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能源科技创新没有过去式只有进行时

2014-5-7 16:15:39 来源:中国能源报 作者:陈柳钦

能源科技创新没有过去式只有进行时

能源工业是国民经济发展的基础,其具有显著的技术密集型产业特点。科学技术是能源发展的动力源泉,是克服能源资源约束和环境约束的重要手段。人类所使用的能源是一个由高碳走向低碳,进而期待着走向无碳的发展方向;能源的使用从低效走向高效、从不清洁走向清洁;能源利用设备和装置将从小型走向大型进而形成大型和小型相结合的格局、从分散走向集中进而形成集中与分散相结合的格局;人类将从一个高能耗型社会走向低能耗型社会,建设资源节约型社会和环境友好型社会。同时,科技日新月异的发展,正在预示着人类将从能源资源型社会走向能源科技型社会。

能源科技创新就是指新能源科学技术的研究和开发,也包括现有 能源技术的改进并使新能源科学技术得以实现广泛的商业应用。能源科技创新的表现形式就其能源实质而言,既可表现为全新的科技创新(如风能、氢能、地能、太阳能以及生物质能等),也可表现为原有科技的改进与突破(如洁净煤技术,二氧化碳捕获、利用和储存技术等 );就其能源形式而言,既可表现为单一的创新技术,也可表现为综合循环的技术系统;就其过程而言,则可表现为能源的输送、储存以及实际的商业应用、展示、配置等。能源科技的转变具有变革性,将会产生可观的经济和社会效益以及价值链的增值。能源技术已经被称为继空间技术、人工智能之后的世界三大尖端技术之一。在一定程度上来说,能源技术体现着一个国家的科技水平和可持续发展的能力。

能源科技创新具有战略性、公共性、前瞻性、系统性、对基础设施要求高、研发投入周期长以及商业示范是创新链条中重要环节等特点。这些特点决定了强化政府的引领与企业的主体作用、持续高水平投入以及超前部署是能源科技创新的关键。研发投入水平是能源科技发展的关键。根据国际能源署(IEA)对全球能源科技研发投入的数据统计和分析,从全球发达国家研发经费的分布和研究方向的部署来看:新能源技术投入迅速增加;核电技术投入最大,裂变重点向第四代核电技术转移;可再生能源投入比例增加,重点为发电技术、生物质替代燃料技术;油气技术投入稳定,高效燃煤发电、煤高效转化技术重新得到重视,对CO2 捕集和封存技术的关注持续增强;节能技术保持重要地位。国际能源署(IEA)对能源科技发展的预测表明:各种能源技术需共同起作用;能源技术需要在研发、示范、应用中螺旋式发展;强化政府支持与优化政策环境是关键;近中期是发展中国家抢占科技制高点的战略机遇期。

2010年7月1日,国际能源署(IEA)发布了《能源技术展望2010》报告。报告认为,初步迹象显示,全球正在经历一场能源科技革命。能源科技革命将对今后数十年经济社会的发展起着决定性的作用。要实现能源可持续发展,必须摆脱能源资源的有限性和环境制约的双重束缚,这需要从科技到制度再到整个能源经济系统发生一场革命,即能源科技经济范式变革。新能源科技是其中的关键要素,是变革的动力源泉。我们如果按照一定的范式来观察能源科技和经济的发展的话,“能源科技-经济范式”是在能源科技成熟时有关科技和投资决策的一套常识性的规则,“能源科技-经济范式”的变革(“能源科技革命”)通常含有多组基本创新和渐进创新,而且最终可能包括若干新科技体系,它不仅对整个经济领域产生扩散性的影响,而且也引起了广泛的制度、组织和管理创新。对于发展中国家来说,由于在这种主导“能源科技-经济范式”内存在产品生命周期,所以这就为发展中国家的经济追赶提供了机会。较早的进入新能源科技系统是能源跨越式发展的决定性因素。正在出现的新能源市场表明以新能源技术为基础创新的新的“能源科技-经济范式”正在酝酿之中。随着国际化石能源储量的萎缩,价格高涨,应对气候变化的进程以及环境意识的加强,各国对于能效和新能源科技的需求日益增长,能源科技将成为未来一次科技革命的基础科技之一。从长远看,未来最终能否解决能源问题,并不取决于对能源资源的拥有,而是取决于对能源科技的拥有,取决于能源科技革命的突破性进展。

