基于智能能源網(wǎng)的資源開發(fā)模式研究

基于智能能源網(wǎng)的資源開發(fā)模式研究

隨著工業(yè)化和城市化進程的加快，社會對能源、能源、天然氣、水等能源的消耗需求相對應(yīng)，對原生資源的掠奪和開發(fā)呈現(xiàn)出“不足”的發(fā)展趨勢。而作為原生資源消耗的附屬伴生品,由此而產(chǎn)生的二氧化碳等溫室氣體的排放問題加速了環(huán)境惡化。傳統(tǒng)的熱、電、氣、水各自獨立運行的資源開發(fā)模式和能源供給途徑已不能滿足社會發(fā)展的巨大需求。在未來的資源開發(fā)和能源供給模式中,哪個國家能率先將現(xiàn)有的熱、電、氣、水等單向運轉(zhuǎn)和資源浪費巨大的能源生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)改進成能交互運行且資源循環(huán)利用率高的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò),則哪個國家就能在全球能源生產(chǎn)和其交易體系中獲得更大的技術(shù)話語權(quán)和市場定價權(quán),并能重新定義資源開發(fā)和與之相匹配的商業(yè)(市場)運行模式的國際標準。因此,以交互高效的資源開發(fā)和循環(huán)性質(zhì)的能源轉(zhuǎn)化為目標,構(gòu)建智能化的熱、電、氣、水交互開發(fā)和協(xié)同供應(yīng)新模式,對實現(xiàn)能源資源的梯次開發(fā)、降耗和低碳使用顯得尤為重要?！爸悄苣茉淳W(wǎng)”的理論框架及其發(fā)展模式,即致力于將熱、電、氣、水等資源“捆綁”為整體資源,以實現(xiàn)能源的替代與優(yōu)化,統(tǒng)籌解決有關(guān)能源的高效開發(fā)和交互利用問題。1智能能源網(wǎng)發(fā)展模式智能能源網(wǎng)發(fā)展模式的提出旨在為我國可再生能源和新能源的發(fā)展奠定并網(wǎng)基礎(chǔ),更大程度地利用可再生能源和發(fā)展新能源,以確保我國為應(yīng)對氣候變化于2009年11月提出的“到2020年中國非化石能源占一次能源消費的比重達到15%左右,到2020年中國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%—45%”這一宏觀資源開發(fā)、能源利用和節(jié)能減排目標的最終實現(xiàn)?！吨袊悄苣茉淳W(wǎng)發(fā)展模式和實施方案》課題于同年獲批,則標志著我國智能能源網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略正式進入到規(guī)劃部署階段。智能能源網(wǎng)發(fā)展模式重視能源的可再生和重復(fù)利用過程,推動節(jié)能減排和應(yīng)對全球范圍內(nèi)的能源與環(huán)境危機。它與相關(guān)的熱、電、氣、水等能源和氣象、運輸?shù)刃袠I(yè)存在著密切的關(guān)聯(lián)和互動關(guān)系。智能能源網(wǎng)發(fā)展模式的核心要素來源于“系統(tǒng)能效”的提高,即對由“資源開發(fā)”到“能源生產(chǎn)”再到“能源供應(yīng)”三個核心生產(chǎn)過程所組成耦合系統(tǒng)生產(chǎn)效率的提升過程。它通過信息流與能量流、物質(zhì)流的耦合,形成多品類能源泛能流,構(gòu)成包括能源生產(chǎn)、儲運、應(yīng)用與再生四個環(huán)節(jié)在內(nèi)的智能閉環(huán)泛能網(wǎng)絡(luò);再通過對泛能流從輸入到輸出的跨時空協(xié)同以及泛能網(wǎng)內(nèi)部的多角度智能互動,實現(xiàn)對環(huán)境勢能的高品位吸收和對資源能量的高效利用,產(chǎn)生系統(tǒng)能量在全生命周期的非線性增效,從而輸出高品質(zhì)、高效率、低污染的智能能源。2智能能源網(wǎng)的資源開發(fā)模式熱、電、氣、水是工業(yè)發(fā)展過程中必須的基本能源,而作為產(chǎn)生以上能源的原生資源——煤炭一直在眾多基礎(chǔ)資源中扮演著至關(guān)重要的角色,火力發(fā)電、煤炭煉焦、煤焦氣、鍋爐煉鋼、供暖等過程都離不開煤炭的存在。我國是煤炭資源大國,但在煤炭資源的高效利用方面卻并非技術(shù)創(chuàng)新強國。很多原煤資源都被直接用于煉焦或直接燃燒,熱能損耗率很高,由此產(chǎn)生的大量二氧化碳、二氧化硫等工業(yè)廢氣對環(huán)境造成了嚴重污染。可以說,傳統(tǒng)的由煤炭資源直接到熱量能源的轉(zhuǎn)化過程,碳交易成本過高且資源開發(fā)效率偏低,已不能很好地適應(yīng)低碳時代對資源開發(fā)與環(huán)境保護的市場化要求。