当“富煤贫油少气”的资源禀赋撞上双碳时代的刚性要求，当传统能源基地的保供责任遇上绿色转型的历史使命，中国能源大市鄂尔多斯正站在十字路口。5月28日，第二十届鄂尔多斯国际煤博会核心平行会议——建设能源强国“鄂尔多斯之问”高端学术会议如期举行。
中国科学院院士、系统工程学家管晓宏受邀作题为《氢赋能零碳智慧能源系统与能源革命》的主旨演讲，面对“煤炭的未来在哪里”“能源转型如何兼顾安全与经济”“鄂尔多斯怎样实现二次腾飞”这一系列时代命题，管晓宏院士以跨越学科的系统思维，从全球能源格局的深层变革切入，层层拆解清洁能源利用的核心难题，系统阐释氢能作为长时规模化储能技术的颠覆性价值，并为鄂尔多斯量身绘制了一条从“黑色煤都”到“零碳氢都”的转型路线图。
能源转型的世界性悖论：绿色与安全如何兼得
“人类社会主要依赖化石能源的能耗模式已经难以为继，我们正在面临前所未有的能源和环境危机。”管晓宏院士抛出了一个沉重的命题。他援引最新气象数据指出，全球极端高温天气频发，部分地区气温已逼近人类生存极限，这倒逼各国必须加速能源结构的绿色转型。
然而转型之路布满荆棘，管晓宏院士用一组反差强烈的数据，揭示了中国能源转型的特殊困境：“根据国际能源署统计，全球电力和供热领域碳排放占比为44%，而中国由于‘富煤、贫油、少气’的资源禀赋，这一比例高达58%，比全球平均水平高出14个百分点。这意味着，中国的减碳任务比任何国家都更加艰巨。”在双碳目标驱动下，我国新能源产业迎来了爆发式增长，但繁荣背后隐藏着深刻的结构性矛盾。
他精准点出了行业的核心痛点：“截至2025年底，我国风电、光伏发电装机合计占比达47%，历史性超过火电；清洁能源总装机占比更是达到59%。但与之形成鲜明对比的是，新能源发电量仅占22%，清洁能源总发电量也只有36%，近60%的发电量仍然依靠燃煤发电。”这一巨大反差的根源，在于140年前形成的传统电力系统架构。管晓宏院士解释道：“传统电网本质上是一个实时供需平衡系统，发多少电必须严格等于用多少电，一点也不能多，一点也不能少。过去所有电源都是可控的，而新能源具有天然的间歇性和波动性——想多用电的时候风停了、乌云来了，发电量可能骤降70%-80%；晚上用电低谷时风能又特别丰富，只能白白弃掉。”
由此形成了困扰全球的清洁能源利用“不可能三角”：无法同时满足安全稳定、绿色环保和经济可行三个要求。“抽水蓄能虽然技术成熟，但受地理条件限制极大，鄂尔多斯这样的干旱地区根本无法大规模建设；锂电池、压缩空气、飞轮等其他储能技术，要么成本过高，要么寿命过短，要么无法实现长时大规模存储。”管晓宏院士坦言，这一世界性难题如果不能破解，能源转型就只能停留在表面。
在会后的圆桌论坛上，管晓宏院士进一步指出，这一悖论在鄂尔多斯表现得尤为突出。作为全国最大的煤炭生产地级市，鄂尔多斯承担着保障国家能源安全的重大政治责任，同时又面临着黄河流域生态保护和高质量发展的双重压力。如何在“挖煤卖煤”的传统路径之外，找到一条既能保障能源安全、又能实现绿色发展的新道路，正是“鄂尔多斯之问”的核心内涵。
系统思维的颠覆性突破：氢能重构能源底层逻辑
“破解不可能三角的关键，不在于单一技术的突破，而在于系统层面的重构。”管晓宏院士话锋一转，给出了他的解决方案，“长时、规模、经济的储能技术，再加上系统工程的优化方法，这就是我们找到的金钥匙。而氢能，是目前唯一能够同时满足这三个条件的绿色储能技术。”在管晓宏院士看来，氢能具有其他能源无法比拟的独特优势：氢在地球上储量极其丰富，主要存在于水中；电解水制氢技术已经实现工业化成熟应用；氢气可以长期储存，储存成本极低，且运输方式灵活多样；更重要的是，氢燃料电池发电过程零污染、零碳排放，实现了从水到水的完美绿色循环。
但单纯的氢能技术并不能解决所有问题。管晓宏院士坦诚地指出了传统氢能利用模式的缺陷：“如果只是简单地把电变成氢，再把氢变回电，整体效率只有30%左右，成本会是传统电价的两三倍，这样的模式没有商业竞争力。”这正是系统工程思维的价值所在。管晓宏院士团队创新性地提出了“氢赋能零碳多能源系统”架构，彻底颠覆了传统的能源利用方式。“能量转化是守恒的，那70%的能量并没有消失，而是变成了热能。而我们恰恰非常需要热能——北方的冬季供热、工业生产用热、数据中心的冷却需求，这些都是巨大的能源消耗。”基于这一洞察，团队构建了氢能驱动的冷热电三联供系统：氢燃料电池负责供电，产生的余热通过热泵技术用于冬季供热，夏季则通过吸收式制冷技术转化为冷能。“这样一来，系统整体能源利用率可以超过92%，远高于传统能源系统的30%-40%。”
管晓宏院士解释道。该系统以水为载体进行热/冷存储，实现了热能的跨季节调配；通过氢能存储与电网、可再生能源的深度交互，既可以并网运行，也可以实现孤岛式独立供电；同时构建了市场化的氢能供应链，实现了能源的商品化运营。“这是一场全绿色的结构变革，能够从根本上解决储能、可再生能源消纳和能源电力市场化等重大挑战。”在这一架构下，未来的能源系统将从传统的单一电能供应，转变为氢能与电能并重的新型能源供需体系。
