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

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(shí)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(gè)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(gè)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(shí)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(jì)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(shí)，發(fā)電與用電二者在時(shí)間上不匹配、成本相差大等問題愈發(fā)凸顯。“目前，不同時(shí)刻的電力成本相差10倍以上。風(fēng)電光電充沛時(shí)，電力成本特別低，以山東為例，山東省午間電價(jià)可低至1.10元/千瓦時(shí)，而當(dāng)風(fēng)電光電不足時(shí)，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(jì)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(shí)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(gè)很好的路徑，但其仍面臨三大障礙。首先，是時(shí)間不匹配問題，總量雖然達(dá)標(biāo)，但產(chǎn)出時(shí)間與用熱時(shí)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。