對基于智能能源網(wǎng)的資源開發(fā)模式和新能源發(fā)展戰(zhàn)略,我國已在基于煤炭資源的低碳能源轉(zhuǎn)化方面取得了一定的科技進步。在高效、清潔、智能的資源開發(fā)模式層面,以煤基低碳能源轉(zhuǎn)化為例,說明能匹配于智能能源網(wǎng)的資源開發(fā)模式,其具體的資源開發(fā)流程見圖1。煤基低碳能源的清潔利用,主要分為兩個開發(fā)層次,一次開發(fā)層次包括“地下氣化采煤”、“煤催化氣化”和“風(fēng)光互補發(fā)電”三個部分。地下氣化采煤過程是將處于地下的煤加入氣化劑實現(xiàn)可控氣化,生成低成本合成氣,提供給后續(xù)能源產(chǎn)品進行生產(chǎn)。該過程將傳統(tǒng)的物理采煤方式轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)采煤方式,并對廢水進行回收處理,具有投資少、污染少、安全性高和回報效益高等優(yōu)點。煤催化氣化過程屬于非燃燒煤氣化工藝,通過催化劑的作用,在較低溫度下進行氣化反應(yīng),產(chǎn)生合成氣和甲烷。這一氣化過程不產(chǎn)生氧化氮、二氧化硫等污染物,可實現(xiàn)煤的清潔氣化,與傳統(tǒng)的煤制天然氣工藝相比具有成本低和工藝簡單的優(yōu)勢。風(fēng)光互補發(fā)電過程,主要是為上述的一次開發(fā)層次和后續(xù)的二次開發(fā)層次提供可再生、環(huán)保和低碳的電力支持。需要說明的是,風(fēng)光互補發(fā)電過程主要涉及到太陽能源全息集成技術(shù),即充分利用太陽能全波段光譜,貫穿太陽能源從生產(chǎn)、儲運、應(yīng)用和回收四個環(huán)節(jié)的生命周期。該過程可實現(xiàn)對太陽能源的光、熱、電和光化學(xué)勢能的更全面開發(fā)與高效應(yīng)用。二次開發(fā)層次主要是通過將一次開發(fā)層次中由催化氣化與地下氣化兩種方式將煤炭轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的合成氣體再轉(zhuǎn)化為甲烷,二次轉(zhuǎn)化過程中所產(chǎn)生的二氧化碳被微藻生物吸碳和加氫方式吸收利用,分別轉(zhuǎn)化為生物柴油和化工原料。所涉及到的微藻生物吸碳技術(shù)主要是將富含油脂和淀粉的微藻通過化學(xué)過程轉(zhuǎn)化為生物柴油和燃料乙醇等清潔能源。微藻光合作用的特性是吸收工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳、氮氧化物等廢氣,提供高純度的氧氣,同時對氮、磷含量較高的工業(yè)廢水進行處理。因此,基于智能能源網(wǎng)的煤基低碳能源轉(zhuǎn)化過程,每一個開發(fā)層次都充分體現(xiàn)了對原生資源高效開發(fā)和低碳生產(chǎn)的考慮。可以預(yù)見,符合智能能源網(wǎng)的資源開發(fā)流程,可極大地改善我國現(xiàn)有的能源依賴結(jié)構(gòu),并在更大程度上減少對環(huán)境的污染。3技術(shù)生態(tài)位管理下的價值振興市場化前初期:價值滲透階段。這一階段應(yīng)以基于智能能源網(wǎng)的開發(fā)價值滲透和技術(shù)的市場化培育為主。因為在從“技術(shù)”到“市場”的成果轉(zhuǎn)化過程中,會遭遇到諸多實驗條件下難以預(yù)期的特殊情況,有來自技術(shù)本身與實際現(xiàn)場方面的純技術(shù)性溝壑,也有來自成果轉(zhuǎn)化和新商品步入市場方面的商業(yè)性壁壘。這就需要政府層面發(fā)揮引導(dǎo)作用。一方面,結(jié)合低碳與信息化的時代背景,對節(jié)能減排的資源開發(fā)與循環(huán)互動的能源轉(zhuǎn)化模式進行宏觀布局,積極制定適合能源行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的碳排放和交易標準(體系),以分別從主觀引導(dǎo)和客觀約束層面對基于智能能源網(wǎng)的資源開發(fā)模式進行政策鋪墊、行政干預(yù)和產(chǎn)業(yè)滲透。另一方面,針對智能能源網(wǎng)資源開發(fā)模式的核心技術(shù)在市場化前期抗風(fēng)險能力弱的特點,政府應(yīng)積極設(shè)立技術(shù)生態(tài)保護區(qū),對其核心技術(shù)進行戰(zhàn)略性生態(tài)位管理(SUM),以盡量規(guī)避技術(shù)與市場化過程中可能遭遇到的致命性打擊,并成功實現(xiàn)由“技術(shù)生態(tài)位”到“市場生態(tài)位”的價值躍遷。市場化初中期:價值推廣階段。市場對新商品和新模式的進入總是壁壘重重的,這里有消費者對傳統(tǒng)商品使用的慣性原因,也有傳統(tǒng)利益集團的寡頭壟斷原因。消費者的購買習(xí)慣可經(jīng)由新商品的使用品質(zhì)和購買價值得以改變,但對由寡頭壟斷市場而造成的利益格局再分配則只能由政府層面通過經(jīng)濟與科技體制改革來實現(xiàn)?