中國工程院院士杜祥琬:
節能提效應是「碳中和」首要舉措
改革開放以來,我國能源結構不斷改善,能效明顯提高,但仍不夠革命性。產業偏重、能效偏低、結構高碳等瓶頸,使我國環境問題日趨尖銳。
近年來,雖然我國已將能源強度、碳強度列入考核指標,能源彈性係數逐步下降,但目前能源強度依然是世界平均水平的1.5倍。因此,「十四五」期間我國需要對節能提效有明確要求。
節能提效應為我國能源戰略之首,成為綠色、低碳的第一能源,保障國家能源供需安全和能源環境安全的要素。特別是在當前以化石能源為主的能源結構下,節能提效應是減排的主力。
「十四五」期間,能源行業要走上高質量發展新徵程。化石能源要儘可能適應能源轉型需要。在推進能源轉型過程中,我國要以較低的能源彈性係數(小於0.4%),滿足能源消費2%的年增速,需主要依靠非化石能源+天然氣。
近幾年,光伏發電、光熱發電、陸上風電、海上風電項目成本分別下降了82%、47%、39%和29%,「十四五」時期,可再生能源將成能源增量主體。通過水電、核電、風電、太陽能、生物質能、地熱、儲能技術、新能源汽車等技術領域和綜合能源服務、智能電網、微網、虛擬電廠等新業態的進一步發展,預計到2025年,我國非化石能源在一次能源中佔比將達到20%;電力在終端能源中佔比將超30%;非化石電力裝機佔比達50%,發電量超40%。
屆時,煤炭消耗將不再增長,實現「煤達峰」,甚至「煤過峰」。「十五五」期間,通過非化石能源增長和再電氣化,中國東部地區/城市將率先在2030年實現碳達峰。
在化石能源為主的今天,全球和中國降碳的主要措施有三要素:首要措施應是「提能效、降能耗」,主要集中在建築、交通、工業、電力節能領域;其次是「能源替代」,應高比例發展非化石能源,特別是可再生能源;第三是碳「移除」,增加碳匯,大力發展CCUS技術等。
澳大利亞國家技術科學和工程院院士、上海電力大學教授施正榮:
光伏產業新「風口」將至
「2060年碳中和」意味著中國將需累計減少2150億噸二氧化碳排放。個人認為,要實現該目標,就需通過能源結構轉型、模式升級、能效提升及碳捕獲與儲存技術等多種途徑來實現,其中最為關鍵的是能源結構轉型,降低度電二氧化碳排放。
未來25年,68%的電力將來自可再生能源。以光伏為例,目前,中國已經主導全球光伏產業。到今年年底,全球光伏總裝機預計將超過700GW,其中中國將超過250GW。初步預測,全球到2025年,平均每年新增裝機容量將達到220GW。更加樂觀地預計,這一數字可望達到250GW。可以預見,光伏產業又一個「風口」將至。
那麼,要建設城市能源「心臟」,光伏可發揮什麼作用?很多人都講「光伏+」,我不同意這樣的說法,應該是「+光伏」,這意味著城市各行各業與人民生活都可以與光伏相融合。
光伏在城市中的應用包括,建築+光伏、工商業屋頂+光伏、居民屋頂+光伏、光伏幕牆、光伏車棚和充電樁、移動光伏能源、城市戶外家具+光伏、儲能+光伏、光伏制氫,乃至全球可再生能源互聯等。
如在不佔用土地的情況下,如汙水處理廠、籃球場、網球場等都可以「+光伏」,以充分利用城市空間,最大限度利用可再生能源。
值得一提的是,通過光伏、風電等間歇性可再生能源製取「綠氫」,可將低能量密度的間歇性能源變成高能量密度的穩定能源,以驅動重卡、物流車,甚至潛艇、坦克、飛機、大炮、火車等,這將是一件非常了不起的事情。
目前,國外與國內不少地方已經開始了探索「未來城市」建設,虛擬電網概念和相關實踐應運而生。我的個人暢想和願望是將光伏、風能作為一次能源,通過「綠氫」與燃料電池、全球電網互聯兩條路,來實現全球100%可再生能源,進而實現「碳中和」的目標。
國家發改委能源研究所高級顧問、中國城市能源變革產業發展聯盟理事長韓文科:
城市能源規劃要擺脫「攤大餅」
「十四五」的到來與「碳達峰」「碳中和」目標的提出,讓城市能源變進入全面加速時代。可以說,城市能源變革將是「十四五」期間一項重大工作任務。
