能源体系构成复杂，加之我国人口和发展基数大，长期以来，我国能源体系中逐渐形成了相对独立的各分系统，一定程度上合力促进了国家发展。

2050年“非化石能源占比超过一半”和“构建清洁低碳、安全高效的能源体系”的能源愿景，难以依靠现有能源技术的累积性进步而实现。我国现有能源体系中各分系统相对独立，且存在结构性矛盾，各分系统之间难以“合并同类项”。

必须从能源革命和构建能源新体系的国家目标出发，加强全局性顶层设计，从现在开始探索和奠定能源供给侧和消费侧的创新技术，研究形成经济上可行的技术途径，并以此为基础，形成总体发展策略和系统解决方案。以科技创新为引领，才能保障国家目标的顺利实现。

我国现有的煤炭、石油、天然气、可再生能源与核能五大能源类型之间，存在通过相对优势的互补融合对冲消除各种能源种类劣势、形成整体优势的发展需求和巨大技术创新空间。

例如：煤化工大多属于低碳分子重构的放热过程，石油加工属于大分子裂解的吸热过程，两者的耦合不仅可以大幅提高能效，也可以弥补各自的不足；利用可再生能源、高温核能等制取的氢，可以补充煤化工之所缺，也可以与CO2通过催化耦合而制取油品和大宗化学品，总体上实现CO2减排；可再生能源可通过规模储电而提高并网利用效率；多种技术的结合可以因地制宜地形成低碳化清洁能源供应系统，促进能源消费革命等。

技术路线不仅要注重现阶段多种能源的互补融合，也要兼顾我国能源发展从高碳向低碳直至无碳的过渡中的技术需求；不仅注重技术的变革性，积极抢占国际技术制高点，也应兼顾为我国相关产业结构升级提供技术支撑。

据此，我们建议从能源系统顶层设计角度出发，以能源技术创新为引领，以化石能源清洁高效利用与耦合替代、清洁能源多能互补与规模应用、低碳化多能战略融合为3条主线，逐步构建清洁低碳、安全高效的国家能源新体系（图1）。

发挥举国体制优势，打破能源领域版块壁垒，突破高效催化、低碳制氢、规模储能等一批战略核心技术，抢占能源技术战略制高点；通过逐步降低煤炭在能源消费中的比例，促进整个能源系统全生命周期的高效运转和生态循环，实现化石能源与可再生能源及核能的低碳化战略融合与发展。

鼓励发展以煤炭为代表的化石能源清洁高效利用与耦合替代技术，保障能源安全

能源供应与安全是我国经济社会健康稳定发展的基本保障。我国煤炭资源量占化石资源总量的95%左右，能源资源禀赋与能源消费结构严重不匹配，石油对外依存度逐年增加（2018年为71.0%）。在当前国际形势下，油气资源不足及长期依赖进口的状况更加凸显了保障我国能源安全的紧迫性。

相比其他能源种类，煤炭在我国能源结构中的比重虽然会有所下降，但其作为我国能源结构主体的基本国情在未来很长一段时间内难以改变。2018年，我国能源消费总量46.4亿吨标准煤，煤炭消费量占能源消费总量的59.0%。煤炭燃烧过程会产生大量的SO2、NOx和烟尘等污染物，其产生的碳排放占我国能源消费碳排放的75%以上，这使我国面临巨大的环境压力和碳排放压力。

经过长期发展和国家支持，我国在煤化工领域已经形成了一批核心技术，正处于完成工业示范并大规模推广应用的有利时期。发展以煤为原料的现代煤化工，通过气化、液化、新型焦化等途径制取油品和替代石油制取大宗化学品，不仅可缓解石油供应紧张局面，也可弥补现有石油加工与石油化工行业的结构性缺陷，促进工业结构转型升级；紧急情况下还可以成为保障油气供应的重要支柱。

同时，需要通过技术创新，加强新产品开发，通过延伸产业链，发展高附加值、精细化、差异化的产品。重点以甲醇转化为平台，耦合石油基原料（苯、甲苯、石脑油等），实现烯烃、芳烃和含氧化合物大宗化学品/燃料的合成技术变革，形成煤化工与石油化工协调发展、构建合理产业结构的整体理念。

