低碳和可再生能源的规模化应用

　　以CO2为主的温室气体排放所导致的全球气候变暖，已成为全球性的非传统安全问题，严重威胁人类的生存和可持续发展。根据《巴黎协定》，要实现2℃温升控制目标，全球要在2065-2070年左右实现碳中和，各国积极响应，纷纷制定碳中和目标。2020年9月，习近平主席在第 75 届联合国大会一般性辩论上郑重宣布，中国CO2排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和，不仅彰显了我国作为世界大国的责任担当，也是推动我国能源结构、产业结构、经济结构转型升级的自身发展需要，对我国实现高质量发展，建设人与自然和谐共生的社会主义现代化强国具有重要战略意义。

　　低碳和可再生能源的规模化应用

　　据统计，2021年，我国煤炭和石油消费量分别占能源消费总量的56.0%和18.5%，比上年分别下降0.8和0.4个百分点。天然气、水电、核电、风电、太阳能发电等清洁能源消费量占能源消费总量的25.5%，较上年上升1.2个百分点，比2012年提高了约11个百分点，我国能源消费结构向清洁低碳加快转变。根据预测，到2060年实现碳中和目标时，清洁能源消费量占比要达到80%，低碳清洁能源的规模化应用是实现碳中和目标的关键。

　　1.非化石能源发展迅速，“弃水”“弃风”“弃光”状况明显缓解

　　近年来，我国非化石能源发展迅速，截至2021年底，全国全口径非化石能源发电装机容量达11.2亿千瓦，同比增长13.4%，占总发电装机容量比重约为47%，比上年提高2.3个百分点，历史上首次超过煤电装机比重。其中，水电装机容量3.9亿千瓦、风电装机容量3.3亿千瓦、太阳能发电装机容量3.1亿千瓦、核电装机容量5326万千瓦、生物质发电装机容量3798万千瓦。非化石能源利用水平继续提升，2021年，我国风电、太阳能发电和水能利用率分别达到96.9%、98%和97.8%。广东、广西、云南、贵州、海南五省区风电、太阳能发电利用率均达99.8%，区域能源结构转型成效显著，“弃水”“弃风”“弃光”状况明显缓解。

　　2. 核能是实现碳中和战略目标不可或缺的低碳能源

　　这里我想重点讲一下核能，核能具有能量密度高、供能稳定、碳排放低的优势，对于波动性的太阳能和风能发电来说是良好的稳定剂。2021年9月，《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》明确指出:“积极安全有序发展核电”。根据测算，2060年核电的总发电量达到2.7万亿度，2021年我国核电发电装机容量约5000万千瓦，还有很大的提升空间。

　　核能的利用包括核裂变和核聚变两种方式。关于核裂变主要有以下三个问题需要解决，一是安全性，二是核燃料的持续稳定供应，三是乏燃料安全处理处置。我国已经探明的铀资源约27万吨，按当前核电水平，已探明铀资源支持约40年，核燃料的持续稳定供应急需解决。当前我国乏燃料已累积近2万吨，每年新产生约1千吨，主要采用湿式暂存法处理，湿式暂存费约4万元/吨/年，乏燃料安全处理处置急需解决。近年来，我国核电技术持续取得进步。关于核电的安全性问题，2021年12月，山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功，是全球*并网发电的第四代高温气冷堆核电项目，核安全性能较高，标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核电技术的国家之一。关于铀资源短缺问题，中科院设立“钍基熔盐堆核能系统(TMSR)”先导专项，以钍为核燃料具有资源丰富、核废料少、毒性低和固有防核扩散等优点，还可减少稀土开采中的钍资源流失和放射性环境污染，是核能发展重要方向之一。但这目前还是研究项目，还没有达到应用程度。关于核乏燃料的安全处理，我们目前也正在进行重要的科研项目，瞄准解决这个问题。

　　核聚变反应是宇宙中的普遍现象，它是恒星(例如太阳)的能量来源。核聚变能也是能源发展的前沿方向，被视为未来社会的“*能源”。如果人类可以掌控这种能量，就能摆脱目前地球的能源与环境危机困扰。到目前为止，人类对受控核聚变的研究主要分为两类：

　　一类是磁约束核聚变，如“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”，它是全球规模*、影响最深远的国际科研合作项目之一。ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克，俗称“人造太阳”。中国科学家积极参与国际热核聚变实验堆(ITER)相关工作，2021年5月，中科院建造的东方超环(EAST)在核聚变研究上取得进展，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，进一步证明核聚变能源的可行性，也为迈向商用奠定了物理和工程基础。今年2月，欧洲核聚变研发创新联盟、国际热核聚变实验堆计划(ITER)等单位联合宣布，实现了受控核聚变能量的新记录，它们在目前世界上*的聚变反应堆，即在欧洲联合环(JET)中，将氢的同位素氘和氚加热到了 1.5 亿摄氏度并稳定保持了 5 秒钟，同时核聚变反应发生，原子核融合在了一起，释放出 59 兆焦耳的能量。有测算称，这相当于11兆瓦电力，大约能够为一个普通家庭提供一天的电力。JET是世界上*一个能够实现“氘氚聚变”反应的实验装置，保持着核聚变*能量输出纪录。EAST更偏向于磁约束实验，并不实现核聚变反应，这是因为在EAST运行过程中，等离子体内只有D核素(氘)，没有T核素(氚)。EAST实验的意义主要在于研究如何长时间稳定地约束等离子体，以便为我国参与的ITER项目及CFETR提供实验支持，维持聚变反应、解决材料辐照问题、能量转换、T滞留问题等都不是它的研究重点。我国自己筹建的中国聚变工程实验堆(CFETR)，以实现聚变能源为目标，将研究走向实用化，可以弥补EAST不能发电等缺点。

　　另一类是激光核聚变。就在本周的12月13日，美国能源部官员宣布，加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室，首次成功在核聚变反应中实现“净能量增益”，即聚变反应产生的能量大于促发该反应的镭射能量。实验向目标输入了2.05兆焦耳的能量，产生了3.15兆焦耳的聚变能量输出，能量增益达到153%。3.15兆焦耳的能量相当于二两炸药的爆炸威力。这是世界上首次激光核聚变点火，是一个里程碑式的工作，引起了科学界和社会的广泛关注。当然，目前激光核聚变具有时间短，发电效率低等特点，科学上具有重要意义，可应用在一些特殊领域，离商业发电还有很长的路要走。2020年，中科院也立项部署了与美国不同技术路径的激光核聚变研究工作。