，F(xiàn)階段,我國能源商品尚屬未實質(zhì)性放開的市場領(lǐng)域,對能源商品從資源開發(fā)到能源轉(zhuǎn)化、再到商品銷售的整個產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)都由政府占據(jù)著技術(shù)話語權(quán)與商品定價權(quán)的絕對權(quán)重。因此,承接于市場化前期的政策鋪墊,政府應(yīng)在市場化初期繼續(xù)執(zhí)行并大力開展對智能能源網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)建設(shè),主要應(yīng)包括設(shè)施基礎(chǔ)和模式基礎(chǔ)兩個層面。同時,政府應(yīng)將市場化前期和初期制定的碳排放標準及其交易體系積極付諸實際,以加速落后產(chǎn)能與傳統(tǒng)低效資源開發(fā)模式的市場淘汰,并為基于智能能源網(wǎng)的資源開發(fā)模式和能源轉(zhuǎn)化模式開發(fā)市場。另一方面,政府層面應(yīng)從財稅減免角度對基于智能能源網(wǎng)的資源開發(fā)企業(yè)與技術(shù)創(chuàng)新進行優(yōu)惠和補貼,壓縮新模式下生產(chǎn)能源商品的價值成本,以從價格區(qū)間層面引導(dǎo)市場終端消費者的購買習(xí)慣。市場化中后期:價值躍遷階段。這一階段,無論是資源開發(fā)還是市場培育層面,智能能源網(wǎng)的發(fā)展模式都已具備了足夠的成長茁壯性和產(chǎn)業(yè)鏈條的梯次匹配性,所以政府無需在市場與資源調(diào)控方面再投入更多的行政干預(yù),而應(yīng)轉(zhuǎn)向尊重市場本身對資源與價格的配置作用轉(zhuǎn)變。市場化后期,為了獲得更高位置的全球價值鏈定位,市場運行模式更應(yīng)側(cè)重于工藝提升和技術(shù)創(chuàng)新本身。但考慮到研發(fā)層面突破技術(shù)創(chuàng)新瓶頸的周期較長,以及企業(yè)自身所能承擔(dān)對技術(shù)創(chuàng)新成本的風(fēng)險抵抗能力,政府則應(yīng)從研發(fā)資金投入層面,對企業(yè)和創(chuàng)新本身給予更加穩(wěn)定和長期的財稅支持,以確保技術(shù)創(chuàng)新和價值鏈的提升能可持續(xù)地積累到足夠的躍遷動力。4積極應(yīng)對能源網(wǎng)絡(luò)資源開發(fā)與市場匹配的挑戰(zhàn)基于智能能源網(wǎng)的資源開發(fā)與市場匹配模式可從根本上改善我國對原生資源低效率、掠奪式的傳統(tǒng)資源開發(fā)方式,提高從原生資源到能源商品整個過程的資源轉(zhuǎn)化效率,并在極大程度上減少生產(chǎn)過程對環(huán)境所造成的碳排放污染。煤基低碳能源轉(zhuǎn)化的資源開發(fā)流程更是對其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)起到良好的方案借鑒和技術(shù)示范作用。以上模式的實施和推廣,需要政府層面大力的政策引導(dǎo)和財政支持。但在具體的政策實施和資源投放過程中,政府仍應(yīng)積極探尋制度創(chuàng)新。首先,基于智能能源網(wǎng)的資源開發(fā)與市場匹配模式,是對傳統(tǒng)資源開發(fā)模式和現(xiàn)有能源市場利益格局的科技體制改革和經(jīng)濟體制改革,需要建立長效激勵機制以維持改革的驅(qū)動力。作為政策的實施主體,政府在改革過程中應(yīng)注意協(xié)調(diào)好各方利益的重新分配問題,如新能源的接入、碳減排的收益、智能網(wǎng)絡(luò)租賃以及所有類型能源的調(diào)峰利益分配等。同時,政府還應(yīng)保證在市場化的初中期階段,能源價格的波動始終處于合理的價格區(qū)間內(nèi),以有效平衡改革的成本問題。其次,隨著基于智能能源網(wǎng)的資源開發(fā)模式逐漸成熟,其市場運行模式更應(yīng)向匹配智能能源網(wǎng)增值服務(wù)的方向改進。作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的主要攻關(guān)產(chǎn)業(yè),新能源產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展和市場認可還需得到其附屬增值網(wǎng)絡(luò),諸如數(shù)據(jù)通訊子網(wǎng)、能源儲能子網(wǎng)和終端智能管理子網(wǎng)用戶消費體驗的提升。因此,技術(shù)創(chuàng)新本身以及如何保證持續(xù)高效的技術(shù)創(chuàng)新,將是政府在科技體制改革層面需要長期致力的問題。第三,作為促進資本流動和