“十四五”可再生能源规划落地:大规模、高消纳、市场化
全文 1940 字,阅读大约需要 5 分钟 未经许可严禁以任何形式转载 南方能源观察 欢迎投稿,投稿邮箱: eomagazine@126.com 编辑 黄燕华 审核 冯洁 6月1日下午,国家发改委等九部委联合发布了《“十四五”可再生能源发展规划》(以下简称《规划》,明确了“十四五”可再生能源发展的主要目标,同时更加注重可再生能源的大规模开发、高水平消纳以及市场化发展。大规模开发 中国已经承诺二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值、努力争取2060年前实现碳中和,明确2030年风电和太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上。截至2020年底,全国风电和光伏发电装机达到5.3...全文
IDC全称为Internet Data Center,互联网数据中心。只提供场地和机柜的数据中心,一般称为DC(Data Center),而同时提供带宽服务的,一般称IDC(互联网数据中心,Internet Data Center),两者有时不作严格区分。IDC是指一种拥有完善的设备(包括高速互联网接入带宽、高性能局域网络、安全可靠的机房环境等)、专业化的管理、完善的应用级服务的服务平台。在IDC平台基础上,IDC服务商为企业和ISP、ICP、ASP等客户提供互联网基础平台服务以及各种增值服务。
全球IDC行业投资现状:投资规模呈快速增长趋势
云计算、大数据、物联网、人工智能等新一代信息技术快速发展,数据呈现爆炸式增长,互联网数据中心建设成为大势所趋。2020年在疫情的影响下,全球数据中心IT投资规模下降,但世界主要国家和企业纷纷开启数字化转型之路,在这一热潮推动下,全球数据中心IT投资正在逐步回复,呈现快速增长趋势。根据Gartner的数据显示,2021年全球数据中心IT投资规模达到2073亿美元,同比增长6.7%,预计2022年投资规模将达2186亿美元。
全球IDC行业建设现状:向着大型化、集约化发展
2010年以来全球数据中心平稳增长,从2017年开始,伴随着大型化、集约化的发展,全球数据中心数量开始缩减。据Gartner统计,截至2020年数据中心共计42.2万个,初步核算2021年全球数据中心数量进一步下降,在41万个左右。
以超大规模运营商的大型数据中心数量角度来看,随着行业集中度的逐步提升,全球超大型数据中心数量总体增长。据Synergy Research Group的最新数据,截至2021年超大规模提供商运营的大型数据中心总数增加到700个左右,较2020年同比增长17.25%。根据Synergy Research Group最新预测,凭借目前已知的314个未来新超大规模数据中心的规划,运营数据中心的安装基数将在三年内突破1000个大关,并在此后继续快速增长。
注:2021年数据截止2021Q3。
全球IDC行业市场规模体量:数据量的爆发增长带动市场规模发展
随着物联网、电子政务、智慧城市等领域的发展以及云计算的发展也将进一步推动IDC领域的发展。依据IDC发布的《数据时代2025》报告,随着5G、物联网的发展,2010-2021年数据呈现爆发式增长状态,2020年全球数据量为60ZB,初步统计2021年达到70ZB预计2025年全球数据量将达到175ZB。
数据量的爆发式增长使得市场对IDC行业愈发青睐,据中国信通院的数据显示,2017-2021年间,全球IDC市场规模均保持正增长,且年均增速在10%左右。2021年全球IDC行业市场规模为679.3亿美元,同比增长9.9%。
全球IDC行业市场前景预测:即将迎来其新一轮的发展机遇
可以预见,在未来几年,IDC产业将迎来其新一轮的发展机遇。此外,随着网络系统日趋复杂,伴随网络的带宽逐步提高,用于网络维护的成本投资逐步增加,网络管理难度也在日益加大,在这种情况下,以资源外包的网络服务方式逐渐受到企业重视,并取得长足的发展。另外,各国政府加大了对电信宽带的投资力度,促进电信和互联网的融合。根据中国信通院预测,2022年全球ID行业市场收入将达746.5亿美元,增速总体保持平稳,2022-2027年年复合增长率在10%左右,到2027年行业规模将超过1200亿美元。
—— 更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国IDC(互联网数据中心)市场前瞻与投资战略规划分析报告》
一、全球碳市场发展概况
“碳交易”又称“碳排放权交易”或“温室气体排放权交易”,来源于两个国际公约,即《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》。1997年《联合国气候变化框架公约》第三次缔约方大会通过的《京都议定书》确定了旨在减排温室气体的三个灵活合作机制,其中之一就是国际排放贸易机制,该机制允许一个国家将其超额完成减排义务的指标以贸易的方式转让给另外一个未能完成减排义务的国家,这成了推动全球碳市场萌芽的标志性文本。
2005年《京都议定书》正式生效后,全球碳交易市场如雨后春笋般出现,呈现爆炸式的增长。根据世界银行的统计,全球共有40个国家和超过20个地区实行碳定价政策(包括碳交易、碳税和其他碳定价机制),覆盖约37亿吨二氧化碳的排放,约占全球年排放量的11%。全球已启动碳市场的国家和区域包括:中国7省市碳交易试点、美国加州和东部9个州、加拿大魁北克省、日本东京及京都和埼玉县,以及欧盟、瑞士、新西兰、韩国和哈萨克斯坦等国,共有17个相对独立的市场。根据ICAP(国际碳行动合作组织)的统计,到2017年年底,全球将有19个碳交易市场运行,这些碳市场将覆盖超过70亿吨的温室气体排放,其所在经济体贡献着全球近一半的GDP,并占全球超过15%的碳排放量。