一方面,城市能源發展要以電氣化、高效化、智能化為導向,推動城市能源消費方式升級。
其中最主要的是要通過推動電氣化,打造中高級能源消費體系。同時還要強化工業、新型建築、交通運輸節能技術應用大幅提升能效。
另一方面,城市要以多元化、提高供給質量和效益為導向,推動能源生產方式升級。
一是要以多元化供給為目標,形成真正多輪驅動的能源供應體系。保障能源供應安全、改善能源結構,也需要在能源供給側推進結構性調整,實現真正意義上的多能互補、多元化供應結構。二是要集中式和分布式並舉,大規模發展可再生等清潔能源。在通過競爭和評價政策降低製造和安裝成本的同時,降低非技術成本,並千方百計提升本地消納能力。
城市是能源技術革命的重點、能源體製革命的重點。展望城市能源變革趨勢,我認為,首先要做好城市能源基礎設施規劃。
能源基礎設施,即綜合能源網絡,是城市建設與發展的根基和血脈。能源體系規劃是保障城市高質量發展的重要一環。城市要做好規劃,將城市供需和智慧能源系統更好地結合起來,建設綜合能源網,在供需匹配、多能互補、智能管理等方面做好協同,使城市規劃擺脫「攤大餅」。
中國城市燃氣協會分布式能源專業委員會主任、上海航天工業(集團)有限公司總裁方建平:
分布式能源是城市能源綠色韌性轉型重要「抓手」
在我國,未來,能源發展方向主要表現在:一是向靠近終端的智慧化發展;二是低碳化發展。
其中,在終端智慧化方面,由於政策要求的逐漸趨嚴、能源供應的多樣化,以及技術裝備的不斷進步,靠近終端的能源供需成本將不斷降低、管理將趨於精細化,這為分布式能源這種新型能源利用模式提供了廣闊的舞臺。換言之,分布式能源將在實現終端能源供需系統的韌性化轉型方面扮演重要角色,成為新興產業群;
而在低碳化方面,未來十年,伴隨著我國能源結構發生巨變,以及新型能源體系向綠色、韌性轉型,其催生的綠色能源投資將達到現有GDP的4%,約4萬億元。在此過程中,能源行業特徵與市場格局將有望得到重塑,能源政策、標準、行業協會、能源媒介等支持與服務體系將同步發生巨變。
從低碳化、數位化能源發展方向來看,能源系統由集中式向分布式轉變,大網與小網相組合是大勢所趨。分布式能源也應把握「新基建」數位化、智能化的核心,將向低碳化、數位化的綜合智慧能源演進。
從技術創新角度看,打造安全可靠、綠色低碳、高效經濟的韌性能源將是智慧能源與分布式能源的戰略使命。
截至目前,我國已構建完成基本的能源保障體系。伴隨著能源結構低碳化,與城市管理終端化、精細化發展,分布式能源技術藉助可控可靠、啟動快速的優勢,將有望在解決韌性化能源系統建設方面扮演重要角色,成為解決城市能源供應與管理痛點和難點的重要「抓手」,在城市能源大腦建設過程中提供基礎應急安全保障能力。
國際應急管理學會中國委員會副主席、上海市應對突發公共安全事件專家組組長柴俊勇:
城市能源安全應急不怕「十防九空」
防災減災、抗災救災是人類生存發展的永恆課題。應對突發公共安全事件,通電和通路最關鍵。通電比通路更重要,有電就有光明,有光明才能安人心。
相比於能源生產與輸送環節的相對集中化,能源在城市中的輸配及與終端用戶的互動性相當低,從而影響了城市能源系統整體效率。
為此,個人建議:
一、暢通無阻,輸送千家萬戶。構建城市能源供給的「物理層」,實現電網、石油管網、天然氣網,供水管網、供熱網等耦合集成,在此基礎上,搭建「智慧層」,充分挖掘城市大數據潛力,保障現代城市用能需要。
二、能量無限,做到節能增效。傳統電力行業是能源的重要生產者,火電廠要實現清潔生產,從長遠看還要考慮電力結構的調整,大力發展清潔能源,以多元化能源供應保安全。
三、銜接無縫,多方齊心協力。城市化進程中的能源問題,需要政府部門、能源公司、居民用戶等多方努力。
四、常態無憂,保持居安思危。社會的用電需求實時變化,晝夜和季節性用電負荷存在著峰谷差,儲能十分必要,有利於削峰填谷,以提高供電穩定性。要居安思危,以防為主,防、控、救相結合。