管晓宏院士进一步指出，这需要解决四个核心科学问题：含氢多能源系统的一体化建模与智能性设计、多能流耦合下的安全经济运行控制、氢能供应链的协同优化以及关键装备的高能效调控。目前，他带领的团队正在承担国家自然科学基金重大项目，对这些问题进行系统攻关。
从实验室到工程的跨越：零碳范式的实证之路
“理论的生命力在于实践。我们没有等到所有科学问题都解决才去行动，而是边研究边实践，用实践来检验和完善理论。”管晓宏院士自豪地介绍道，他的团队已经将这一创新理念转化为实实在在的工程成果，其中最具代表性的就是榆林科创新城零碳智慧能源站。“这个项目2022年7月建成，是世界上第一个实用化、规模化的零碳智慧能源中心。”管晓宏院士详细介绍了项目的运行情况，“它为陕西省运会12万平方米的运动员村、联通5G基站和数据中心提供零碳供能，采用‘光伏发电+电解水制氢+氢燃料电池+地源热泵+蓄能’的多能互补模式，通过系统工程的优化设计和智能调度，将能源利用率提升至92%以上。”
最令人振奋的是该项目的经济性表现。“在榆林，传统的电网+市政热力+冷水机组模式，单位能源成本是每千瓦时0.57元，而我们的零碳能源站只有0.33元，成本降低了41.4%，投资回收期仅2.7年。”管晓宏院士强调，“这彻底打破了‘零碳等于高成本’的固有认知，证明了减碳不仅可以不增加负担，反而能够创造经济效益。”这一成果获得了行业内外的广泛认可。
2025年9月，榆林市科创新城运动员村获得中电联认证的全国首个“零碳园区”称号；项目多次被央视《新闻联播》报道，被誉为“国际领先、国内首创”。目前，该技术已经在多个领域实现复制推广，形成了可复制、可推广的零碳解决方案。在交通领域，西安地铁15号线细柳零碳车辆段采用了相同的技术路线，运行成本仅为传统系统的5%，投资成本比传统系统低30%以上，成为全行业首个全场段零碳车辆段。
在工业领域，甘肃金川公司二采区零碳采矿园区通过“风光绿电直连—氢电热多介质储能—多能互补供能”模式，实现了矿区办公、生产及矿井通风系统的零碳供能，用能成本降低超过40%。
特别值得一提的是零碳数据中心的应用前景。管晓宏院士指出，数据中心是高耗能产业，目前信息通信行业碳排放量占全球总量的3%，预计2030年将达到15%-25%。“我们设计的零碳数据中心，将服务器产生的余热全部回收用于供热，供电和供热收益相当，投资回收期不到4年。这为解决数字基础设施的高能耗问题提供了完美方案。”
此外，零碳智慧能源系统还能帮助外向型企业应对欧盟碳关税。管晓宏院士强调，欧盟自2026年1月起将对进口产品征收最高30%的碳关税，且只承认物理可追溯的碳足迹。“我们的系统能够提供物理可追溯的零碳供能证明，为企业雪中送炭，提升国际竞争力。”
煤都的二次蝶变：鄂尔多斯的零碳新赛道
“鄂尔多斯完全有能力抓住这一历史性机遇，实现从‘黑色煤都’到‘零碳氢都’的二次蝶变，为全国能源强国建设提供‘鄂尔多斯范式’。”谈及鄂尔多斯的未来，管晓宏院士充满期待。他在圆桌论坛上高度肯定了张大伟研究员提出的煤炭地下原位气化制氢技术。“这项技术太重要了！鄂尔多斯地下1200米以深还有3-5倍的现有煤炭资源量，这些资源用传统技术无法开采。而通过原位气化制氢，成本仅为每公斤2.9元，远低于传统地面煤制氢的14元/公斤。这是一个颠覆性的突破，为深层煤炭资源的清洁利用开辟了全新道路。”
管晓宏院士认为，鄂尔多斯兼具全国1/5的煤炭储量和丰富的风光资源，具备发展“煤基氢+绿氢”耦合产业的独一无二优势。“煤基氢提供低成本、大规模的基础氢源，解决氢能的规模和成本问题；绿氢用于碳抵消，解决碳排放问题。两者结合可以实现近零碳排放的氢能生产，这是破解‘煤炭未来之问’的关键钥匙。”
基于此，他为鄂尔多斯提出了三条具体的发展建议：第一，加快煤炭地下原位气化制氢技术的示范工程建设，争取国家政策支持，打造全国首个深层煤炭原位开采示范区，为全国煤炭资源的可持续利用探索经验；第二，依托氢能成本优势，大力发展零碳算力产业，建设“西部氢都·算力高地”，实现“用绿色能源支撑数字经济”，打造新的经济增长极；第三，构建氢能生产、储存、运输和应用的完整产业链，推动氢能在工业、交通、建筑等领域的规模化应用，形成万亿级的氢能产业集群。“过去我们认为，减碳必须付出代价，发展和减碳是对立的。
“但榆林的实践证明，减碳不仅能够降低成本，反而可以提高效益、创造新的产业。”管晓宏院士最后表示，氢赋能零碳智慧能源系统将深度改变全球能源结构，重塑碳排放与发展权的关联。鄂尔多斯作为国家重要的能源基地，完全有能力引领这场能源革命，将煤炭资源优势转化为零碳能源优势，在保障国家能源安全的同时，走出一条高质量发展的新道路。
