“能源有序转化”理论——引领能源技术革命和产业变革的方向_郭烈锦免费下载

科技导报2021，39（6）www.kjdb.orgwww.kjdb.org郭烈锦，中国科学院院士，西安交通大学教授，动力工程多相流国家重点实验室主任。主要研究方向为能源动力多相流及氢能科学技术。能源短缺、环境污染是制约中国经济、社会和生态发展的长期重大瓶颈。人类进化发展的历史就是一部不断向自然界索取和利用能源的历史。从 18 世纪的蒸汽机工业文明，到 19 世纪的内燃机动力与工业电气化，再到 20 世纪中下叶的火电、核电大型化，继后的新能源和可再生能源绿色风潮，每一次能源技术的变革都驱动人类文明大踏步地向前迈进，意味着重大的社会革命。迄今为止，全球一次能源供给的主体依然是石油、天然气、煤炭等化石燃料，人类利用一次能源的主体方式依然是“一把火烧”的以燃烧放热为主的热能动力过程。也正是工业革命以来以“一把火烧+简单热力循环”的化石能源传统转化利用方式的广泛使用导致了高能耗、高污染、高碳排放的严峻局面。其根源在于以燃烧发热为源头构建的一次能源释放转化过程的高度无序化，造成巨大的能势下降、有效能损失和能量无效损耗，并产生大量污染物对环境、生态造成严重污染和破坏。如煤燃烧将煤炭化学能转化为无序的热能，熵增极大，热工转化过程又造成大量能质损失和无效能量损耗，并产生大量 SOx、NOx、CO2和粉尘颗粒等污染物。中国以煤为主的能源资源秉赋与供给消费特点短期内难以改善，因此，基于现实的、近中远期结合相融相洽的、全局优化的能源供给体系与发展战略及措施只能也必然是变革煤炭利用方式实现洁净无污染低碳化，同时大力发展可再生能源、提高其占比、改善能源消费结构，大力推动全社会的能源供给与消费体系向以氢能、电能共为二次能源主体，氢电互换互补，实现由自然一次能源到人类终端用能间转化输送的完全洁净、低碳、高效、安全的绿色可持续发展目标。因此，中国乃至世界能源科学与技术领域面临两个重大挑战：（1）创新发展变革性的洁净低碳高效的煤炭转化原理与技术；（2）发展原创的可再生能源低成本、高效、大规模转化理论与技术，这同时也必将是中国在全球科技竞争中掌握先机、发挥引领作用的重要突破口。国家自然科学基金项目——“能源有序转化”就是要通过基础科学研究创建能源从一次源头转化的新理论，发展新方法，实现能源科学理论和方法的革命，并带动能源技术革命和产业变革。“能源有序转化”科学理论的核心是关于能量释放端与接收端的能势全面合理匹配原则、多相能量流/物质流在多尺度的时...