中国的能源产业虽然处于快速发展阶段,但是总体上还只是大而不强,能源科技自主创新的基础还比较薄弱,核心和关键技术仍然落后于世界先进水平,主要关键技术和设备仍依赖于国外引进。与发达国家相比,在能源开采、转换、存储和运输、高效与清洁开发利用等技术领域存在较大差距。对于在发达国家已经实现商业化的技术,由于技术转移成本非常高,依赖国外技术还会带来安全问题,而且由于“技术差距”的存在,需要在转移的过程中对引进技术的积极吸收和扩散,所以中国应加强在此基础上的创新,以实现竞争力的提升,建立和完善国家创新系统,较早的进入到新的“能源科技-经济范式”之中,力争掌握新的技术浪潮的竞争优势和经济发展的主动。

中国正处于工业化和城市化快速发展时期,以煤为主的能源结构使中国二氧化碳的排放量处于世界前列,中国面临着国际上越来越大的承担减排义务的压力。而中国将在未来较长一段时间内以煤为主的能源消费结构难以改变,煤炭等高排放能源将继续占据主导能源地位,这愈发需要能源科技创新来应对中国的二氧化碳减排、节能降耗问题。根据中国能源经济的实际情况,国家改变现有的能源结构并非以单一的能源结构代替,而是必须把科技创新放在最核心的位置上构造多元化的能源结构,因时、因地制宜,核能、煤炭、油气、新能源并举。这涉及到一个社会(Society)—能源(Energy)—经济(Economy)—环境(Environment)—科技(Technology)多方面所组成的复杂系统(简称SE3T)。科学技术与其他四个方面相互影响,在整个系统当中发挥着重要作用。科技通过提高能源利用效率,发展低排放的替代能源对能源产生影响,同时,科技有助于维护和改善环境、向社会提供知识储备、向经济提供先进科技;另一方面,能源、环境与社会均对科技发展提出迫切需求。在全球新能源技术发展浪潮中,如何通过能源技术创新实现40%-50%的碳减排承诺和产业转型问题,正逐步成为关乎中国未来发展的一个重要课题。

