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储能科学与技术

江亿院士:运用储能解决可再生能源稳定性

2019-12-27 12:03| 发布者: admin| 查看: 6466| 评论: 0

摘要: 中国能源清洁低碳转型的步伐正不断加快,近6年来,我国清洁能源消费 比重从14.5%提高到22.2%,煤炭消费比重已降至60%以下。未来中国清 洁低碳发展的目标是什么?相应的能源总量该如何布局?需要怎么制定实施策略和路 ...

中国能源清洁低碳转型的步伐正不断加快,近6年来,我国清洁能源消费 比重从14.5%提高到22.2%,煤炭消费比重已降至60%以下。未来中国清 洁低碳发展的目标是什么?相应的能源总量该如何布局?需要怎么制定实施策略和路径?本刊日前采访了中国工程院院士、中国节能协会理事长江亿,他认为,中国要实现清洁低碳发展,需要根据生态文明的理念,科学规划交通、建筑、工业用能,同时大力发展可再生能源和清洁供热,提倡绿色生活方式。

记者:您曾表示过,低碳发展是我们必须要面对的一场战争,其战略意义和量化目标是什么?

江亿:按照《巴黎协定》制定的平均温升不超过2℃的 目标,到2050年全世界二氧化碳排放量不超过150亿吨。现在全世界总的碳排放量是300多亿吨,自2016年开始中国每 年的碳排放都在100亿吨以上。对中国而言,在30年间既要 保证经济社会发展、人民生活不断改善,又要把二氧化碳排 放降低三分之二,降到三四十亿吨,这是一个特别严峻的挑 战。这几乎是难以实现的任务,但是气候变化状况又迫在眉 睫,我们必须应对挑战,在今后30年下狠心实现能源结构调 整,按照中央提出来的能源革命战略,改变能源供给方式和结构,改变能源消费方式,从而实现低碳发展。

记者:从能源消耗角度,主要的用能大户来自工业、建筑和交通几个领域,您认为我国工业领域的低碳化上限在哪里?

江亿:中国目前大规模的城镇化建设和基础设施建设已初步形成规模,逐渐开始软着陆,经济发展也不再以房地产为龙头来拉动,已经从量的增长转为质的提高。未来将通过高科技,通过提升产品质量来实现经济持续发展,钢铁、建 材、化工这些高能耗产品在总的用能比例中会慢慢降下来, 由此产业结构的调整就会使工业各个行业的用能比例出现变化,而新兴产业的能耗水平要低很多,不会出现与经济发展 并行增长的巨大能源消耗。实际上,现在中国相当多的工业 产品,相当多的指标已经做得很好了,实际能耗比发达国家 还要低,像燃煤发电、输变电我们是世界上最好的之一。 未来10年,如果人均GDP达到3万~4万美元,全国 GDP总量达到40万亿美元,工业制造业按40%计算就是16 万亿美元。即使按照平均指标比OECD国家能耗再高10%, 工业产值达到16万亿美元,能耗总量也可以控制在5万亿千 瓦时电+13亿吨标煤之内,前提是要进行产业结构和能源结 构调整。

记者:建筑用能和每个人息息相关,您认为这一领域的能耗水平会如何演进,挑战在哪里?

江亿:建筑用能可以分为四个部分:住宅用、公共建筑、农村用能、北方采暖,目前能源消费总量大约在10亿吨 标煤,上述四部分各占四分之一。 在建筑能耗领域,中国和美国相比,人均用能强度是他 们的六分之一;和欧洲包括和日本相比,人均用能强度是他 们的三分之一。如果按照美国的消费模式,中国建筑能耗就 会成倍增长,未来不可设想会出现什么情况,因为我们必须 头脑清醒,弄明白到底路往哪儿走、哪种生活方式更适合。 挑战在于,随着中国的经济增长,能否保证我们建筑能耗水 平不再增长。按照未来总建筑面积在800亿平方米以内,人 均50多平方米居住面积计算,如果勤俭节约的传统美德能够传承,那么中国建筑运行能耗可以控制在11.5亿吨标准煤, 也就是3万亿千瓦时电+2.5亿吨标煤的范围。这一用能强度 会比现在高一点,但可以满足老百姓的新兴需求。

记者:交通领域的电气化已经得到多方重视, 您如何看待其未来前景?

江亿:将来一定要把电力变成交通的主要能源,改变后至少可以提高能源效率,包括火车、汽车、轮船,都要慢慢 改变。 需要注意的是,公共交通应该大力发展,因为当大规 模的城市建设告一段落之后,包括燃煤、建材、钢材这些物 流运输会显著减少,取而代之的是客运,因为老百姓有了物 质基础后,旅游的需求会出现快速增长,当然这个运量比运 煤、运钢、运建材要少,再考虑到经济发展,按照运输量比 目前增长50%来考虑,未来的目标是油改电达到2万亿千瓦时,再加3亿吨标煤的燃料。

记者:综合来看,您认为未来实现低碳发展的能源需求会达到什么样的量级?

江亿:分项来看,工业能耗为5万亿千瓦时电+13亿吨标煤的燃料,交通能耗为2万亿千瓦时电+2亿吨标煤,建筑能耗是3万亿千瓦时电+2.5亿吨标煤,合起来10万亿千瓦时 电,再单加19亿吨标煤。总起来看,按发电的能耗算下来, 大约是50亿吨标煤,这样就能在清洁低碳能源支撑下,使得 我们的GDP达到40万亿美元,为建设现代化强国提供坚强支撑,不绕路走直路。

记者:要满足您提到的10万亿千瓦时电+19亿 吨标煤,我们需要如何设计清洁低碳发展路径和用能方式?