同时,碳定价对于实现巴黎协定的目标和国家自主贡献方案(INDCs)起到关键作用。各国提交给联合国气候变化框架公约(UNFCCC)的减排计划中,大约有100个国家自主贡献预案(INDCs),包括了碳排放交易系统、碳税和其他碳定价市场机制。在可预见的未来,全球碳市场发展潜力巨大,并有望成为推动全球气候变化实质合作的重要平台。
实现碳中和的措施有:
1、大力调整能源结构
推进能源体系清洁低碳发展,稳步推进水电发展,安全发展核电,加快光伏和风电发展,加快构建适应高比例可再生能源发展的新型电力系统,完善清洁能源消纳长效机制,推动低碳能源替代高碳能源、可再生能源替代化石能源。
2、加快推动产业结构转型
大力淘汰落后产能、化解过剩产能、优化存量产能,严格控制高耗能行业新增产能,推动钢铁、石化、化工等传统高耗能行业转型升级。积极发展战略性新兴产业,加快推动现代服务业、高新技术产业和先进制造业发展。
3、着力提升能源利用效率
完善能源消费双控制度,严格控制能耗强度,合理控制能源消费总量,建立健全用能预算等管理制度,推动能源资源高效配置、高效利用。继续深入推进工业、建筑、交通、公共机构等重点领域节能,着力提升新基建能效水平。
4、加速低碳技术研发推广
坚持以市场为导向,更大力度推进节能低碳技术研发推广应用,加快推进规模化储能、氢能、碳捕集利用与封存等技术发展,推动数字化信息化技术在节能、清洁能源领域的创新融合。
5、健全低碳发展体制机制
加快完善有利于绿色低碳发展的价格、财税、金融等经济政策,推动合同能源管理、污染第三方治理、环境托管等服务模式创新发展。
6、努力增加生态碳汇
加强森林资源培育,开展国土绿化行动,不断增加森林面积和蓄积量,加强生态保护修复,增强草原、绿地、湖泊、湿地等自然生态系统固碳能力。
这意味着我国的可再生能源发展面临着新的形势和新的任务,从侧面印证了可再生能源装机比例必须要进一步的提高,才能更好的适应市场的发展,保障整个电力的安全可靠供应。
时代在不断的进步,科技在不断的发展,大力实施可再生能源替代行动,以迫在眉睫,从此次的碳中和经济论坛中,我们可以看出,可再生能源已成为新一轮的能源革命和科技产业革命的主战场,发展可再生能源是减排不减生产力的重要支柱,作为一名普通人,在生活中也应该积极的了解我国相应的科技变化政策,这样才能更好的确保自己的财产安全不受影响。
我国将要大力实施可再生能源替代行动。
当前全球新一轮的能源革命和科技革命,深度演变我国可再生能源发展面临新形势,新需求,正处于大有可为的战略机遇期,从此次的会议中我们可以看出我国将要大力实施可再生能源代替行动,保障国家能源安全纵深推进能源革命光电,水电生物质发电规模,均已持续稳居全球首位未构建煤油气和新能源可再生能源多轮驱动的能源供应体系打下了坚实的基础,在我国碳减排约束条件之下大力发展可再生能源,已成为加快构建清洁低碳的新体系。逐步实现能源独立的必然选择也是必不可少的一件事。
这释放了怎样的信号呢?
一个国家想要获得快速的发展,必须推动生态文明建设,在应对气候变化等多目标约束条件之下,我国可再生能源仍将持续保持高速发展态势,这与我国科学家们的不断努力是有一定的关系的加速,对化石能源的加速替换加快步入跃升发展新阶段,对于推动我国的产业链,供应链安全,关键技术,创新稳定性可靠性等关键问题的发展,也有着非常积极的意义。
自从蜂窝式网络首次被数字化并展开2G通讯以来,其发展迅速,并且每一代技术的复杂性都在发生变化。近年来,行动网络的资料数据量不断地增加,并大量支援各类新业务与应用场景,使得接下来的5G系统必须考虑更大的行动数据量与设备连接性。
无线接取网络(Radio Access Network;RAN)的设置,除了必须考量关键性能指标要求、网络商业营运能力,还有具备持续演进能力等三大因素之外,全球电信营运业者也希望有机会与第三方设备供应商合作,来推动界面的开放性并走向标准化的制订,如此才有机会进一步降低设备成本。因此,5G无线接取网络的基础架构必须走向开放化、虚拟化、灵活性以及与节能等趋势。
在早期,电信营运商若有基地台建置需求,都必须向传统电信设备商(例如Ericsson、Nokia、中兴、华为等)购买基地台设备。这些营运商总是可以透过一个固定的电信设备供应商来提供其核心网络设备,尽管有效提升了整体的性能,但代价则是降低了来自不同供应商的RAN设备之间的互操作性。结果,使用这样的解决方案很难将无线电和基频元件供应商整合在一起。
到了接下来的第五代行动通讯系统(5G NR),将开始导入O-RAN(Open Radio Access Network)网络系统。透过O-RAN这样的开放架构,未来营运商可跳过传统电信设备商,直接向硬设备业者(如广达、中磊这类厂商)采购电信设备,除了有利于创建高灵活性的下一代无线网络,台湾资通讯厂商更有机会切入此传统封闭的电信设备系统,建构出一套新的商业模式。
O-RAN架构以智能和开放的原则为基础,是在具有嵌入式AI驱动的无线电控制的开放式硬件和云端,构建虚拟化的RAN。O-RAN联盟正在将无线电接取网络产业转变成为开放、智能、虚拟化和完全可互操作的RAN架构。O-RAN标准透过更快的创新,可实现更具竞争力和灵活性的RAN供应商生态系统,而基于O-RAN的行动网络更能有效提高RAN部署和运营的效率。
二、AI加速
当前防疫所需的非接触性应用、未来新常态的远距应用,以及实现永续发展的自动化应用,成了数位转型策略的重要引子—人工智能(AI)技术则是主药,从分析大数据的云端平台,到实时决策的边缘终端,凡是数据所在,都会看到AI更显著地牵引着各大产业质变的动向。
国际数据信息(IDC)2020年推出的报告预测,全球在AI系统上的支出将加速成长,2019~2024年间的年复合成长率(CAGR)可高达20.1%。因为对企业而言,要在数位转型的过程中维持竞争力,人工智能技术占了部份。