近年来,发达国家在能源科技上的预算投入逐年递增,特别是全球能源需求在2009年出现10年来首次下滑后,世界各主要经济体不约而同地将能源科技创新作为激励经济复苏和实现可持续发展的关键推动力量,投入大量公共财政资金。中国重视能源科技创新的程度在加强,步伐亦在加快。中国共产党的十六大以来,在国家科技计划持续支持下,中国积极引进和吸收发达国家比较成熟的先进能源科技成果,并在此基础上进行了再创新,极大地推动了中国的能源科技创新工作,在较短时期内缩短了与发达国家的差距,在部分领域甚至达到世界领先水平。2009年6月,中国科学院发布战略研究系列报告—《创新2050:科技革命与中国的未来》,绘制了中国未来50年在18个重要领域的科技发展路线图。特别令人关注的是,报告赋予能源科技以很高的地位,提出了能源科技发展的基本思路。2010年1月6日,首批国家能源研发中心授牌仪式在中国船舶重工集团公司举行,此次授牌的国家能源研发中心共有16个,支持资金主要来自于中央预算以内资金,涉及核电、风电、高效发出点以及设备材料等能源重点行业和领域。时任国家发改委副主任、国家能源局局长张国宝表示,这对我国能源科技支撑体系,满足创新型国家和能源结构优化升级的战略需要以及能源技术装备的市场需求意义深远。2010年全国科技工作会议上,不仅提出把新能源等战略性新兴产业培育成经济社会发展主导力量,也明确指出要为传统产业振兴提供科技支撑,加快推广应用新技术、新产品,提高研发生产的信息化、智能化水平和安全保障能力,促进传统产业技术改造和结构升级。可以预见,优质和高效地利用传统能源,加强科技攻关,从源头上减少碳排放,仍是未来可持续发展的一段很长的必经之路。为促进能源领域科学技术的发展,鼓励能源领域科学技术进步,2010年国家特别设立了一个国家级奖项—能源科技进步奖。在能源领域设立国家级科技奖,这不仅显示出中国经济可持续健康发展,迫切需要通过技术创新实现能源供应保障,更彰显出国家推动能源技术创新的决心。时任国务院副总理李克强2010年7月23日在接见首届能源科技进步获奖代表时说,构筑稳定经济清洁安全的能源供应体系,必须开发应用先进的能源技术,大力推动能源节约和有效利用,以能源的可持续发展支持社会经济可持续发展。根据2010年12月颁布的《国家级能源科技进步奖励管理办法》,能源科技进步奖将每年评选一次。时任国家发改委副主任、国家能源局局长张国宝2011年全国能源工作会议上表示,“十二五”期间(2011年到2015年),中国将合理控制能源消费总量,调整能源结构,开展能源国际合作,加强科技创新能力,推动能源生产和利用方式变革,构建安全稳定经济清洁的能源产业体系。2011年出台的《国家“十二五”科学和技术发展规划》明确提出,要积极发展风电、太阳能光伏、太阳能热利用、新一代生物质能源、海洋能、地热能、氢能、新一代核能、智能电网和储能系统等关键技术、装备及系统。实施风力发电、高效太阳能、生物质能源、智能电网等科技产业化工程。建立健全新能源技术创新体系,加强促进新能源应用的先进适用技术和模式的研发,有效衔接新能源的生产、运输与消费,促进产业持续、快速发展。2011年底,国家能源局正式发布了《国家能源科技“十二五”规划(2011—2015)》(以下简称《规划》),这是国家能源局成立三年来发布的第一部规划,也是中国历史上第一部能源科技规划。《规划》提出,要围绕由能源大国向能源强国转变的总体目标,突破重点,提高能源开发利用效率,为能源发展“十二五”规划实施和战略性新兴产业发展提供技术支撑。《规划》确定了勘探与开采、加工与转化等4个重点技术领域,提出了重大技术研究、重大技术装备、重大示范工程和技术创新平台“四位一体”的科技创新体系,对中国能源发展具有现实和深远的意义。

未来世界中的能源结构应该是百花齐放的,在风能和太阳能等清洁新能源的进一步发展下,对于化石燃料的清洁利用、碳捕集技术、页岩气等传统能源的利用方式以及降低能耗也将是继续研究的方向。能源科技在解决能源问题方面所起的作用非常巨大:一方面要借助科技来提高能源效率。无论是发电还是动力,中国的很多设备能耗偏高,这就需要进一步提高设备的科技含量,至少有10%甚至更高的节能空间;另一方面,我们要进一步利用其他能源,比如风能、太阳能、燃料电池、氢能,使能源结构多元化,而根本的出路就是科技。近年来,在党中央、国务院的高度重视和正确领导下,能源行业坚持政府引导,建立“政产学研用”相结合的能源科技协同创新体系;坚持企业技术创新主体地位,依托工程推进重大能源技术和装备自主化;坚持引进消化吸收再创新和集成创新模式,走跨越式发展的路子;坚持国际国内两个市场两种资源,积极推动能源装备“走出去”,中国能源技术创新能力和装备国产化水平得到了显著提升,有力地支撑了能源产业的安全、健康、可持续发展。具体体现在:安全、绿色、高效煤炭开发利用水平显著提升,清洁、低碳、高效燃煤发电技术居世界领先水平,大型水电开发技术和装备研制能力居世界前列,先进核电研发设计和制造产业体系日趋完善,风能、太阳能等新能源技术创新呈现明显后发优势,大容量远距离智能化电网技术处于世界领先水平,油气勘探开发、输运和炼化技术水平显著提升,等等。

