• 探索低碳节能新路 重构能源供给系统

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    成果名称
    低碳能源技术范式管理
    作者名片
    徐玖平
    清华大学理学博士,现任四川大学校长助理、商学院院长、教授、博士生导师。
    成果价值
    ●这是一部低碳能源“百科全书”,全面论述低碳能源理论体系构架、技术演进脉络和范式管理框架,从基础科学层次揭示机理、从技术科学层次提炼规律、从工程技术层次对实践具有指导意义
    ●立足能源革命的时代背景,紧扣低碳转型的时代需求,研究破解高碳化石能源向低碳清洁能源转型的技术管理难题,开辟能源研究领域、找到范式演进规律、推动管理理论创新
    ●深入能源低碳转型复杂系统工程的组织管理实践,攻克低碳转型各类结构化、半结构化和非结构化技术管理难题,开创性提出范式管理先进理念,创建低碳能源技术范式管理的严整理论、科学方法和有效模式
    ●对能源系统进行结构优化和体系重构,构筑了涵盖“地上能源-地表能源-地下能源-人造能源”的低碳能源技术范式管理理论与方法体系,为构建清洁低碳、安全高效的能源体系提供了思维框架、理论支撑和方法指导

    新能源版图重构:低碳是大势所趋
      人类社会的发展离不开优质能源资源的开发和先进能源技术的使用。在百年未有之大变局下,世界能源版图正在重构、人类能源需求发生质变。人类正进入一个从“高碳”向“低碳”迈进、从“黑色”向“绿色”变换的能源大转型新时代
      人类文明进步史,从能源技术角度看,是一部能源技术升级和能源结构转型的历史。人类经农耕文明、历工业文明,正迈向生态文明。与之呼应,对能源的生产利用也从木材、干草等原始生物能源,到工业化生产的煤炭、石油、天然气等化石能源,正转入以清洁可再生能源为主的低碳能源,并将成为21世纪的主流能源。
      人类社会的发展离不开优质能源资源的开发和先进能源技术的使用。在百年未有之大变局下,世界能源版图正在重构、人类能源需求发生质变。人类正进入一个从“高碳”向“低碳”迈进、从“黑色”向“绿色”变换的能源大转型新时代。当今世界,化石能源急剧消耗、气候变化日益严峻,危及地球生态安全、威胁人类生存发展,人类需要低碳能源,这是大势所趋。无论是由于产业结构调整、环境约束加强带来的化石能源比重的显著下降,还是因为技术进步加快、市场规模扩张带来的可再生能源比重的大幅上升,都表明全球能源正在向低碳方向加速转型。
      能源低碳转型,首先要明确什么是低碳能源。通常将煤炭、石油、天然气等碳基化石能源,称为高碳能源;相应的,风能、太阳能、生物质能等可再生清洁能源,称为低碳能源。著者打破了这种非此即彼的二元对立思维,提出发展低碳能源,一方面,通过发展风能、核能、太阳能、地热能和生物质能等清洁能源体系,减少二氧化碳排放,减缓气候变化;另一方面,通过研发推广先进的煤炭、石油资源清洁高效利用技术体系,实现节能减排,保护生态环境。也即是说,低碳能源,不仅指能源本身低碳,更是开发利用过程低碳。
      党的十九大报告提出要推进能源生产和消费革命。安全、可靠的能源供应,高效、清洁的能源消费,是新时代高质量发展的重要保证。中国开采和燃烧的煤炭占世界的一半,也是全球最大的石油和天然气进口国,对全球能源低碳转型有举足轻重的作用。中国的能源革命将推动世界的低碳转型。
      2016年11月生效的《巴黎协定》提出,期望在2051年至2100年间,全球达到碳中和。习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话中指出,中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,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。中国设立这一“超前”目标,具有划时代的积极意义,它以中国低碳转型的骄人成绩为基础。2009年,中国政府在哥本哈根气候变化大会上做出自主减排承诺:到2020年,单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%-45%,非化石能源占一次能源消费的比重达到15%左右。截至2019年底,中国碳强度较2005年降低约48.1%,非化石能源占能源消费比重达15.3%,均已提前完成承诺目标。
      实现碳中和有三大措施:节能、替代和移除。节能就是要节约能源使用,以减少能源消费量;替代就是用清洁能源替代化石能源,从而降低化石能源占比;移除指通过种树等方式吸收汇集空气中的二氧化碳。全球森林每年净吸收二氧化碳仅约20亿吨,化石燃料燃烧产生的二氧化碳排放量则高达360亿吨以上,有量级上的差异。因此,碳中和不可能通过种树来实现,需要变革能源系统、调整能源结构,从化石能源为主转向可再生能源为主,进一步挖掘能源潜力,提升能源利用效率。