围绕现代煤化工过程中环境优先、清洁转化、高效利用、可持续发展的目标，着力解决清洁燃烧和催化转化过程中的重大科学问题，突破高能耗、高水耗、高排放等关键技术瓶颈，实现高碳能源绿色低碳转型发展。重点研究煤转化以及油煤气耦合制燃料和大宗化学品的新路线和新方法，突破以煤经甲醇、合成气为平台化合物的能源化学品合成新技术，推动煤化工与石油化工融合发展和相关工业转型升级，突破民用散烧、工业燃煤高效超低排放燃烧关键技术瓶颈等。

发展清洁能源多能互补与规模应用技术

原则上，可再生能源与核能等清洁能源的量越多，总的碳排放量就会越少，化石能源就可以少用，表面上看似乎单纯发展清洁能源就可以解决问题。但是，这些清洁能源的产生及利用方式强烈地依赖地域与自然环境，在部分自然资源丰富的小国可行，然而与我国现有集约化国家能源供应体系的联系是困难的，需要结合区域智能能源网络的构建及新兴产业的发展统筹考虑。

在未来的新型能源体系中，可再生能源与新能源将替代化石能源供电、供热，并通过富余电力生产氢能，为交通燃料生产、化工品合成提供氢源；高碳化石能源、低碳生物质能将通过物质转化，满足交通燃料、化工品、焦炭、电石、新型炭材料等产品生产需求。

而随着电动车的推广和普及，化石能源原料消费将更集中于化工品、新型炭材料等产品生产。例如，以电动车作为分布式储能的终端，根据车辆使用情况进行电能反馈，提高电网的稳定性，推动风电、太阳能发电大规模接入电网，有利于实现电动汽车、智能电网与可再生能源的融合发展。

截至2018年底，我国可再生能源发电装机达到7.28亿千瓦，同比增长12%；其中，水电装机3.52亿千瓦、风电装机1.84亿千瓦、光伏发电装机1.74亿千瓦、生物质发电装机1781万千瓦，分别同比增长2.5%、12.4%、34%和20.7%。可再生能源发电装机约占全部电力装机的38.3%，同比上升1.7个百分点，可再生能源的清洁能源替代作用日益凸显。

《能源生产和消费革命战略（2016—2030）》中指出，到2030年和2050年，非化石能源占比达到20%和50%。要实现这些目标，需突破清洁能源多能互补与规模应用的关键技术，形成以储能为枢纽的多能互补体系，提升清洁能源比例。

重点发展可规模化、链条完整的可再生能源生产、储运、转化、并网、利用的系统解决方案；发展以大规模储能技术为基础的分布式能源系统，研究现代电网智能调控技术，解决大规模可再生能源和分布式发电并网消纳问题。储能和氢的产生及利用是重要的能源互联平台。

创新驱动低碳化多能战略融合

能源清洁化是国际大趋势，能源结构正处于从高碳到低碳、无碳的过渡期。我国碳排放总量高居世界第一，面临严峻的减排压力。我国能源消费以化石能源为主，利用化石能源必然排放CO2，而要减排CO2，只能从能源系统融合发展角度，发展新的能源体系。

原理上，在保障满足能源总需求量的同时，多能互补融合可以比单纯增加可再生能源实现更大幅度的碳减排。利用可再生能源、高温核能等制取的低碳氢，可以补充煤化工之所缺，同时与CO2通过催化耦合制取油品和大宗化学品，以产氢和用氢为纽带，实现能源总体上的低碳化和低碳排放。

针对重要能源载体甲醇和氢的可再生能源大规模制备及应用，创新发展各种能源的互补、耦合利用技术，围绕氢能经济，打造氢的生产、储运和消费的完整技术链，发展可再生能源制氢、核能制氢技术及应用体系；开发CO2低能耗大规模捕集、资源化利用技术，将CO2与低碳氢反应生成甲醇等化学品；开展先进燃料电池和燃料电池分布式发电技术，引领带动电动车等战略新兴产业变革和发展，实现低碳化多能融合发展，为由化石能源时代迈向阳光能源时代打通道路。

文章来源：肖宇, 彭子龙, 何京东，刘中民. 科技创新助力构建国家能源新体系. 中国科学院院刊, 2019, 34(4): 385-391.