江億院士:節(jié)能是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的基礎(chǔ)

文章來源:中國能源報仲蕊2023-04-23 08:32

節(jié)能是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的基礎(chǔ),要想實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展,先要把節(jié)能做好。
 
“節(jié)能的目的是減少化石能源的使用,能源低碳轉(zhuǎn)型的目的是不再依靠化石能源。因此,節(jié)能和低碳緊密相關(guān),二者既有共同的目標(biāo),采取的具體措施也有大量重合。”在近日舉辦的2023中國節(jié)能與低碳發(fā)展論壇上,中國工程院院士、清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心主任江億講述了他對節(jié)能與低碳發(fā)展關(guān)系的思考。
 
江億認(rèn)為,節(jié)能是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的基礎(chǔ),在具體工作中需要建立零碳的電力系統(tǒng),采用零碳熱量并充分開發(fā)利用各類余熱以滿足熱量需求,要以創(chuàng)新為驅(qū)動,建設(shè)新的低碳能源系統(tǒng),為徹底解決能源問題、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
 
節(jié)能是重要的第一步
 
江億表示,縱觀人類發(fā)展歷史,在近兩百年時間里,化石能源的使用比例實(shí)現(xiàn)了飛速增長。隨著化石能源消耗的增長,能源安全、大氣污染、氣候變化等問題接踵而至,嚴(yán)重影響了整個社會和人類的可持續(xù)發(fā)展。
 
在此背景下,以低碳為目標(biāo)的能源革命將給人類帶來巨大變化。江億指出,能源革命就是改變用能來源與方式,實(shí)現(xiàn)能源領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展,結(jié)束人類依賴化石能源的歷史,建立全新的產(chǎn)能、用能模式,從而不再被能源問題所困擾,真正實(shí)現(xiàn)能源領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。
 
“節(jié)能和低碳發(fā)展有共同的目標(biāo),一方面是提高能源使用效率,另一方面是減少化石能源使用量。”江億指出,在此過程中,要以風(fēng)光水電為主,發(fā)展各類零碳能源。雖然零碳能源的初始投資成本大,但一旦建好了,運(yùn)行費(fèi)用極低;相對來說,化石能源最初投資不那么高,但是運(yùn)行成本非常高,再考慮到環(huán)境成本,其綜合成本更高。
 
江億認(rèn)為,節(jié)能是實(shí)現(xiàn)碳中和的基礎(chǔ),要想實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展,先要把節(jié)能做好。即便是零碳能源也需要資源,特別是空間資源,比如,建設(shè)水電需要合適的地理?xiàng)l件,建設(shè)核電站則需要足夠大的空間,而一旦零碳能源超量發(fā)展,將導(dǎo)致成本的超線性增長。“因此,通過節(jié)能、降低需求總量,才有可能在可接受的成本下實(shí)現(xiàn)零碳能源供給,節(jié)能是非常重要的第一步,在這個前提下才能夠更好地實(shí)現(xiàn)低成本的能源轉(zhuǎn)型。”
 
建立零碳電力系統(tǒng)
 
如何做到節(jié)能和低碳發(fā)展“兩手抓”?江億提醒,在提高效率的同時更要考慮在低碳模式下,用電的靈活性和需求側(cè)響應(yīng),并著重減少對燃料的需求。
 
在江億看來,實(shí)現(xiàn)碳中和的主要任務(wù)之一是要建立零碳的電力系統(tǒng)。“我國城市屋頂光伏裝機(jī)容量約8.7億千瓦,一年能發(fā)一萬億度電,但農(nóng)村屋頂,除了少數(shù)山溝見不著太陽,總計可以發(fā)電2.5萬億度,是2019年中國總發(fā)電量的1/3。因此,未來我國將以發(fā)展風(fēng)電光電為主,集中與分布式相結(jié)合,風(fēng)光電的60%以上將在我國中東部發(fā)展,屋頂光伏、零星空地的光伏將是光伏產(chǎn)業(yè)主要方向。”
 