疫情刺激市场快速转型,AI猛地从产业部署的蓝图要塞上,跃然化为战场主将,改善实际应用的效率,并推动新兴的产业合作模式,将是后疫情时代的发展重点。2021年AI将会加速发展,但如何加速?答案或许可见于两大面向。
其一,产业将会加速分工,链接从资料中心到装置终端的开发资源。2020年NVIDIA与Arm的并购案就能当作这项趋势的楔子。
累积多年的GPU研发与应用资源,NVIDA对云端AI运算的核心技术可说是势在必得,未来若成功将Arm在行动运算上的广泛布局纳入麾下,就能在智慧应用普及化的庞大运算架构中,更快速地实现高度整合且易于弹性部署的AI解决方案。
虽说在商业上,这是在整并业务与开发资源,但就技术发展而言,却是在深化集中式与分散式资料管理的分工模式。AI是改变未来 科技 开发与应用的首要关口,要加速AI落地,更细致的产业分工,会是这条转型之路起点上的一小步。
其二,AI应用将会加速,确切地说,产业将更积极建立AI应用的规则性,这不仅能确立问责AI的机制,实现负责任、可信、可靠的智慧运算(responsible AI),对加速技术普及来说,也至关重要。
AI应用涉及更复杂的软硬件整合,从算法的智财权界定、开发规则制定甚至是标准化,到通用或客制专用硬件的开发模式创新,最后是在大小规模装置上,处理推论与做出决策时的资料可溯性与合法性问题,这些目前都还存在不少潜在疑虑。
2020年我们看到了由G7成员国提出的AI全球伙伴关系(Global Partnership on AI;GPAI)成立,业界亦有微软、国际标准化组织(ISO)等跨域共组的AI Global非营利组织,还有前身为MLPerf的开放工程联盟(MLCommons)集结了更多的产业要角,共同推动机器学习技术的开发与应用。
正是有了产业共识,才能延续并稳定这波AI成长的动能,而在2021年,这些针对AI应用的跨国跨界协商与规则订立将会持续。
三、工业数位转型
2020疫战,不仅改变了人们的生活日常,更极速地驱动了数位转型及发展。这场全球化的疫情已从根本改变了人们的生活方式,并史无前例地加速了数位生活转型。从一般生活层面、企业端,到制造业,都正经历着一波数位转型的革命。事实上,数位转型早在疫情之前,各企业早就已经开始陆续布局,然而疫情的突然到来,让各企业原本的数位转型加速进行,一波快速数位转型的革命,正如火如荼的开展。然而所有的企业都一样,在数位转型的路上,总是遇到重重的关卡与挑战,需要进一步克服。
事实上,不管任何企业,数位转型都是一段漫长的旅程,例如正在工业4.0的框架下,加速迈向智慧化的制造业也不例外。制造业涵盖多项设备,正以智慧工厂为目标,并朝向「自主化」的趋势发展。目前制造业转型面临的痛点,包含产线设备效能有限,无法因应新兴的与复杂的工作负载;过去部署的设备与新购入的设备整合不易,缺乏实时反应;以及设备、系统的安全性等。
为了解决上述痛点,成功的智慧化解决方案可由四个面向切入,分别是:效能、实时处理能力、资安与功能性安全。这“四大要件”在IIoT的部署中,扮演重要角色,将直接影响各式工业的发展,从工厂自动化、现有工厂设备的整合,到作业负载的整合,以及机器人的应用等。在智能化工厂的自主化发展趋势中,下列几点需要特别注意:
可扩展的计算能力,以省电的方式解决不同的工作负载;
结合安全性与实时性,避免系统故障或网络受损的潜在风险;
随着系统复杂性增加,来自多个传感器(如:视觉、雷达及光达)的传感器融合(Sensor fusion)讯息必须结合机器学习,得出准确及可行的信息;
所有硬件皆须透过整体性的规模设计,以运行自主系统所需的复杂工作负载,并同时具备高效能以进行商业部署。
四、第三代半导体:SiC &GaN
第一代半导体是硅(Si),第二代是砷化镓(GaAs),目前市场所谈的第三代,则是碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)。
第三代半导体有什么不同?其最主要的特点,就是在“宽能隙(Wide Band Gap)”上。能隙是一个基础的物理学原理,主要用来研究电子运动的现象,其所产生的效用就是导电性的差异。能隙越宽,电子越不容易越过,当然也就越能承受高电压的系统应用。
所以跟传统的硅材料相比,使用宽能隙材料的半导体产品,就展现出对于大功率系统和较高温的环境有良好的适性,并实现了更好的能源转换效率,以及更高的稳定度与可靠性。
而基于先天材料上的体质优势,采用宽能隙材料的半导体元件,并不需要太多其他的辅助设计,例如散热等,因此也有助于减少装置的体积,达成轻量化的系统。
上述这些特色正好符合了当前产业趋势的需要,例如电动车、再生能源、工业4.0、5G等,这些应用的最大特色就是采用高功率的电路设计,也因此使用宽能隙材料的元件就受到市场的青睐。
目前全球主要的电源元件供应商都已陆续布局了碳化硅和氮化镓的方案与产能,尤其是这类元件的材料制作的成本较高,产能十分有限,现在几乎已成了兵家必争之物。一线的大厂更是透过策略联盟,或者收购的方式,来确保自家的产能。
像是英飞凌(Infineon)除了与Cree达成SiC晶圆长期供货战略协定外,近期也与GT Advanced Technologies(GTAT)签署碳化硅(SiC)晶棒供货协议;意法半导体则收购了瑞典SiC晶圆制造商Norstel AB,不久前也与罗姆集团旗下的SiCrystal GmbH,签署了长期供应SiC晶圆的协定。
台湾的晶圆供应商环球晶,日前则公告了将收购Siltronic AG,以强化在GaN和SiC的制造能量;世界先进经过了多年的研发后,目前已逐步量产了GaN的产品。
依据半导体市场研究机构Yole的分析报告,采用SiC电源元件的装置,在2021年将有25%的年成长率;2023年则将达到44%;2025年则会进一步增加至50%的年成长。
五、数位信息医疗照护
