壓運行。目前工業電解效率接近70%，先進堿性電解技術可達75%～85%。質子膜電解在20世紀70年代由美國GE公司開發，與堿性水電解相比，其功率密度和效率更高(可高于90%)，設備更緊湊，系統簡單，適合高壓操作，但膜的價格昂貴，需要使用鉑(Pt)和釕(Ru)作為催化劑。固體氧化膜電解是正在研發的先進技術，在高溫下電解水蒸汽制氫，可以大大降低電解池極化損失和歐姆電阻，加快電極反應動力學，減少電能消耗，1000℃下電解，電解效率接近94%。

氫可以采用高壓氫氣儲罐儲運，儲罐采用鋁合金做內膽，碳纖維纏繞制作，可承壓70兆帕。其安全性經日本汽車研究所驗證，用槍擊、火燒、沖壓、大泄露的手段可以導致氫著火，但不會發生爆炸，原因是氫在大氣中擴散遠快于汽油、天然氣。此外，氫還可采用高壓管道輸送和液氫儲運。

氫燃料電池汽車是未來汽車的發展方向。氫燃料電池小轎車100公里消耗1千克的氫，用可再生能源電解制氫，能耗僅相當于4.8升汽油。目前燃料電池汽車的價格較貴，還難以大規模推廣，戴姆勒等三個汽車制造商預計，實現連續生產、發揮規模經濟的優勢，能夠大幅降低成本，再加上氫氣站將在未來幾年在德國建造，2017年開始推出似乎更為現實可行。

在此過渡期內，可以采用天然氣中摻入氫氣代替汽油在內燃機使用，試驗證明如摻入20%體積的氫氣，內燃機效率不變，而排放尾氣更為清潔，可以為改善城市環境做出有益的貢獻。

(作者系國務院原參事、清華大學教授)