需要注意的是,在風(fēng)光電力逐步發(fā)展起來的同時,發(fā)電與用電二者在時間上不匹配、成本相差大等問題愈發(fā)凸顯。“目前,不同時刻的電力成本相差10倍以上。風(fēng)電光電充沛時,電力成本特別低,以山東為例,山東省午間電價可低至1.10元/千瓦時,而當(dāng)風(fēng)電光電不足時,要靠火電+CCS和儲電設(shè)施放電,以滿足用電需求,成本極高。”江億說。
 
“因此,根據(jù)電力成本變化情況進(jìn)行靈活用電,比提高效率減少用電更重要。”江億認(rèn)為,需要發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)可中斷的用電方式、直接和間接的儲能,比如,充分利用電動車車載電池的儲能資源等。“可以說,靈活用電、分布式儲電是破解風(fēng)光電消納難題的重要方式,也是建立穩(wěn)定可靠的零碳電力系統(tǒng)的關(guān)鍵和重點(diǎn)。”
 
為實(shí)現(xiàn)用電終端主動參與調(diào)節(jié),解決末端需求的響應(yīng)難題,江億建議,讓電力對應(yīng)碳排放責(zé)任,而碳排放責(zé)任數(shù)值又跟電網(wǎng)的供需平衡關(guān)系、風(fēng)電光電比例等諸多因素密切相關(guān),由此充分調(diào)動起全社會對碳減排的熱情,使用戶主動實(shí)施在終端的調(diào)控。“面對不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和調(diào)控模式,需根據(jù)現(xiàn)實(shí)狀況重新設(shè)計政策機(jī)制,采用電力動態(tài)碳排放責(zé)任因子的方法或成為適應(yīng)電源結(jié)構(gòu)變化的一種簡單可行的方法。”
 
充分開發(fā)利用各類余熱
 
采用零碳熱量并充分開發(fā)利用各類余熱以滿足熱量需求,同樣是實(shí)現(xiàn)碳中和的主要任務(wù)之一。我國未來需要240億吉焦的熱量,包括北方城鎮(zhèn)建筑采暖、生活熱水制備、工業(yè)生產(chǎn)用熱等。在碳中和目標(biāo)下,如何解決這些熱源需求,同時解決污染物排放問題?江億認(rèn)為,余熱是未來中國社會在零碳環(huán)境下最主要的熱源。
 
根據(jù)江億的測算,多種低品位余熱資源是最好的零碳熱源,將70%的余熱利用起來,形成跨區(qū)域的多熱源共享系統(tǒng),就能解決用熱難題。
 
江億認(rèn)為,我國發(fā)展零碳余熱系統(tǒng),有很好的條件。目前,多地正在建設(shè)大熱網(wǎng),具備豐富的熱電聯(lián)產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),部分電廠已實(shí)現(xiàn)了熱電聯(lián)產(chǎn)余熱的深度回收,也有大量工業(yè)余熱回收的成功案例,相關(guān)的關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)都已具備。
 
需要注意的是,雖然開發(fā)余熱資源是一個很好的路徑,但其仍面臨三大障礙。首先,是時間不匹配問題,總量雖然達(dá)標(biāo),但產(chǎn)出時間與用熱時間不完全匹配;其次,位置不匹配導(dǎo)致供需失衡問題;第三,是品位問題,即各類熱源輸出品位不同,各類用戶需要的熱能溫度范圍也不同。
 
面對上述問題,江億指出,必須實(shí)現(xiàn)三大關(guān)鍵技術(shù),即大規(guī)??缂竟?jié)儲熱技術(shù)、熱量的長距離低成本輸送技術(shù)、基于熱泵的熱量變換技術(shù)的突破。這些問題的破解,涉及大量的新產(chǎn)品、新裝備、新基建,可以創(chuàng)造巨大的市場需求,助力實(shí)現(xiàn)零碳供熱和可持續(xù)發(fā)展。
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