在2020年新冠疫情重创全球经济态势之际,防疫 科技 和医疗照护产业相关的人力、技术及产品的需求都很迫切,也让个人智能 健康 照护与数位照护服务系统的成效倍受瞩目,例如其中的医用辅助软件、生理侦测系统及远距问诊等设备促进个人 健康 质量及管理的产品,正促进数位信息医疗发展。
我非常认可国家进行可再生能源的替代行动,但要想大规模普及,不仅要考虑到清洁能源大规模项目所铺设的人力技术和资源成本。相关的法律规定和政策扶持也必须要尽快跟上。
对于清洁能源的替代和可再生能源的使用,不仅可以促进民生生活的秩序和空气的良好,也能够保障我国的现有生活和未来发展。但在现阶段还有更多的技术难关仍需解决和突破,这也是值得注意和考虑的。
可清洁能源的使用将会造福人民群众,并减少环境污染。
我们本身和自身的环境存在着相互影响的情况,通过可清洁能源不仅可以替代燃料燃烧可能产生的有害废物,也可以更好的保护家园,从而避免未来产生极端的频繁灾害天气对生活和出行造成影响。因此清洁环保能源的存在是非常重要的,对于未来国家之间的能源使用甚至外太空的能源使用技术而言都有着非常重要的前景方向。
许多可再生发电项目会受到地理环境以及天气周期的影响,影响了发电技术的运行和改进。
但不可忽视的是,相关的阻力和问题比如说水能,风能太阳能等,这些清洁项目虽然不会产生污染,但其发电规模和其发电设备会受到地理环境以及天气周期的影响,对于维持地区的长久和稳定发电而言,其实只能起到辅助作用。目前类似诸如核能以及其他的清洁煤发电项目,也受到了国家的关注和行业的研究。
针对可清洁能源的市场推进和研发,相关政策和扶持规定也有待完善。
要想真正的促进替代行动的落实和到位,相关法律法规的政策和扶持规定也是有待完善的。针对于某些企业的研发和分析给予一定的支持,并派遣相应的科研人员进行辅助帮助,可以更好的推进这类可再生能源替代项目的落地。
二、重大应用关键软件。围绕我国自主研发的关键基础软件、操作系统、数据库、大型工业软件、行业应用软件、新兴平台软件、嵌入式软件七大领域,推进重大应用,重点突破关键软件研发,培育壮大平台软件、应用系统、开源社区等新兴业态。围绕工业互联网战略需求,加速工业技术软件化,发展软件定义、数据驱动、平台支撑、服务增值、智能主导的新型制造体系。
三、云计算、人工智能和无人驾驶。围绕云计算和大数据技术,形成系统解决方案,突破云计算与大数据领域重大设备、核心软件、支撑平台等方面关键技术。围绕我国自主研发的人工智能芯片和开发框架,发展软硬件协同和系统级优化技术,构建异构软件编程及开发体系。加强我国原创人工智能开发框架发展,支持端边云统一架构和编程接口、动静态图结合的计算引擎、千亿参数级超大模型的自动并行,以及全流程安全可信。开展面向行业的人工智能模型和算法研发,推进在工业制造、智慧园区、无人驾驶等场景形成应用创新和应用方案。围绕我国自主研发的关键车载芯片、智能驾驶操作系统、车载中间件构建功能软件算法,并进行系统优化,打造面向多场景的智能驾驶业务系统,提升驾驶体验和作业效率,促进智能驾驶技术在多行业多场景的规模化应用落地。
四、新材料及制造技术。围绕高性能结构材料、新型功能材料及新能源材料展开研究。聚焦提高高性能结构材料强度、硬度、塑性、韧性以及适应特殊环境要求,开展包括新型金属材料、高性能结构陶瓷材料和高分子材料等相关研究;针对包括先进复合材料、纳米、生物医用、高温超导材料等的新型功能材料的研究;针对清洁能源和储能等方向,开展新能源转化、利用和发展新能源技术的关键材料和技术。围绕金属增材制造技术原理和材料工艺创新研究,以金属增材制造成形规律、热源控制、材料成分设计等关键科学问题为研究目标,建设多学科交叉融合的金属增材制造创新研究团队,重点发展航空航天、能源、汽车制造、生物医学等领域的钛合金、铝合金、复合材料等增材制造的基础理论研究,在多物理场分析与监控、复杂结构零件制造、极端性能零件制造等领域研发增材制造核心技术。
五、新能源与储能技术。围绕储能技术的机理和材料创新研究,以储能领域储热/储冷、物理储能和化学储能中存在的低容量、低集成度,以及分布式储能等关键科学问题为研究目标,建设多学科交叉融合的储能技术创新研究团队,重点发展新能源化工等领域,推进压缩空气储能、化学储能、各类新型电池、燃料电池、相变储能、储氢、相变材料等基础理论研究。围绕新能源革命带来的能源转换、传输、利用和管理等环节中的挑战,研发可再生能源发电的并网储能技术与系统、大规模集成储能与应用、分布式储能技术及系统优化、储能技术规模化应用及管理、碳计量、碳转化、碳捕捉等关键核心技术。
六、生物技术与生物育种。针对保障食物安全和发展生物育种产业的战略需要,围绕主要农作物和家畜生产,发展合成生物技术等领域,获取具有重要应用价值的基因,培育抗病虫、抗逆、优质、高产、高效的重大转基因农林牧渔业新品种,提升生物育种水平,增强农林牧渔业科技自主创新能力,确保国家粮食安全,促进山水林田湖草系统治理,推进乡村全面振兴。
七、绿色环保与固废资源化。面向生态文明建设与保障资源安全供给的国家重大战略需求,重点围绕高效转化、清洁利用、精深加工3个领域,开展基础理论研究和应用基础研究,研发整装成套的固废资源化利用技术,形成固废问题创新性解决方案,提高我国资源利用效率,支撑生态文明建设。
八、第五代通信技术和新一代IP网络通信技术。围绕大规模天线阵列、高集成新型滤波器、宽带高效功放、新型网络架构、干扰协调等核心技术,扎根理论创新、工程创新和材料创新,不断提升频谱效率、降低能耗、降低体积/重量,为数字社会构建坚实的网络基础。通过5G技术推动移动互联网、物联网、大数据、云计算、人工智能等关联领域裂变式发展,在制造业、农业、金融、教育、医疗、社交等垂直行业探索新应用。围绕IP网络技术领域,探索以SRv6、BIER6、切片等为代表的新一代IP网络技术,结合网络分析、自动调优、AI等智能化技术,推动我国数据通信领域的应用技术创新。探索新一代IP网络通信技术应用于5G垂直行业、上云专线、Cloud VR等业务创新。