五、應急無險,時刻常備不懈。以上海為例,上海要更加強化超大型城市應急能源保障系統工程建設,建設基於「雲大物移智」的堅強智慧能源網,實現可移動、分布式、多樣化的超大型城市應急能源保障。
特別指出,在城市區域能源安全應急處理問題上,必須要始終保持高度的政治責任感和對人民極其負責的態度,甚至不怕「勞民傷財」,不怕「十防九空」。
同濟大學教授龍惟定:
提高熱泵能效是城市熱力碳減排關鍵路徑
供熱在經濟復甦中是重要的民生工程,符合國家經濟復甦和國際國內「雙循環」發展的思路。疫情凸顯了建築供暖的重要性,隨著南方集中供熱需求越來越大,許多城市已經開啟了區域供冷/供熱實踐。
對熱力行業而言,減少熱泵供熱的碳排量,提高終端熱泵能效是碳減排關鍵路徑。
所謂「能源總線」,是將來自於可再生能源或低品位熱源的熱源、熱匯水,通過管網匯集起來,給分散式的熱泵作為熱源熱匯,為用戶供冷/供熱,之後再回到源頭。
相比前四代供熱系統,第五代區域供熱供冷系統或者能源總線有六大優勢:
一是採用去中心化的分布式水源熱泵系統,不需要大型冷熱源能源中心;
二是管網水溫低至12—30℃,可以利用更多的低品位可再生能源和餘熱廢熱資源;
三是將不同空間分布的分散資源集成聚集到總線中共享,起到能源樞紐或電網聚集器的作用,是典型的能源網際網路;
四是沒有供回水管的概念,只需要一根冷管和一根暖管,可以同時供冷供熱。並通過管網實現建築間的熱量交換。有些用戶既是使用者又是供應者,即「產消者」;
五是當供冷供熱不平衡時,需要系統有儲熱裝置,生活熱水需要單設増溫熱泵和蓄熱水箱。通過蓄熱,熱水直接送到住宅後,用戶可獨立控制,調節熱泵的運行時段,避免高峰用電,消納可變可再生電力;
六是住宅用戶的能耗完全根據家庭電錶計費。能源效率高於空氣源熱泵,供冷供熱品質高於分體空調。非常適合在我國南方地區使用,解決困擾多年的住宅集中供暖問題。
總之,無論第五代區域供熱供冷系統技術,還是能源總線技術,均增強了分散式能源系統中熱力、電力和燃氣的部門耦合,形成城區的智慧能源網。在城市能源轉型和碳減排中可以發揮重要作用,是前幾代區域供熱(供冷)網所無法比擬的。
英國(皇家)燃氣專業學會(IGEM)會長、香港中華煤氣有限公司市務及營業總經理黃維安:
2050年氫能與生物甲烷將主導英國燃氣供應
回顧英國的能源轉型,其是從油氣到煤,再到可再生能源的過程。過去50年,英國陸續告別燃煤發電,大力增加石油、天然氣的使用。進入21世紀,英國將能源發展重點放在可再生能源,比如大力推進生物甲烷與核電等低碳能源在工業和民用領域的使用,為邁向「碳中和」鋪路。
根據預測,2050年以後,包括藍氫、綠氫在內的氫能將成為英國能源結構中非常重要的組成部分,可以廣泛用於民用、交通運輸、工商業、航空等領域。屆時,氫能和生物甲烷將成為英國的燃氣主體能源,標誌著英國進入「零碳」天然氣時代。
為推動氫能發展,英國燃氣行業於2020年推出了一項「綠色燃氣計劃」,主要目的是應對天然氣「去碳化」挑戰,同時推動政策實施。計劃包括投資零碳項目、氣體質量與安全、多方面的消費者選擇、系統增強、氫能轉化、溝通和利益相關者參與等六方面。
目前,英國燃氣行業非常支持政府的「2050碳中和」目標。但如果氫能實踐普及應用,需要四方面的先決條件:首先是允許使用現有的燃氣管網設施;其次可以大量生產;再次是可以用於工業、企業和家庭用戶,最後,氫能與其他低碳加熱技術相比表現良好。
為兌現在2050年前實現碳中和的承諾,英國政府近期將發布有關能源、氫能和熱力相關的主要政策,並通過布局重點氫能示範項目,致力於在減碳方面走在世界前列。在此過程中,工業園區將率先試點開展「去碳化」工作,並使用CCUS技術。英國燃氣專業學會也將在燃氣質量與安全、輸配氣及應用行業標準以及支持政策等方面發揮積極作用。
(以上為本報記者張勝傑、實習記者齊琛冏、張金夢/整理)