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红星新闻 | 德国国家工程院院士雷宪章:建议四川构建新型能源体系,助力实现“双碳”目标

发布日期:2023-02-27

作为全国能源生产大省和“西电东送”的重要输出省份,四川构建新型能源体系、推动绿色能源革命,将助力实现“双碳”目标。根据《四川省碳达峰实施方案》,四川将实施十大重点行动,到2025年,全省非化石能源消费比重达到41.5%左右,到2030年全省非化石能源消费比重达到43.5%左右。这将重塑四川经济结构和能源结构,深刻改变生产方式和生活方式。

助力实现“双碳” 目标,四川可以往哪些领域发力?

今日(3月27日),在成都举办的“2022天府碳中和论坛”上,德国国家工程院院士、天府永兴实验室首席科学家、天府新能源研究院院长雷宪章接受红星新闻记者采访时,提出了实行以氢基能源为辅的电氢耦合协调机制,以保证绿色能源的安全供给。同时,提出了通过跨周、跨月、跨季储能项目的建设,以及加强分布式主动电源的建设,对电网实现长周期、特别是极端气候条件下电能支撑的建设路径构想,助力“碳达峰、碳中和”目标实现。

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电氢耦合协调

助力实现“双碳”目标

“实现‘双碳’目标,是中国经济社会的重要转型。”雷宪章认为,碳中和首先是一场深刻的能源革命。目前看,化石能源的使用占整个二氧化碳排放量的80%以上,因此要减少二氧化碳排放必须从能源革命入手,通过开发新能源和零碳能源来替代传统的化石能源,倒逼中国经济实现绿色转型,完成从工业革命、工业文明到生态文明的转变。

在此过程中,也将面临诸多挑战。这些挑战,包括技术创新与转化,以及大量建设风光电能后的消纳问题等等。

他指出,能源替代面临的第一个挑战,是大量建设风光电能后的消纳问题。未来,中国风光发电总装机容量将是现在的数倍,是仍然靠电网进行全部消纳,还是需要其他手段就地消纳?都是必须回答的问题。

能源替代面临的第二个挑战,是风光电能的间歇性、随机性与电力系统供给的刚性比较,两者间存在巨大的矛盾。即,以前电网能够保证稳定,主要是依靠火电、水电以及核电根据电网的需求来动态地调节电力平衡。而未来以新能源为主体的电力系统中,风和光是“靠天吃饭”,在此情况下,如何保证新型电力系统全时域的功率平衡和动态稳定运行,将成为重大挑战。

在雷宪章看来,要迎接这几大挑战,必须依托技术创新,建设全时域电能消纳和储能体系,使新能源为主体的电源成为稳定电源,才能逐步退出煤炭能源,最终在2060年达到高比例风光电能的目标。

发展清洁能源的重要路径是发展清洁电能,重点是大力开发风光水电能,而四川有丰富的天然气及水电资源。从目前来看,清洁电力不可能完全替代化石能源,因为清洁电能目前还不具备化石能源所具有的燃烧属性以及提供离网大型动力的能力。要完全替代化石能源,还应辅之以氢能,即以清洁电为主,以氢代煤、氢代油,实行以氢基能源为辅的电氢耦合协调机制,以保证绿色能源的安全供给。“因此,电氢耦合协调将是中国未来能源发展格局的必然选择。”而这,也是天府永兴实验室的聚焦点之一。


如何构建一套新型电力系统?

那么,如何构建一套新型电力系统?

首先,要保证风光能源在开发过程中能够得到及时有效的消纳。

“当前主要依靠电网消纳风光水电能的模式是不够的,必须拥有就地消纳多余风光新能源的能力和各种手段。”他以欧洲为例,指出消纳风光水电能不仅有电网输送这一个选项,还可以就地消纳,用以制氢或者生产氢基能源,再把制成的氢能和氢基能源通过管道或者其他方式输送给用户。“在这个逻辑之下,我们就可以拥有两种清洁能源的输送通道,即以电网为主,氢基能源输送为辅,通过电氢耦合协调,构建起电能、氢能耦合协调的输送网络,以确保绿色能源供应。”

“新能源为主体的新型电力系统面临亟需解决的技术问题,但最大的挑战还是来自于高比例的风光电能给电网带来的间歇性和波动性。”他告诉记者,一天内发电出力和负荷的规律是:晚上用电负荷减少,富裕的电力需要消纳;白天电力供应不足,不足的电力需要补充。此外,一个区域内连续多日甚至更长时间没有太阳或无风也是自然常态。因此,在新型电力系统中,既要及时地平衡电网功率及频率的波动,又要平衡电网的日间出力和负荷的变化,当电网中出现长期电力缺额时,还需要为电网提供具有中长期及跨季能力的储能技术。

