以下文章来源于能源发展与政策 ,作者吴昊

随着“十四五”渐行渐近,我国未来能源发展的战略规划成为业内热议的话题,从长期来看,能源低碳转型是我国实现“碳中和”目标和解决能源安全问题的主要路径,也将是“十四五”期间能源发展的主基调。

日前,中国改革报记者就我国能源转型的目标和路径等问题采访了中国工程院院士,清华大学教授,中国城镇供热协会副理事长、技术委员会主任江亿。他认为,未来我国年发电量将达到11-12万亿kW·h,其中,风电和光伏发电量将达5-6万亿kW·h,同时,为应对低碳转型带来的电力系统供需之间时间的不匹配,氢储能将成为重要的发展方向。


中国改革报记者

随着“十四五”的到来,我们国家能源转型的步伐也在逐渐加快,您如何看待能源低碳转型和国家发展战略的关系?


江亿院士

在第七十五届联合国大会一般性辩论上,习近平主席指出:“中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。”表明了中国政府在缓解气候变化上的积极立场和大国责任,明确了今后四十年能源革命的目标、任务。

从能源领域的长治久安来讲,我们首先面临能源安全问题,我国油气资源不足,对外依存度高;其次面临大气治理问题,只有彻底改变能源结构,才能根治雾霾;同时还面临气候变化问题,要在2030年碳排放达峰,2060年力争实现碳中和,这对能源结构和用能方式是巨大挑战。

要解决这些问题,唯一的途径就是实现能源结构转型,由化石能源为主转向低碳能源结构,实现以“可再生能源+核能”的零碳能源为主的低碳能源结构,使化石能源比例大幅度降低,从而实现能源安全、解决大气污染、实现碳减排。



中国改革报记者

如何实现这一转型目标?


江亿院士

我们先要明确远期目标,比如在2060年前实现“碳中和”,实行倒逼机制;然后规划设计低碳能源结构下的能源供给、能源输配、能源转换和终端用能方式;再讨论实现这一目标的路径,使转型过程满足社会经济发展对能源的需求。



中国改革报记者

在转型路径下,未来将会呈现什么样的低碳能源结构?


江亿院士

未来将是电力为主、燃料为辅的能源结构:以风电、光电、水电、核电为主的电力供应,和以生物质能为主的燃料供应。因为零碳能源的主要形式为电力,所以应尽可能加大终端用能中电力的比例,减少对燃料型能源的依赖,实现电气化,未来的“能源转换链”需要由“热—电”转变为“电—热”。

未来的能源总需求,将有11-12万亿kW·h电力;14亿吨标准煤当量的燃料,主要用于工业生产;以及主要用于北方供暖和工业生产用热的80亿GJ余热。其中,在11-12万亿kW·h的电力构成中,零碳电力占比将达到75%,包括1.6万亿kW·h核电、2万亿kW·h水电和5-6万亿kW·h的风电及光伏发电,同时,还会有2-3万亿kW·h燃煤燃气电力,用于调峰。



中国改革报记者

风电、光伏发电的不可调控,一天内的峰谷差,以及夏季空调导致用电量的急升、冬季枯水期水电不足等季节因素,都会对电力系统带来一定的挑战,如何解决电力系统供需之间时间的不匹配?


江亿院士

需要灵活电源、蓄电、用电侧的需求侧响应方式来实现供与需的平衡。在电源侧,水电具有最好的灵活调节特性,抽水蓄能电站则专门用于电力峰谷调节,同时,燃煤燃气电厂、核电厂和风光互补也都可以作为调节方式。在蓄电或蓄能方面,可以通过空气压缩和目前正飞速发展的电池技术来平衡电力供需,此外,将电解水制氢转为燃料,通过燃料电池再发电的储氢技术也将是重要的蓄能方式。

与此同时,还可以通过用电侧的需求侧响应模式来调节电力供需,电力充沛时,选择大功率用电,电力不足时,采用小功率或停止用电,根据电网的供需关系及时响应、调节。例如,在工业领域,有电炉炼钢、电解铝、电解铜等可中断的高耗电生产过程;在交通领域,通过电动汽车充电,未来将有2亿辆小轿车,可提供超过60亿kW·h的储电能力,占日均用电总量20%;在建筑用电领域,应采用新的柔性用电方式使建筑由造成电网峰谷差的元凶变为协调供需平衡的“虚拟电厂”,可以通过建筑内的分布式蓄电,变刚性用电为柔性用电,也可以通过建筑配电与周边的智能充电桩联动,利用建筑空余配电容量充电,在用电高峰期还可以由电动汽车向建筑供电。



中国改革报记者

建筑的柔性用电方式,对于电力系统会带来哪些具体的改变?


江亿院士

柔性用电建筑可以降低电网容量,全面推广电动汽车后,如果单独为充电桩配电,将导致电网容量严重不足,如果把充电桩接入柔性建筑内网,利用建筑配电空余容量充电,就不必要增容;同时,柔性用电建筑还可以削峰填谷,成为虚拟电厂,用电高峰期可响应电网要求大幅度减少用电功率,用电低谷期可响应电网要求大功率接纳谷电;当50%以上电源来自外部不宜调整的风电、光电、核电时,柔性建筑调节容量将在平衡电网供需关系中起重大作用。



中国改革报记者

在建筑领域参与能源转型方面,光伏与建筑的结合近年来被寄予厚望,您如何看待建筑在这一方面可以发挥的作用?


江亿院士

当前,光伏和风电的成本已经接近燃煤发电,尤其是光伏电池的成本,已从2000年的50元/W下降到低于1.5元/W。然而,光伏发电的进一步发展,却面临着诸多瓶颈,比如安装空间、接入方式和接入成本、调节方式。而光伏与建筑的结合,有助于破解光伏电力发展的瓶颈。

一方面,建筑屋顶和可接受太阳辐射的垂直表面是发展光伏的重要资源,我国城乡建筑有250亿平米可开发利用表面,如果开发利用其中70%,可安装20亿kW光伏电池,年发电量将超过2.5万亿kW·h。另一方面,建筑光伏优先满足自用,可大幅度降低接入成本和损耗,光伏直接与负载连接,可以避免多次变换、变压、传输的投资和损耗。



中国改革报记者

您刚才提到“余热”是未来低碳能源结构中的重要部分,对于“余热”的利用,您有什么建议?


江亿院士

我们要建设区域热网,充分回收利用火力发电余热和工业余热供热。未来我国将建设1.5-2亿kW核电,排放2-3亿kW余热,其中,50%在北方地区;同时,我国北方还需要3-5亿kW燃煤燃气电厂,以满足冬季枯水期用电和部分调峰需要,而3亿kW燃煤燃气火电排放4.5亿kW余热,可作为冬季建筑供热热源;此外,部分高能耗工业生产过程排放1-2亿kW左右余热,大部分也在北方。这些余热的75%,合计6亿kW,可为170亿平方米建筑供暖提供热源。

在这个过程中,需要解决余热产地与需要供热建筑地理位置的不匹配、余热生产变化与建筑供热需求的变化不一致、保证供热可靠等问题,所以要跨区域联网,多热源联合供热并,在末端使用燃气调峰。



来源:中国改革报《能源发展》周刊