九、城乡治理与乡村振兴。重点围绕乡村振兴、城乡融合发展,开展理论、制度与实践的创新研究。按照“产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕”的要求,聚焦新农村、新农业、新农民、新生态建设,聚焦城乡统筹发展,改善城乡生态环境和人居环境,着力研究解决乡村发展不平衡不充分问题,以乡村产业振兴带动和促进乡村相关问题的解决;探索边发展边治理,以治理引领和促进乡村振兴的新途径及改善人居环境、改善容貌秩序的新方法。针对该领域提出科学性、规范性和引领性的顶层设计;研究自治组织、社会组织和农民在乡村治理中的主体功能,研究促进城乡融合高水平推进的路径与方法。
十、社会事业与文化传承。助力夯实基础学科,推进文史哲之间、文史哲与其他学科的交叉融合,加强中华优秀传统文化创造性转化、创新性发展的有效路径、模式、机制研究,既继承中华传统优秀文化又弘扬时代精神;关注学科交叉融合和跨界整合,探索新科技革命所带来的新经济业态、新生活方式、新运营模式,综合运用大数据、人工智能等信息技术对传统管理理念、模式、内容及手段进行升级改造;从中国教育改革发展实践中挖掘新材料、发现新问题、提出新观点,助力构建新时代中国特色社会主义教育理论体系,将教育理论有机融入创新创业实践。服务教育现代化和教育强国建设,面向区域基础教育,探索协同育人的有效机制。积极应对信息时代新兴技术对教育教学带来的挑战,围绕促进学生自主学习、深度学习,深入开展教学方法、教育技术手段等方面的改革探索;分析艺术学应对技术变革和产业革命面临的挑战,探索艺术与科技有机融合新方向。调研分析行业市场需求,特别关注文化科技融合、文化创业等产业新需求新变化。
一、前言
能源技术的迭代创新推动了全球能源产业的转型发展。作为世界上最大的发展中国家、第一人口大国和第二大经济体,我国还是最大的能源生产国和消费国,能源工业的 健康 发展攸关我国资源、环境和 社会 经济可持续发展。当前,我国能源工业发展尽管已取得显著成就,但面临的问题同样突出:①能源消费总量规模巨大,能源生产和消费结构仍以化石能源为主。2018 年,我国煤炭消费总量约为2.74 109 tce,同比增长 1.0%,占能源消费总量的比例高达 59.0% [1] ,但所占比重持续下降。可再生能源和核能发电量保持增长,但规模化水平依然不足。②油气安全供应形势严峻,2017 年我国首次成为全球最大的原油进口国,2018 年石油对外依存度为 72%、天然气对外依存度为 43% [2] 。③化石能源尚未实现优质化利用,尤其是煤炭清洁高效利用水平仍需大幅提升。发电用煤占比远低于发达国家,大规模煤炭开发利用带来的生态环境问题较为突出 [3] 。④能源系统效率整体仍然偏低。我国单位国内生产总值(GDP)能耗是世界平均水平的 1.4 倍,2018 年火电利用小时平均数仅为 4361 h, “三弃”(弃风、弃光、弃水)电量为 1.023 1011 kW·h。⑤温室气体减排与应对气候变化压力巨大,我国CO2 排放量约占世界总量的 30%,CH4 排放量同样位居世界第一。
在保障国家能源安全的同时,保护生态环境并有效应对气候变化将是我国能源发展面临的长期重大问题。随着未来经济 社会 的发展,传统产业升级和基础设施建设对能源资源的需求依然强劲,我国能源消费总量可能持续上涨,新增能源需求集中在与可再生能源、天然气、核能等相关的新兴产业领域。能源领域新兴产业发展与国家战略需求紧密关联,有助于推动能源生产与消费革命、优化能源结构、助力能源安全、实现温室气体减排和生态环境保护,同时提升国家工业装备制造技术水平、培育经济发展新动能、服务经济 社会 可持续发展 [4] 。
今后 10~15 年以及更长时期,既是我国加快培育和发展战略性新兴产业的关键时期,也是发展绿色低碳产业的重要机遇期。促进能源新技术新兴产业发展,已经成为符合我国发展需求和资源特色的必然选择。现有研究 [5,6] 对我国战略性新兴产业总体发展规律、新能源产业或某一细分能源领域的发展动向与路径选择、战略性新兴产业政策规制等课题进行了探讨,在区域产业集群、战略布局、创新特征、发展模式等方向完成了深入分析。然而对于我国能源领域新兴产业未来发展,特别是产业定位、发展路径与具体举措的战略层面研究,相关内容尚属空白。
本文在界定我国能源新技术特点与产业内涵的基础上,梳理全球能源新技术新兴产业竞争格局的变化趋势与发展态势,研究面向 2035 年的我国能源新技术新兴产业发展方向,特别是“十四五”时期的发展目标与重点任务;明确具体的技术创新发展方向,提出工程 科技 攻关项目、重大工程和示范区建设以及相关政策的建议。
二、能源新技术的特点与产业内涵
(一)能源新技术的特点
能源新技术具有共性特征 [4] :①通过技术原理上的创新,解决所在技术领域发展的制约性问题;②具有优良的技术竞争力或技术优势;③ 以相关成熟技术为发展基础,具有较好的技术可行性;④ 具有较大的降低成本潜力,能结合较高的技术学习率,在技术发展规模迅速扩张的同时使成本随之急剧下降,从而具备与传统技术竞争而占据大量市场份额的能力。基于已有研究的定义 [7] ,本文进一步将能源新技术明确为:不仅涉及可再生能源和核能领域,而且涵括非常规油气资源开发、传统化石能源的清洁高效转化与利用、能源的传输以及终端用能等领域,是具有突破性或颠覆性的能源开发利用技术。
(二)能源新技术新兴产业范畴与定位