从目前成熟的储能技术和方式来看,电池储能可以解决小时级的、小电量的需求,但要解决其电力波动和频率稳定的问题;抽水蓄能或者压缩空气储能、液态空气储能可以提供中功率的、几百兆瓦甚至更大的电能,但要解决其日间功率不平衡的问题,当电网功率缺额跨日跨周以后,抽水蓄能和压缩空气储能的能力就受到了限制。

“总之,电网必须具有小时级储能、跨日储能、中长期或者跨季储能的能力。其中,需要特别关注的是中长期及跨季储能,只有解决好这个问题,未来电网的长期安全稳定运行才能得到较好的保障。”他表示。


展望“双碳”远景:

四川未来产业新赛道的思考

构建新型能源体系、加速能源转型的同时,诸多未来产业赛道的核心技术正在孕育。雷宪章表示,提早布局未来产业的关键技术有助于引领产业发展方向。

如今,发展风光水电为主的清洁能源已成为全社会的共识。在四川,电力供应的80%来源于水电,同时,四川还蕴藏着大量未开发的优质风、光资源。“可以说,四川是典型的能源端以清洁能源为主的省份。”

四川的风光水电为绿氢、制氢提供了有利条件,为此,他建议四川应着力于氢能或氢基能源的运输技术以及用氢技术的研发。在用氢量大的化工场景,可以考虑建设运氢实验管道;同时,也应重视发展氢油运输技术。

能源方面,他建议要大力提升四川水电资源发展和规划的战略站位。水电不仅是四川的清洁能源,更是全国的战略资源。当未来中国高比例的可再生能源并网发电时,水电资源作为大规模储能方式之一,将成为大电网安全稳定运行的“定海神针”。再进一步看,富裕的水电可以促进氢能和氢基能源的发展,并通过电氢融合推动中下游产业的发展。

能源稳定方面,他建议将风光水电建设成为稳定电源。未雨绸缪、稳定能源供给,才是破解电力负荷刚需与极端天气下风光水电缺额之间不平衡局面的解决方式。而要实现这一目标,他认为四川应在局域电网内,合理配置风光水电的比例,将风光水资源建设成为能够相互补充、相互赋能的清洁电源网。同时,加强全国互联互通大电网的建设,实现不同时区、不同气候禀赋、不同自然属性的电力跨区域互补互济。此外,建议通过跨周、跨月、跨季储能项目的建设,以及加强分布式主动电源的建设,对电网实现长周期、特别是极端气候条件下的电能支撑。

从工业、交通、建筑、能源等四个用能终端来看,雷宪章提出,要实现化石能源的替代,四川还有很大的空间。以成都为例,2019年二氧化碳排放总量约为5796万吨,其中工业排放占比为30%,交通排放占比为28%,建筑排放占比为23%,能源排放占比为18%,工业、交通以及建筑均为排放大户。聚焦这些领域,以节能减碳、循环经济为抓手,大力实施电气化和氢能(氢基能源)替代,完成产业赛道的升级换代,将是四川实现“双碳”目标的战略选择。

聚焦到成都,当前,成都正在建设践行新发展理念的公园城市示范区。在他看来,公园城市的外在表现是“公园”和“零碳”,但核心在于必须要有碳中和产业,且要进行前沿性布局。“成都的碳排放主要聚焦在使用端。因此,成都减排有两个路径,一是减少二氧化碳排放,二是绿色化利用二氧化碳排放。”

在产业布局上,他建议成都将以热泵技术为主要手段的热能利用作为能源转型的重要抓手,提前谋划以大型热泵技术为支撑、以储能材料为辅助的产业布局,加强未来产业赛道的核心技术攻关,形成新的产业赛道。同时,借鉴德国模式和经验,打通科技成果转化“最后一公里”,让高校成果真正实现转化落地。

“总之,绿色转型是一个过程,不是一蹴而就的事情。我们要在大力建设清洁能源的同时,依托技术创新和突破,实现氢能和氢基能源等零碳能源的产业化和规模化。当新能源消纳、新能源稳定运行这两个问题得以有效解决时,那么中国经济和社会退出煤炭、天然气等化石能源就是一个水到渠成的过程,也是一个循序渐进的过程。”他相信,这个目标一定要实现,也一定能够实现。


【红星新闻记者  彭祥萍  摄影记者 王勤】

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