作者:徐小东 来源:中国科学报 发布时间:2021/2/24 9:33:42
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实现碳达峰碳中和:能源是主战场 电力是主力军

 

目前,中国正在大力推动能源转型与非化石能源发展。2020年,中国非化石能源消费量占比预计约16%,较2015年提升近4个百分点;非化石能源发电装机占比超过44.4%,较2015年提高了9.6个百分点。

2020年9月22日,国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话中指出,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。

2020年12月12日,国家主席习近平在气候雄心峰会上进一步宣布:到2030年,中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米,风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。

2021年1月19日,国家发改委提出六个重点工作方向来积极推动实现碳达峰和碳中和目标:一是大力调整能源结构,二是加快推动产业结构转型,三是着力提升能源利用效率,四是加速低碳技术研发推广,五是健全低碳发展体制机制,六是努力增加生态碳汇。

中国能源转型概述

笔者认为,要实现碳达峰及碳中和目标,在达峰的同时还应尽可能减小峰值,力争将碳排放控制在105亿吨以内,并2030年后实现快速下降,保守估计2060年下降到20亿~30亿吨,进一步考虑生态碳汇和碳捕捉等的减碳效应,实现碳中和。

为此,中国化石能源消费将会陆续达峰,并逐渐下降,煤炭消费预计将会在2025年左右达峰,石油和天然气预计分别在2030年和2035年左右达峰。非化石能源消费比重将会持续提高,到2060年非化石能源消费比重将达到80%以上。

践行碳达峰及碳中和战略,能源是主战场,电力是主力军。这要求中国实现更高水平的电气化,支撑煤炭、石油、天然气尽早达峰。电力消费将会持续增长,到2050年,将达到15万亿千瓦时,电能占终端能源的消费比重将提高至50%左右。

相关战略将推动绿色能源的快速发展,绿色电源将成为我国主体电源。到2030年,非化石能源装机将达到23亿千瓦,占比超过60%;到2060年,非化石能源装机将达到65亿千瓦,占比将超过95%。

为实现目标,中国需要推动电网的进一步优化,构建新一代电力系统,以适应高比例可再生能源的接入,电网形态将更加多元,推进大电网、微电网、分布式电网有机互补,新能源一体化开发外送、源网荷储一体化就近利用等模式也将成为未来发展重点。这也驱动用电模式由单向流动转变为源网荷储双向互动模式。

“十四五”期间,中国将加强需求侧响应,加快电动汽车、储能、可中断负荷规模化发展,持续加大清洁取暖、港口岸电、工业电锅炉等多种形式的电能替代,用电形式将呈现多样化特征。

主要技术挑战

加快能源低碳转型需要对现存的能源消费和利用方式进行重塑,这在消费、供给、输送、存储、市场机制等环节均面临着一定的技术挑战,需要开展技术创新,以提供高效的解决方案。

在消费环节,交通领域应聚焦长距离大规模运输设施的去碳化需求,开展氢能交通、交通电气化等领域的技术创新;工业领域需发展碳捕捉和利用、工业流程电能和氢能替代等技术;建筑领域要研究低碳绿色建筑相关技术,推动对现存的建筑物的低碳化改造。

在供给环节,相关部门需要开发下一代高效光伏、深海风电、新型分布式风电,继续提升新能源发电的能源效率,推动可再生能源开发与生态环境更高程度融合,发展以碳捕捉和碳存储为基础的负排放技术,将供给侧打造成实现碳平衡的主要枢纽。

在输送环节,氢能的远距离输送技术研究需持续发力,推动电力输送、热力输送和输气网络综合优化,为电、热、气之间的互转互济提供平台。

在存储环节,电储能领域应继续研发高能量密度、高安全性的新一代电池;储氢领域要研发高效率、高能量密度的新型储氢技术,适应更灵活的氢能运输;储热领域需研究基岩、矿井等超大规模的储热技术,更好应对可再生能源和能源消费的季节性波动。

在市场环节,相关机构应开展区块链分布式交易、分布式能源聚合等新兴的交易技术,以人工智能为基础,研发智能交易终端,以适应大量分布式能源接入;研究建立碳排放和能源一体化交易的技术支撑体系。

中欧能源技术创新合作展望

随着中国能源转型速度的加快,中欧能源创新合作不断深化,双边交流与企业业务往来日趋活跃,在以氢能、储能、电动汽车为代表的新兴能源技术领域,持续加大技术研发与应用合作,合作模式主要包括技术联合研发、合作开发项目、技术交流培训等。

在技术合作方面,近年来,中欧双方企业与科研机构在海上风电、太阳能发电、燃料电池、储能等领域开展了大量技术研发合作,设立或联合成立了多个研发机构进行合作。在项目合作方面,中欧双方企业在燃气发电、综合能源、海上风电、电力系统灵活性等领域开展了多个合作项目。

目前,受国家能源局委托,电力规划设计总院收集整理了地方能源主管部门、能源企业、行业协会和研究机构等单位关于中欧能源技术创新合作的意向和建议。中方对欧合作意向主要包括氢能、智慧能源、综合能源系统、储能、可再生能源、低碳零碳技术等领域。

首先,智慧能源系统不仅可以实现不同能源品种的协调互补和智慧调度,还能大幅提高供能可靠性和能源利用效率。目前中国很多城市已将智慧城市建设列入未来发展规划,作为核心组成部分,智慧能源系统在未来将大有可为。中欧双方在5G+智慧能源、数字电网、虚拟电厂、储能云、区块链等方面具备合作潜力。

其次,海上风电是中国“新基建”发展的重要领域之一,多地政府都编制了相应规划,大力推动海上风电发展,高效光伏也是中国能源转型的重点发展方向。中欧双方在海上风电的技术研发与装备制造,光伏电池研发、生物质综合利用等领域具备较大合作潜力。

第三,近年来,中国氢能产业发展迅速,投入力度不断加大。随着有关技术标准的出台和示范项目的开展,未来中国氢能市场发展空间广阔。中欧双方在可再生能源制氢等氢气制备、氢气储运、加氢站等关键技术、燃料电池技术等方面具备合作潜力。

第四,储能是智能电网、高比例可再生能源系统、“互联网+”智慧能源的重要组成部分和关键支撑技术,是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段。中欧双方在高安全性、高能量密度的新一代储能电池,跨季长时间尺度的大规模储冷储热技术等领域具备合作潜力。

最后,为了实现碳中和目标,中国需要在电力和工业领域推动低碳和零碳技术,缓解化石能源使用带来的碳排放。中欧双方在碳捕捉与存储、制备液体燃料技术、化学链燃烧技术、负排放技术等领域具备合作潜力。

(作者系电力规划设计总院副院长,本报记者唐凤据其在“促进能源技术创新:中欧合作的机遇”研讨会发言采访整理)

 
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