作为新兴产业,能源新技术产业的定位需准确反映能源发展的客观规律,符合“推进能源生产和消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系”的国家重大需求,且充分体现能源产业新趋势、新活力和新业态,有效促进绿色低碳成为经济增长新动能。《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》将战略性新兴产业划分为 7 个大类,其中涉及能源领域的主要有“新能源产业”和“节能环保产业”,其中“节能环保产业”仅涉及传统工业利用过程的高效节能。《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》将新能源产业、节能环保产业和新能源 汽车 产业统称为“绿色低碳产业”。因而,能源领域新兴产业以往主要由“新能源产业”所指代。
能源本身并不涉及新的能源和旧的能源,只是能源技术存在先进程度的差异 [7~9]。仅用“新能源产业”一词,不能直接反映智能电网、储能、分布式能源和微电网等产业,同时可再生能源产业发展也需要重视技术的先进性问题。“新能源产业”的定位由于聚焦于核能、太阳能、风能和生物质能等产业,容易忽视化石能源新技术的颠覆性作用(如页岩油气规模化开发技术、先进洁净煤技术),而且将化石能源与非化石能源新技术的系统联合与协同发展排除在外。国家能源局等一些政府部门的政策文件将页岩气开发、智能电网纳入战略性新兴产业,但关于能源领域新兴产业的具体范畴仍不清晰。“新能源产业”定位过于狭窄,所统计的范围不能充分体现能源新技术发展所带来的能源转型与产业变革。现有产业划分与定位的局限性在一定程度上阻碍了能源新技术的集成创新以及不同能源产业的协同发展,不利于全面推动能源生产和消费革命。
针对于此,本文提出宜拓展以往“新能源产业”所涵盖的范围与内涵 [7] ,同等重视化石能源的清洁高效利用以及核能与可再生能源的规模化发展,将能源领域新兴产业统称为“能源新技术产业”。与新兴产业发展相关联的能源新技术包括节能与提高能源效率技术,化石能源清洁高效开发与利用新技术,智能电网和储能技术,非常规油气资源、可再生能源规模化开发利用技术,自主创新的核电技术和核废料处理技术,以及氢能和燃料电池、核聚变能、干热岩、天然气水合物等相关前沿技术。
能源新技术新兴产业主要涵盖了煤炭清洁高效转化与利用产业(以先进燃煤发电产业为重点)、非常规油气开发利用产业(以非常规天然气产业为重点,涉及页岩气、煤层气、天然气水合物产业)、能源互联网与综合能源服务产业(以能源互联网、先进输电、储能、综合能源服务产业为重点)、核能产业和可再生能源产业(以风力发电、太阳能光伏和光热发电、生物质能、地热能、氢能源与燃料电池产业为重点)。
三、能源新技术新兴产业发展动态
(一)发展现状
1. 全球能源新技术新兴产业
全球能源形势正在发生深刻变化,非常规油气资源的大规模开发支撑了美国“能源独立”,部分国家核电供应能力不断削减,以风力发电和太阳能发电为代表的可再生能源产业快速发展以及非常规油气资源生产成为全球性趋势,不断改变着全球能源供需格局 [10] 。世界能源发展向绿色、低碳转型,以“能源结构的低碳化转变、能源发展方式向气候和生态适应型转变、从保障能源供应到实现能源服务的智能化转变”为主要特征。各国致力于能源技术创新,推动能源低碳化和绿色可持续化发展。高度活跃的技术创新活动引发了能源开发利用方式的变革:全球能源供应能力随着技术水平提升而得到显著提高;清洁高效的化石能源开发利用技术赋予了化石能源新的竞争力,但减排尤其是减碳压力仍然巨大;可再生能源技术已得到广泛应用且成本不断下降,实现可再生能源的大比例消纳将是未来能源系统面临的挑战 [11] ;值得注意的是,氢能应用已经成为新兴产业,涉及电力、供热和燃料 3 个领域。
2. 我国能源新技术新兴产业
当前,我国能源发展已转向着力提升质量阶段 [11] 。国内能源消费结构不断优化,2018 年煤炭和石油以外的清洁能源占比已达 22.1%。能源供应结构朝着多元化方向发展。作为世界最大的可再生能源生产国,我国可再生能源产业发展迅速,相应新增发电装机已经超过化石能源,2018 年可再生能源发电量在电能结构中的占比达到 26% [2] ,替代作用日益显现。风力发电(占比 5.2%)、太阳能光伏发电(占比 2.5%)规模均达世界第一,弃风限电形势明显好转,光伏弃光电量和弃光率均有所降低。核电规模(占比 4.1%)稳定增长,核能多用途利用前景看好。能源互联网和综合能源服务产业蓬勃发展,能源基础设施建设提速,保障了“一带一路”倡议实施,促进了区域融合发展。
在技术层面,我国能源 科技 水平和创新能力持续提升,部分领域达到国际领先水平 [12] 。化石能源开发和利用效率进一步提高,燃煤发电超低排放技术开始全面推广。非常规天然气开发利用技术不断取得突破。电网与储能工程技术水平持续提升,能源互联网与储能产业处于国际领先水平。核能和可再生能源产业技术创新能力也有所增强。
与此同时,我国能源新技术新兴产业发展存在的问题也较为突出 [13] 。煤炭清洁高效转化和利用整体水平有待提升,先进煤炭利用技术亟需进一步研发突破与示范推广;油气供应安全问题突出,非常规油气仍未实现大规模商业化开发,关键技术和体制机制方面的制约因素仍然存在;核电产业仍需进一步规模化以保障安全高效发展;能源互联网与综合能源服务产业发展仍受制于技术、市场等多方面因素;可再生能源产业发展面临的核心技术不足、并网消纳困难等诸多问题仍有所体现。
(二)发展趋势
1. 全球能源新技术新兴产业
面向 2035 年,全球能源发展的主流仍是化石能源与非化石能源的协同发展 [13] 。在稳定性、经济性和可获得性方面,可再生能源存在明显不足,全球一次能源供应的主体在较长时期内仍将是技术稳定的化石能源。绿色、低碳能源在较长时期内是能源技术创新的主要方向,同时能源与信息、材料的深度融合,有望催生智慧能源网络。能源领域的技术创新将为传统产业的转型升级注入新动力,推动智能制造、智能建筑、智慧交通等新兴领域的快速发展 [11] 。
2. 我国能源新技术新兴产业
