江億認(rèn)為，推進(jìn)“雙碳”工作，首先應(yīng)將最主要力量放在新型電力系統(tǒng)的建設(shè)上。
“在我看來，低碳發(fā)展實(shí)際就是一場能源革命，把現(xiàn)在以燃煤等化石能源為主的碳基能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為以可再生能源為主的零碳能源系統(tǒng)。其中，包括建設(shè)新型電力系統(tǒng)、零碳熱力系統(tǒng)、工業(yè)生產(chǎn)流程再造等具體內(nèi)容，每一項(xiàng)又包括很多子任務(wù)。”在近日舉行的2022綠色轉(zhuǎn)型與高質(zhì)量發(fā)展國際研討會(huì)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“雙碳”的思考。
江億認(rèn)為，推進(jìn)“雙碳”工作，首先應(yīng)將最主要力量放在新型電力系統(tǒng)的建設(shè)上。“這也是能源革命的中心任務(wù)，不是說一下子鋪開、一窩蜂上馬，而要堅(jiān)持先立后破，只有建立起可靠的新能源供給，才能停掉原系統(tǒng)。其過程非但不會(huì)影響能源安全供應(yīng)，反過來還要帶動(dòng)大量新興產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。”
零碳系統(tǒng)需解決供需不匹配問題
如何穩(wěn)步有序推進(jìn)？江億表示：“我們看得見的零碳能源，包括水電、核電、風(fēng)電、光伏發(fā)電及生物質(zhì)能等。這意味著，未來主要一次能源都是電力，而非現(xiàn)在的燃煤、燃油、燃?xì)獾热剂稀Ｒ虼耍?dāng)前面臨的重要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)全面電氣化，盡可能地利用電力替代燃料。”
影響替代的關(guān)鍵，在于零碳電力供給與用電需求之間存在不匹配性。“不同于相對穩(wěn)定的煤電系統(tǒng)，零碳電力一年到頭的供給量并不一樣。比如到冬天，水資源較枯竭，光資源比夏天差一大截，水電、光電短缺。一旦遇到連陰天、靜風(fēng)天，旬內(nèi)日總量還會(huì)變化。除了季節(jié)差，光伏電力日夜不同，日內(nèi)逐時(shí)變化也是問題。”江億舉例。
根據(jù)未來能源總需求預(yù)測，江億算了一筆賬：當(dāng)零碳電力系統(tǒng)滿足夏季用能需求時(shí)，冬季約產(chǎn)生6-7億千瓦用電缺口。若以風(fēng)光裝機(jī)填補(bǔ)，對應(yīng)新增近10萬億元初投資，此外還會(huì)埋下夏季棄風(fēng)棄光的隱患；如果大上儲(chǔ)能裝置，春夏儲(chǔ)、冬季用，以當(dāng)前技術(shù)來看，轉(zhuǎn)換效率低，初投資也要增加近10萬億元。換言之，上述方式并不現(xiàn)實(shí)。
“解決季節(jié)差，可保留部分火電用于冬季補(bǔ)缺。其他季節(jié)出現(xiàn)電力短缺時(shí)，其也能作為供電保障。”江億提出解決方案。不過，這些火電不是只燒煤，建議燃煤、燃?xì)夂蜕镔|(zhì)燃料各占1/3。由此產(chǎn)生的二氧化碳，再通過碳捕集封存與利用技術(shù)進(jìn)行回收。“北方調(diào)峰火電在冬季運(yùn)行，恰好排放大量余熱，同時(shí)還能作為供熱熱源。”
大比例風(fēng)光發(fā)電帶來的日內(nèi)逐時(shí)供需差，則可通過儲(chǔ)能方式解決。其中，水電和抽水蓄能電站可解決約20%的問題，其余依靠電化學(xué)儲(chǔ)能，以及終端柔性用電方式。
電動(dòng)汽車在未來系統(tǒng)中大有可為
終端柔性用電方式指什么、如何用？在江億的構(gòu)想中，可采用“建筑+充電樁+電動(dòng)汽車”的模式。按照到2035年，全國約有3億輛電動(dòng)汽車，每輛車有50-100度電的電池容量計(jì)算，加起來平均對應(yīng)30億千瓦的調(diào)峰能力，進(jìn)而可解決60%-70%的調(diào)蓄能力。