    新能源革命核心:技术的范式变迁
      能源革命的主要目标,就是推动能源结构实现由黑色高碳型向绿色低碳型的根本性转变,建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系。新能源革命遵循自然规律,强调尊重、顺应和保护自然,是天人和谐型生态文明观的充分体现
      当前,能源技术创新进入高度活跃期,新一轮能源技术革命方兴未艾。能源革命的主要目标,就是推动能源结构实现由黑色高碳型向绿色低碳型的根本性转变,建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系。以新能源技术与信息技术融合为主要标志,以高效化、清洁化、低碳化、智能化为主要特征的能源革命,已经成为全球能源发展的方向和潮流。新能源革命遵循自然规律,强调尊重、顺应和保护自然,是天人和谐型生态文明观的充分体现。
      先进能源技术是当前国际技术竞争的前沿和热点领域,依靠能源技术创新,改革能源供给结构、提高能源供给质量,提升低碳绿色能源的有效供给能力,对推动高碳能源低碳发展、黑色能源绿色发展,具有重要现实意义和深远战略价值。
      低碳能源技术有三个方向:一是无碳技术,就是发展新能源技术,开发风能、太阳能、生物质能等可再生能源及核能等非化石能源;二是减碳技术,将清洁煤、煤层气等新技术应用于化石能源为支撑的高消耗、高排放行业;三是脱碳技术,主要指碳捕集与封存(简称CCS),是将大型发电厂所产生的二氧化碳收集并储存起来,避免排放到大气中,被认为是实现化石能源大规模低碳利用最经济、最可行的方法。无碳、减碳和脱碳技术,都对碳减排和碳中和发挥重大作用。
      从高碳能源转换为低碳能源,是一种能源范式的演进。从高碳技术范式转向低碳技术范式,是能源技术范式变迁的方向。著者认为,低碳能源是对化石能源的超越,低碳能源技术范式是对传统能源技术范式的变革。
      新能源革命的核心,是技术范式的低碳转型;技术范式的低碳转型,不只是无碳、减碳和脱碳中某一种或几种技术方法的革新,而是技术发展的观念、规则和知识系统的根本性转变,是对传统能源技术范式的超越与变革。
      “范式”常指科学研究共同体遵从的世界观和方法论,是开展科学研究、建立学科门类的理论基础和实践规范。技术范式是一个囊括了观念、知识和规则等要素的技术系统。低碳能源技术范式囊括了碳减排、碳中和、碳补偿等新的低碳生产生活观念,涵盖了无碳、减碳和脱碳技术等新的低碳能源技术知识,整合了《巴黎协定》等新的国际气候秩序和制度规则,为低碳能源技术创新指明方向,对推动新兴低碳能源技术加速迭代、科研成果不断涌现具有重要指导价值。

    新能源管理变革:构建新型范式管理
      以碳中和为目标的新能源革命,需要技术范式管理的有效指引。技术范式管理是对技术范式之观念、规则、知识系统的计划、组织、协调与控制,变革传统能源管理,构建新型范式管理
      新时代能源革命的组织管理,面临复杂不确定的能源政策与市场、日益系统化的能源技术与产品,需要重构能源管理的基本规则和框架体系,从单项职能走向整体系统,从有限资源走向集成体系。以碳中和为目标的新能源革命,需要技术范式管理的有效指引。技术范式管理是对技术范式之观念、规则、知识系统的计划、组织、协调与控制,变革传统能源管理,构建新型范式管理。
      著者针对从高碳化石能源向低碳清洁能源转型过程中的各类结构化、半结构化和非结构化技术管理难题,提出范式管理理念,构筑范式管理模式,创建范式管理理论,建构了低碳能源技术范式管理的“理念-模式-理论”体系。
      提出范式管理理念。著者从宏观和微观两个层面来解析能源技术的范式变迁。宏观层面,以构建清洁低碳、安全高效的能源体系为目标,对能源系统进行结构优化和体系重构。微观层面,能源技术革新表现为突变、跃迁和非连续性的复杂演进,具有动态、非线性和难以预测等非结构化特征。针对能源技术范式转换的结构化和非结构化特征,探明“单元技术→技术体系→技术范式”的演进路径,实施“技术链→技术群→技术谱”的范式管理,从跨学科的整体性来顶层设计、统筹谋划。
      构筑范式管理模式。技术范式的低碳转型,不只是某一种或几种技术方法的革新,而是技术发展的观念、规则和知识系统的根本性转变,是对传统能源技术范式的超越与变革。著者提出,竞争是技术范式的创生阶段,扩散是技术范式的成型阶段,转移是技术范式的跃迁阶段,发现了低碳能源技术范式“竞争-扩散-转移”的演进规律,进而沿着“创生-成型-跃迁”范式轨迹,逐一对风能、太阳能、水能、海洋能、煤炭、石油、天然气、地热、核能、氢能、生物质能等十余种能源,绘制知识图谱、探明技术轨迹、实施范式管理,构筑了“地上-地表-地下-人造”四类低碳能源体系,提出了“互补-整合”、可持续评价、复杂系统优化及“持续-清洁-生态”四种范式管理模式。
      创建范式管理理论。在综合了结构化、半结构化和非结构化问题的能源低碳转型背景下,提出范式管理思想,变革传统能源管理仅注重单一的技术突破、分散的多项改进,以价值涌现为目标、系统理论为基础、综合集成为方法、统筹优选来实现,从整体优化角度创建具有系统性、科学性与可操作性的低碳能源技术范式管理理论。基于这一范式管理理论,建立针对复杂能源系统的解题规则、方法工具、理论框架与技术路线等。
      著者认为,“新范式”替代“前范式”,取决于两个条件:一是前范式的机能失灵,新范式拥有解决危机的能力;二是前范式进入拐点,新范式出现在被需要的时机。传统高碳发展模式下经济增长与环境保护之间的矛盾日益突出,旧的经济增长模式已经走到了发展的极限,一场新的技术范式革命成为时代需要。技术进步既是工业文明的推进剂,也是生态文明的驱动器。技术范式变革驱动的能源革命,将为世界经济发展注入新的活力,推动人类社会从工业文明迈向生态文明。低碳能源技术范式管理,符合生态文明的精髓要义、顺应低碳经济的时代需要,是能源改革、范式转换背景下,构建现代能源体系的最佳选择。

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