能源是经济社会发展的重要物质基础和动力源泉,也是推进碳达峰碳中和的主战场。如何突破新能源储运等瓶颈问题,实现风光发电、油气氢氨醇的高效协同,是关系构建新型能源体系的战略性问题,迫切需要能源行业坚持系统观念,统筹油气管网、电网等基础设施,打造以新型能源“质能网”为重点的新型能源基础设施,支撑新型能源体系加快构建,以能源新质生产力发展推进中国式现代化。

新型能源“质能网”的现实背景。党的十八大以来,我国把促进新能源和清洁能源发展放在更加突出的位置,新型能源体系建设取得显著成效,截至2024年底,非化石能源消费比重达到19.8%,风电光伏累计装机并网14.1亿千瓦,占全国发电装机容量的42%。与此同时,也要清醒看到,我国能源发展仍面临需求压力巨大、供给制约较多、绿色低碳转型任务艰巨等一系列挑战,特别是随着风光发电占比不断提升,消纳压力持续凸显,对我国新型能源体系建设构成多重挑战,需要站在全局和战略的高度,打破管网、电网等能源基础设施发展边界,规划建设能量与物质灵活转换调配的新型基础设施,满足高比例新能源消纳、多样化能源需求、多元化能源供给、安全稳定的用能需求,实现物质与能量跨形态转换、跨时空调节、跨地域输配,为我国经济高质量发展提供稳固的能源保障。

着眼时间与空间两个维度,打造新型能源“质能网”这一新型能源基础设施,实现物质和能量之间的自由、高效、可持续转换,可以推动可再生能源高效率、低成本运输和储存,支撑建成更高水平的新型能源体系。

新型能源“质能网”的定义。新型能源“质能网”是以物质载体(分子形式)与能量形态(电子形式)的协同转换为核心,融合可再生能源开发、多元储能、智能调度与跨域输送的新型能源基础设施网络系统。新型能源“质能网”可以抽象成一个输入—输出模型在供应侧,根据资源禀赋、区域分布等情况,以物质流(油气、氢、氨、醇等)和能源流(电能、化学能等)为输入,通过多重转换,满足需求侧多元灵活物质流和能量流需求。在资源禀赋、能源输送网络、多元储能运行等约束下,实现物质流和能量流高效综合利用的目标。

新型能源“质能网”的构成。新型能源“质能网”由转换、储运、调度三大子系统构成。一是转换子系统。转换子系统是新型能源“质能网”的核心组成部分,负责实现物质载体和能量形态四种方式的相互转换。能—质转换:将电能或热能等能量形式转化为物质载体中的化学能,进行“电子—分子”转换,如利用风光电电解水制氢。质—质转换:通过“分子—分子”转换,重构物质载体的形态,如氢气制成甲醇、氨,实现储存密度与运输便利性的提升。质—能转换:通过“分子—电子”转换,将物质载体中的化学能转化为其他形式的能量,如天然气通过燃烧转化为电能。能—能转换:通过“电子—电子”转换,实现能量形态的转化便于控制平衡,如通过电化学储能等平抑稳定电能。二是储运子系统。储运子系统是新型能源“质能网”的物质载体和能量形式的传输通道,负责将能量和物质从供应端输送到需求端,包括油气管网、电网、存储设施等。三是调度子系统。调度子系统是新型能源“质能网”的“大脑”和神经网络,是能源基础设施统一的调度平台,负责协调转换系统、储运系统和应用系统的运行,实现能源的优化配置和高效利用,包括智能调度平台、通信网络、计量监测控制设备等。

新型能源“质能网”的特征。新型能源“质能网”作为一种新型能源基础设施网络系统,具有以下重要特征:一是质能转换的系统性,突破传统能源网络单一发展格局,统筹“能量形态的流转”与“物质载体的循环”,形成高度柔性多维转换体系。二是全链融合的协同性,实现从能源生产、输送、储存到能源载体的全链条融合,形成一个高度协同的系统,从而撬动更为庞大的能源生产和消费市场。三是运行控制的智能性,借助先进的传感、人工智能、通信和智能控制技术,对不同类型能源网络进行智能化运行与协同优化控制。四是网络结构的开放性,一个开放的、共用的多网融合系统,能够与能量、物质有机衔接,形成多层次、多功能的网络体系,增强能源系统整体韧性。五是生态运行的绿色性,实现规模化清洁能源开发、低碳化能源储存输送、高效化能源消费的全链路绿色整合,构建形成一个清洁、低碳的生态化运行系统。

新型能源“质能网”的发展建议。新型能源“质能网”作为“物质—能量”深度融合的新型能源基础设施,其构建需突破传统能源系统的单一维度局限,建立设施筑基、技术驱动、模式赋能、政策护航的四维协同体系。

一是推动新型能源基础设施一体化规划布局,充分发挥油气基础设施布局广泛、功能完备、智能调控的优势作用,依托数字化接口贯通全环节数据,实现能源生产端、转换端、储存端、输运端基础设施实时监测与协同调控。二是构建新型能源“质能网”理论与技术体系,研究能源—物质转换机理、管网与电网的协同机制、管网与能源物质的适配优化路径,持续加大研究攻关力度,以核心技术突破带动成本下降、效益提升与产业发展。三是构建与新型能源基础设施相配套的商业运营模式,以公平开放的管网服务为基础,打通“转换定制+储运配送+数据监测+计量结算”全链条服务。四是加快构建市场规则、监管政策、标准法规体系,制定前瞻性、系统性的政策机制为其指引方向、保驾护航。

展望未来,新型能源“质能网”将在技术突破、系统协同与价值重构中释放巨大潜力,支撑新型能源体系加快构建和高质量发展,更好实现“双碳”目标、保障能源安全,为中国式现代化提供强劲动能。(作者为国家石油天然气管网集团有限公司党组书记、董事长张伟)