未来 10~15 年,我国能源生产和消费结构将继续优化,但鉴于现有规模基础,传统化石能源在保障能源安全方面仍将持续发挥基础性作用。页岩气、煤层气等非常规油气资源有望成为我国油气工业的战略性接替资源。核能产业是我国具有全球竞争力的高新技术领域,核能技术的研发与多用途利用将持续升温。可再生能源产业作为化石能源的清洁替代方案,在增进能源供应能力、满足对可持续性能源的需求、维护环境和气候安全等方面意义重大,将持续处于快速上升期。能源互联网为现代电力工业和综合能源系统的变革指引了发展路径。
四、 面向 2035 年的能源新技术新兴产业发展战略对策
(一)能源新技术新兴产业发展战略思路
基于我国国情现实、能源发展客观规律以及能源技术创新趋势,能源新技术新兴产业的发展需要同等重视化石能源和非化石能源新技术的颠覆性作用,持续优化能源生产和消费结构,着力提升能源利用效率和非化石能源的消费比重。加强能源 科技 基础研究,大力开展前沿性技术创新,特别是交叉学科创新和颠覆性技术创新研究。推动能源与材料、信息的深度融合以及智能电网、智慧能源发展,构建清洁、低碳、高效、智能的现代综合能源体系 [7,11]。
(二)“十四五”时期产业发展目标与任务
根据能源新技术新兴产业所涵盖的9个子产业,在“十三五”时期各产业发展的基础上,进一步分析“十四五”时期各产业应着力实现的具体发展目标和重点任务。
1. 煤炭清洁高效利用产业
发展目标:燃煤发电机组平均供电煤耗低于300 gce/(kW·h),碳排放强度力争下降到 825 g/(kW·h)左右;实现 5~10 MW 煤气化燃料电池系统(IGFC)电站工程示范;建设 600 MW 等级的 700 超超临界工程示范项目;建成百万吨级 CO2 捕集、驱油与封存示范项目。
重点任务:①全面提升燃煤发电机组效率与污染物排放控制水平,开发高效低成本的碳捕集、利用和封存技术;②开发高灵活性燃煤发电技术,研发煤与可再生能源耦合发电技术;③研发数字化、自学习、自适应、互动化特征显著的智能发电技术;④加快实施“煤炭清洁高效利用”重大项目,加大IGCC/IGFC(整体煤气化联合循环发电系统,简称IGCC)研发投入。
2. 非常规天然气开发利用产业
发展目标:页岩气产量达到 3 1010 ~5 1010 m3 ,地面煤层气抽采产量达到 1.3 1010 m3 ;前瞻性布局天然气水合物产业,加强天然气水合物资源勘探,开采试验技术力争取得新突破。
重点任务:①加快川渝页岩气商业开发基地建设,实现页岩气产量快速增长;②加快常压、深层、陆相等新类型页岩气示范区建设,推动页岩气产业向多地区、多领域拓展;③继续推进沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘两个煤层气产业化基地建设;④加快南方二叠系、鄂尔多斯盆地低阶煤等新区和新层系开发试验,形成新的煤层气产业化基地;⑤海陆并举,前瞻性布局天然气水合物产业,加快资源评价和技术研发力度。
3. 能源互联网与综合能源服务产业
发展目标:建成泛在电力物联网,初步形成共建、共治、共赢的能源互联网生态圈,引领能源生产、消费变革,实现涉电业务线上率达到 90%。
重点任务:①研究适应全球能源互联网发展特点的智慧城市新基础设施体系;②输电线路升级改造逐步采用超导输电技术;③全面深度感知源网荷储设备运行、状态和环境信息,重点通过虚拟电厂和多能互补方式提高分布式能源的友好并网水平和电网可调控容量占比;④采用优化调度实现跨区域送受端协调控制,基于电力市场实现集中式省间交易和分布式省内交易,促进清洁能源消纳;⑤开发多类型、大容量、低成本、高效率、长寿命的先进储能系统。
4. 核能产业
发展目标:建成核电装机容量9.4 107 ~1 108 kW;建成压水堆投运容量 7.2 106 ~9.6 106 kW;建成先进堆投运容量 6 106 kW。
重点任务:①自主三代压水堆核电技术实现型谱化开发、批量化建设;②小型多用途核反应堆技术开拓核能应用范围与应用领域;③第四代先进核能技术与压水堆协调发展,打造可持续发展模式;④发展稳态、高效、安全、实用的核聚变技术。
5. 风电产业
发展目标:累计装机容量达到 3.5 108 kW,其中海上风电为 2 107 kW;陆上风电项目全面实现竞价上网,海上风电项目平准化度电成本显著下降。
重点任务:①优化产业空间布局,加快发展陆上分散式风电;②积极有序推进海上风电建设;③加强就地就近利用,落实解决消纳难题;④加强基础共性技术研究,形成产业发展的完整研发制造体系;⑤强化市场竞争机制,积极促进风电产业与金融体系的融合。
6. 太阳能光电产业
发展目标:太阳能光伏发电累计装机容量接近400 GW,太阳能光热发电装机容量累计为 5 GW。
重点任务:①大力发展分布式光伏发电;②完善消纳保障机制,保消纳、保装机;③进一步提高太阳电池及组件效率,降低度电成本;④规模化发展长储热小时数的融盐塔式技术,进一步降低导热油槽式电站的成本电价;⑤发展太阳能跨季节储热采暖技术;⑥积极参与全球市场。
7. 生物质能产业
发展目标:垃圾焚烧发电实现清洁运行并在生物质发电中占据主导地位;生物质成型燃料年利用量为 4 107 t,生物质发电和供热成本逼近燃煤发电和供热成本。
重点任务:①建立生物质资源分布及其物化特性数据库;②研发生物质高效热电联产、热电多产品联产和垃圾清洁焚烧发电联合多产品生产技术;③生物质成型燃料重点研发成型燃料工业化生产关键技术和高效清洁化利用;④生物质交通燃料重点推进纤维乙醇产业化,建立生物柴油成熟的商业运营模式,研发生物质高效转化技术。
8. 地热能产业
发展目标:新增地热能供暖(制冷)面积为1 109 m2 ;新增地热发电装机容量 500 MW;地热能年利用量折合 1 108 tce。