解决能源问题的关键在于能源科技的创新。能源科技创新能力是能源产业发展的驱动力。能源科技创新是节能减排、提高能效、推动能源生产和利用方式变革的关键因素,科技决定能源的未来,科技创造未来的能源。从人类使用能源的发展史来看,正是科技变迁导致使用能源的演变。在过去的20世纪里,能源科技的创新极大的推动了世界经济和社会的发展。石油、天然气的开采技术,汽轮机和电动机,核能的开发利用等构成的能源科技体系支撑着世界经济从工业化到信息化的发展。20世纪70年代爆发的石油危机、20世纪80年代环境问题的出现又促进了煤炭液化技术、清洁燃煤技术、燃气轮机技术的创新。2013年,能源上游行业的水力压裂法和页岩气革命,在重塑能源格局中将大展拳脚。同时,能源下游行业也通过技术创新,最大限度地管理及整合行业与消费者的数据信息,以提高电气能源产业的成本效率。能源科技是第一次科技革命和第二次科技革命时期的带头科技。虽然能源科技在当代已失去先导科技的地位,但作为现代工业科技基石的能源科技仍然举足轻重,尤其在当今石化能源逐渐短缺的条件下,其发展对整个人类社会的发展是至关重要的。发展到今天,不仅中国、全世界都需要另一次能源科技创新,甚至是革命来解决前一次能源科技创新引发的环境等问题。这次能源科技创新的目标是用新能源与可再生能源最终取代矿物质能源。毋庸置疑,这次能源科技创新将给人类带来巨大的变化,其强度绝不逊色于近十年来信息技术为人类带来的变化。在能源领域,对高新科技的渴望永无止境。未来中国既需要安全、低价的能源,又需要更丰富、更清洁的能源,“更好、更智能、更清洁”必须成为主要目标。无论是实现传统能源的低碳化、清洁化、高效化利用,还是实现绿色能源的规模化利用,都要依靠科技的发展与进步。

当前,中国正进入加快转变经济发展方式的攻坚时期。可以说,依靠科学技术创新,转变经济增长方式,解决制约经济、社会发展的瓶颈问题,是中国科技界的历史使命。加快转变能源发展方式,科技创新是关键。要结合中国国情,实现能源技术领域的跨越式发展,通过“替代化”、“分散化”战略改变现有的能源结构,把推动能源发展的立足点提高到质量和效益上来,要做到这些,必须将能源科技创新上升到国家发展战略高度,着手长远,进行前瞻性能源科技创新长远规划,完善引导能源科技创新的政策法规,切实抓好能源科技创新和体制机制创新,推动能源生产和利用方式变革,通过科技创新,让能源与环境和谐共生。

当然,能源科技创新是一个系统工程。在创新氛围、创新成果、创新投入以及品牌影响力、社会贡献度等各方面,探寻创新发展路径,单靠企业个体去推动,力量有限。全社会需要形成合力,突破瓶颈,在深化科技体制改革上取得新的进展。具体来说,要加强政府对能源科技创新的统一协调管理,通过政府的主导作用解决能源科技创新过 程中的系统失灵问题;要将能源科技创新政策的设立与实施主要体现在依靠能源立法上,把能源科技创新纳入法制化轨道;明确政府和产学研在能源科技创新中的定位及相互关系,加强能源科技创新不同阶段的衔接,在产学研结合中实现能源科技的新突破;强化企业在能源科技创新中的主体作用,以市场为导向,统筹规划,逐步形成“基础研究、应用研究、装备制造、工程示范”四位一体的能源科技装备创新体系;加大能源科技创新投入力度,逐步增加能源科技研发投入在GDP中的比重,形成多元化、多渠道、稳定的科技投入体系;加大和完善科技条件平台与基础设施、社会资源平台建设,建立共享机制,靠科技创新“制造”能源;加强能源科技人才建设,构筑高层次创新型科技人才培养基地,努力造就世界一流的能源科学家和科技创新队伍;不断提高能源科技的知识产权保护水平和力度,采取适当保护水平的知识产权政策,构建引进和许可新能源科技所需要的知识产权保护制度环境,加快能源科技合作创新和自主创新,提高自我研发和创新能力;要有选择地引进、消化、吸收国外的先进能源科技成果,进行能源科技优势互补,积极开展能源科技国际合作,实现长期共赢,共同应对世界能源需求;等等。总之,完善的能源科技创新体系是实现国家能源战略,提高中国能源领域整体竞争力的根本保障。

(作者为中国能源经济研究院副院长、首席研究员,教授)

网站编辑:潘冰

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