“有人說車在路上跑，怎么拿來儲(chǔ)能？要讓電動(dòng)汽車充分鋪開、真正發(fā)揮作用，前提是由目前的單向充電，轉(zhuǎn)為雙向充放電服務(wù)，需要建設(shè)覆蓋合適的充電樁網(wǎng)絡(luò)。停車場一位一樁、即插即停，車主停下即可接上充電，保持車載電池與電網(wǎng)的連接。是否充電、甚至反向放電，是根據(jù)電網(wǎng)供需關(guān)系而決定，電池就成了很好的儲(chǔ)電資源。”江億表示，電動(dòng)汽車還能與建筑搭載，后者本身也具備一定的電力調(diào)蓄能力。二者優(yōu)化組合，在未來電力系統(tǒng)中潛力巨大。
新問題接踵而至——如何接入這些柔性用電資源？江億進(jìn)一步提出“光儲(chǔ)直柔”的理念。光和儲(chǔ)分別是指分布式光伏和分布式儲(chǔ)能，作為建筑配用電系統(tǒng)組成部分；“直”是指建筑配用電網(wǎng)的形式發(fā)生改變，由傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)改為低壓直流配電網(wǎng)；“柔”說的是建筑用電設(shè)備可中斷、可調(diào)節(jié)，使建筑用電需求從剛性變?yōu)槿嵝浴?/div>
“不是簡單組合，而是有機(jī)融合構(gòu)成一個(gè)整體，集發(fā)電、用電、儲(chǔ)電和調(diào)節(jié)功能為一體，實(shí)現(xiàn)建筑與電網(wǎng)之間的友好互動(dòng)。建筑也將隨之由單一的消費(fèi)者變成能源電力產(chǎn)消者。”江億解釋稱，風(fēng)、光發(fā)電多即多用，并蓄存多余電力；遇到發(fā)電少、不發(fā)電時(shí)，靠蓄電裝置、電動(dòng)汽車的電池和負(fù)載調(diào)節(jié)維持建筑運(yùn)行。由此，構(gòu)成一個(gè)容量巨大的分布式虛擬蓄能系統(tǒng)，平衡電源與需求變化。
應(yīng)重視農(nóng)村新能源系統(tǒng)建設(shè)
談及新型電力系統(tǒng)，江億還提出一個(gè)關(guān)鍵問題：風(fēng)電、光伏發(fā)電屬于低密度能源，空間利用密度只有約100瓦/平方米，大規(guī)模安裝空間何在？
西北地區(qū)風(fēng)、光資源較好，未利用地多，但項(xiàng)目全部建設(shè)在此，長途輸送成本高。河西走廊空間狹窄，不能容納大量千萬千瓦輸電線路，也難以利用風(fēng)光電變化與負(fù)荷側(cè)需求變化的一致性來減緩日內(nèi)調(diào)蓄壓力。“事實(shí)上，我們不能忽視中東部的負(fù)荷密集區(qū)。在這些寸土寸金的區(qū)域，不僅能在屋頂安裝光伏，建筑立面也可考慮。再加上海上風(fēng)電，以及城市100公里以外周邊地區(qū)適當(dāng)布局集中風(fēng)電、光電項(xiàng)目。”江億稱。
在江億看來，另一空間資源出自農(nóng)村。“充分開發(fā)利用農(nóng)村各類閑置屋頂資源，發(fā)展光伏發(fā)電項(xiàng)目，戶均裝機(jī)容量至少在20千瓦以上。其發(fā)電量可滿足農(nóng)戶炊事、采暖等生活用能，及農(nóng)機(jī)具、交通工具等用電需求，如有余量還能公用或送電上網(wǎng)。”
江億表示，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，農(nóng)村新能源系統(tǒng)的建設(shè)不可忽視。“隨著拖拉機(jī)、插秧機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械逐步電氣化，我們還可以發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化的電池及換電方式。這些農(nóng)機(jī)不是天天使用，既是用電設(shè)備也是蓄能裝置，每戶配備兩三組電池，相當(dāng)于擁有了60千瓦時(shí)以上的蓄電池。哪臺(tái)設(shè)備需要，直接安裝電池即可，不用時(shí)則作為家庭儲(chǔ)能單元。”
值得注意的是，農(nóng)村豐富的生物質(zhì)資源亦有零碳屬性。“待全面電氣化后，生物質(zhì)資源不再大量自用，即可商品化進(jìn)入能源市場。例如，林業(yè)枝條、玉米秸稈加工成小顆粒，作為燃料清潔高效利用；濕的垃圾、糞便先制成沼氣，再變身高質(zhì)量燃?xì)狻＜庸ず蟮纳镔|(zhì)燃料既能存儲(chǔ)、也好運(yùn)輸，便于使用，進(jìn)而成為零碳能源系統(tǒng)的組成部分。”