重点任务:①优先开展地热资源潜力勘查与选区评价;②积极推进地热供热(制冷),改善供热结构,满足清洁用能需求;③针对不同热储类型加强技术攻关,突破共性关键技术;④加强地热发电技术攻关,推动地热高效利用;⑤大力发展梯级利用和“地热 +”,增强地热能的市场竞争力。
9. 氢能源与燃料电池产业
发展目标:完善制氢、加氢等配套基础设施,累积建成加氢站 300 座以上,实现氢气供需基本平衡;关键核心零部件批量化技术大幅提高,基本掌握氢能产业链核心技术;实现城市氢能应用场景多元化。
重点任务:①氢能基础设施全局规划、合理布局,规范化建设、规模化推进;②加强燃料电池系统集成;③在大型工业园区开展副产氢 + CO2 捕获和封存技术(CCS)、加氢站及燃料电池货运车示范;④在沿海城市开展可再生能源电解制氢、加氢站及燃料电池公交车、大巴示范应用;⑤特殊交通运输工具用燃料电池示范应用;⑥在边缘城市和工矿企业开展百千瓦级燃料电池分布式电站应用。
(三)面向 2035 年的创新方向与工程 科技 支撑
1. 关键技术方向
综合研判,面向 2035 年的我国能源新技术新兴产业关键技术发展方向见表 1,共有 41 项具体技术。
表 1 我国能源新技术新兴产业关键技术发展方向
(续表)
2. 设立工程 科技 攻关项目
从国家层面支持和推动设立工程 科技 攻关项目(见表 2),对能源领域具有前瞻性、先导性和 探索 性的重大关键技术开展集中攻关,提升技术水平和自主创新能力,进而有效支撑中长期能源新技术及产业的发展。
表 2 能源新技术新兴产业发展相关工程 科技 攻关项目
3. 设立多能互补分布式能源重大工程
国内对单一能源技术及其控制研究已经比较成熟,但缺乏对多种能源技术的集成应用技术,以及以分布式能源为基础的微电网基础理论和工程实践问题研究 [13] 。分布式供能系统是未来能源系统的重要发展方向,具有环保、经济、分散、可靠和灵活等特点,可满足高耗能行业以及工业园区、公共、商业和民用建筑的多能源联供需求,具有巨大的技术提升空间和市场潜力。设立重大工程,以示范为基础,建设多能互补分布式供能系统,这是构建“互联网 +”智慧能源系统的重要任务,有利于提高能源供需协调能力,推动能源清洁生产和可再生能源就近消纳,提高能源系统综合效率。
工程任务:①优化布局建设分布式供能系统基础设施;②开展分布式供能基础理论、核心技术和系统集成研究;③研制高水平独立微网变流器、控制器等关键设备;④通过独立微网系统集成和能效管理关键技术,实现多能协同供应和能源梯级利用;⑤形成适合终端用户和大型能源基地的多能互补分布式供能系统;⑥为城镇、海岛(礁)、极区及边远地区提供整体能源解决方案。
重点任务:①中东部终端多能互补分布式供能系统;②大型能源基地多能互补分布式供能系统。
4. 设立能源新技术集成创新示范区
(1)河北雄安新区能源新技术集成创新示范区
河北雄安新区及其周边地区现有开发程度较低,发展空间充裕,具备高起点、高标准开发建设的基本条件。以河北雄安新区为主建设能源新技术集成创新示范区,助力建设绿色智慧新城,打造生态城市,发展高端高新产业,带动河北南部地区乃至华北腹地的发展,建成与生态文明发展要求相适应的绿色低碳发展模式。
工程任务:①建设河北雄安新区智慧能源综合服务平台;②完成新建核电厂的供热总体规划方案及泳池式低温供热堆;③加快推进风电开发与配套电网建设协调发展;④加速推动区域太阳能全产业链的协调发展;⑤推进高效清洁的垃圾发电项目、建设玉米 / 小麦整株燃料乙醇和沼气生物炼制工程;⑥发展规模化分布式可再生能源并网技术与装备;⑦加大勘查力度,重点开展雄安新区多层水热型热储综合利用 [14] ;⑧布局包括制氢、运氢、加氢储氢、用氢在内的全产业链建设。
(2)华南沿海地区能源新技术集成创新示范区《粤港澳大湾区发展规划纲要》《国家生态文明试验区(海南)实施方案》《关于支持深圳建设中国特色 社会 主义先行示范区的意见》均提出了发展绿色低碳产业的要求。基于良好的区域优势、政策优势和能源产业基础,以粤西南地区(包括海南)为主建设华南沿海地区能源新技术集成创新示范区,为沿海区域低碳经济发展提供参考范例。
工程任务:①建设跨区域“互联网 +”能源综合运营服务平台;②完成现有核电机组建设,同时选址新建核电项目;③积极有序推进陆 / 海上风电开发建设,促进风电就地就近消纳利用;④光伏产业与其他产业互为补充,多种形式发展太阳能光电;⑤推进高效清洁的垃圾发电项目,开发蔗渣 / 稻秆燃料乙醇和多原料沼气生物炼制工程;⑥勘探地热资源及分布特点,建成地热利用示范工程;⑦重点突破规模化分布式可再生能源并网技术与装备 [14] ;⑧构建智慧能源体系,实现不同能源形式相互转化,提高能源的整体利用效率;⑨建设能源(氢能、电能)与交通融合的“绿色海南”,打造零排放智能交通海南岛自贸示范区。
五、对策建议
我国能源新技术新兴产业发展已经具备良好的基础,但作为战略性新兴产业,其发展壮大仍然面临成本、市场、政策等多重因素的制约 [15] 。为促进我国能源新技术新兴产业的高质量发展,亟待加强面向 2035 年的顶层设计与规划。
(1)重新明确能源领域新兴产业范畴与定位,在各级政府出台的战略性新兴产业发展规划中,将“新能源产业”调整为“能源新技术产业”,将节能产业从“节能环保产业”中独立并整合到“能源新技术产业”,精准布局能源新技术及产业的发展方向。
(2)理顺能源产业管理的体制机制,加强能源新技术新兴产业的统计体系建设,保持能源规划目标与政策的一致性、延续性和有效性,避免产业政策“令出多门”以及规划目标调整过于频繁,确保能源新技术产业相关规划的权威性,完善能源市场准入政策 [7] 。
(3)高度重视并准确评估能源领域 科技 攻关项目或重大工程“落地方案”,确保项目实施的可行性和可操作性。强化企业在能源技术创新决策、研发投入、科研组织和成果应用中的主体作用。大幅度提高能源新技术研发投入,强化关键核心技术攻关与项目立项,精准布局重大工程与示范区建设。