江亿:世界上发达国家的能源发展都经历了这样的过程,从生物质能源到煤炭再到石油,近年来以欧洲为代表的 发达国家,开始大幅度消减燃油、燃气的用量,用可再生能 源和生物质能源来替代,以应对气候变化。发达国家用20多年时间将能源结构从煤炭为主变成油气为主,我们是不是也要延续这一模式?中国是不是也应该按照这样路径走?我的看法是,我们的国情不一样,思路也不应该一样。

记者:近年来,天然气的价值逐渐被各方认可,我们可否把希望寄托在天然气上?

江亿:在10万亿千瓦时电能中,如果可再生能源发电 和核能发电占3万亿千瓦时,剩下的都是天然气发电,每年就需要2万亿立方米的天然气。首先,2万亿立方米天然 气要排放50多亿吨二氧化碳,不符合我国碳排放总量降至 三四十亿吨的要求。其次,目前全球每年天然气消费总量 为3万亿立方米、交易量1万亿立方米,而中国自产气产量不足2000亿立方米。因此,无论是从碳减排要求,还是国际能源安全形势,抑或我们缺油少气的资源禀赋,都表明我们不可能依靠天然气,这就决定了我们很难按照西方的路径实现能源转型。怎么办?唯一的道路就是大力发展可再生能源和核能。实际上,发达国家也在朝这条路走,我们完全可以绕过燃油、燃气这条路,直接走大力开发可再生能源的路径,这应该作为中国未来能源发展的一个基本 战略决策。

记者:发展可再生能源在资源和方向上都没问题,关键是如何解决其不稳定和间歇性问题?

江亿:是这个问题。从国内外的经验来看,无论是德国、丹麦,还是我国青海零碳发电15日,都提供了相应的经验。这也预示着,中国有希望在36亿~37亿吨碳排放量下, 就能把能源供应的重任扛起来。关键就在于,除了部分工业、特殊工业部门仍然需要燃料,如何在供给侧通过减少直接烧火的燃料比例,以及先烧火变成热再发电的比例,大幅提升风电、光伏、核能的比例,从而倒逼消费侧用电水平大幅度提高。同时,鉴于光电、风电都不可控,建筑用能又存在较大的峰谷差,重点就是要下功夫在终端解决柔性用电问题,为此,就需要将供给端和消费侧解耦,让二者脱离刚性连接,这样才能不断提高电气化水平。

记者:在不同的领域,有哪些具体的办法和创新思路?

江亿:东部用能地区的电力系统要重点解决好调峰问题,比如发展抽水蓄能、电动汽车,发展电动汽车绝不仅仅是为了解决污染和效率问题,更重要的是它能够和智能充电桩构成储能设施,通过电池参与电力系统的削峰填谷。 一个创新的思路就是,建筑用电方式要彻底改变,通过直流供电+分布式蓄电,这样就能彻底改变建筑用电模式。 现在屋内所有照明、家电都是直流供电,转动件都是直流变频、变热,因此在末端直接化,可以大幅度提高用电效率, 避免来回转换造成的损失,而且直流电方便储存,也为用户提供了便利,同时也会彻底改变城市供电系统布局,配电网不用按峰值供电,只需要按平均值供电,目前这一差距至少有5倍,非常可观。

记者:对于北方地区的建筑,清洁供暖也是用 能大头,在这里面会有哪些新模式和新技术?

江亿:实际上,取暖只要20度左右的环境温度。因此任何燃煤锅炉、燃气锅炉、电锅炉都不应该作为供热热源。因为这样做就违反了热学的基本原则,属于高温能量干了低温的活,会造成巨大浪费,应该是温度对口、梯级利用。 目前看来,可以利用其他行业觉得是“垃圾热”的热 源:一是热电联产余热。即使未来大力发展可再生能源,也还有40%以上的电力来自火电,可以把这些产生的余热统统 收进来供热。二是未来一定还有一大批钢厂、有色金属厂、 建材厂,这些工厂生产过程中也排放出大量的余热。比如房山的燕山石化等化工厂,排出来五六十度冷却水的热量,能供约3000万平方米的建筑供暖,这些资源必须要用好。

记者:这样综合利用肯定是最高效也是最清洁低碳的,但是这部分热源能否堪当大任?

江亿:未来,依靠工业余热和热电联产余热,可以满 足北方地区70%建筑面积的供热需求,其余的30%需求,通过热泵设施和燃气调峰就可以满足。现在注意的是不能以热定电,因为这会给电力系统带来巨大的问题。同时,切记不能发展基于燃气的热电冷三联供,因为这种方式在中国屡上屡败,到现在没有一个合适的项目,而且我们没有天然气资源,不该干这件事。 要实现中国低碳发展,就应该根据生态文明的理念,科学规划未来的交通、建筑、工业能耗,同时大力提倡绿色生活方式,这是实现低碳发展的基础。在产业层面,要大力发展风电、光热、水电、可再生和核能。在消费侧增加电力比例,东部地区解决削峰填谷问题,变用电刚性为柔性。供热要把火电厂、工业余热充分用好,作为建筑供热耦合,可以考虑跨区域输热方式,解决地理位置不匹配问题。通过上述 途径,完全可以实现通过10万亿千瓦时电+19亿吨标煤,来 满足我们经济需要,实现低碳发展目标。

原标题:清洁低碳发展中国策—访中国工程院院士江亿


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