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【資料圖】
本期課程主講人:
杜祥琬 “兩彈一星”核心科學家、中國工程院院士、國家能源咨詢專家委員會副主任
以下為課程實錄:
大家都知道,我們國家向全世界提出了我們的碳達峰、碳中和這兩個目標的戰略意義我先說幾句。我們要認清了中國的能源資源稟賦,就知道該立什么,我們才能先立后破。我們下面會加以解釋。
首先碳達峰碳中和這個目標的戰略意義,應該說它是應對氣候變化的國策,包括國內外兩個大局。碳達峰碳中和也是2004 年國家提出來能源革命,這兩個里程碑。能源變革是人類文明形態進步的基礎,現在就要碳達峰碳中和來引領我們國家,逐步地走向生態文明這樣一個地步,屬于引領我國基石的實施低碳轉型,經濟社會發展的戰略目標,就是碳達峰碳中和,它可以促進新型的、高質量的、可持續的發展。它的意義主要就這個。
下面的第二部分我們就說一說,主要說一說風電和光電的發展的幾點思考。我先說說對于未來能源的一點認識。
我們可以從物理概念上來說,未來能源就是核聚變。大家可能問怎么可以這樣說?我們可以把這個東西分解成兩塊。
一塊是太陽上,我們叫做太陽能,我們感受到太陽能,而它的物理本質就是太陽上的核聚變。我們接受到的太陽能,包括我們現在能夠光伏發電,光熱發電,還能太陽能熱利用,還有風能、生物質能,都來自于太陽能。這就是它的物理本質核聚變。再加上我們現在正在地球上做所謂“人造太陽”,也就是受控核聚變,受控核聚變現在正在這做,正在取得進展,本世紀應該能夠突破。
說到這個地方我要稍微說一下,最近美國人提出來他們發布了,還說得挺鄭重其事的,說他們的激光核聚變取得了增益。進去 2 個MJ出來 3 個MJ,這樣,進去 2 個百萬焦耳,出來 3 個百萬焦耳。它這個是一個進展是一個研究進展。但是它離受控核聚變,第一它概念上不是一回事,因為它做激光核聚變,它使用很大量的激光。它 2 個百萬焦耳進去,這 2 個百萬焦耳哪來的?是外面一個足球場那么大的一個裝置,這其中要花多少能量?花 300 個百萬焦耳,最后出來 2 個百萬焦耳,這樣進去以后出來 3 個百萬焦耳。他光說了最后這一步,它算是增益了。其實“點火”剛有一點增益,離激光核聚變本來的目標是要產生高增益,比如它現在增益的剛一倍還不到這樣子。
我們要目標是核聚變,激光核聚變它增益要上百比如說。但是這樣也還是為了激光核聚變,研究它的聚變物理。研究物理它還不能夠,因為它整個要花 300 個百萬焦耳的能量,才產生了 2 個百萬焦耳,然后打到聚變球上,產生了 3 個百萬焦耳。它是這樣一個過程,要說清楚,這個跟可控利用核聚變這個目標還很遠,而且它概念也還是不太一樣的。
所以我們在這要是把這件事情說清楚。當然它要拿能源來說事,這是可以理解的,我們要往受控核聚變方向走。但是美國人現在宣布的進展,并不是受控核聚變,而是它的激光核聚變的,最后一步的增益。
從總的來說,它的效率還是很低的。剛才我說的它 300 個百萬焦耳出來了 2 個百萬焦耳,打到聚變球上,聚變產生了 3 個百萬焦耳。所以它只是一個進展,但它離激光核聚變,第一不是一個概念,第二,離得還很遠。
剛才說到能源資源稟賦,我們認清了我們國家能源資源稟賦,我們才知道先立后破,我們有沒有可立的,我們立什么?應該說豐富的可再生能源資源,是我國資源稟賦的重要組成部分。所以發展高比例的可再生能源,資源基礎是豐厚的這個是前提。我們要比如發展風能、光能,如果沒有資源怎么發展呢是吧?你要發展高比例的風能、光能,它必須有資源它才有基礎。我們現在已經開發的風、光,還不到技術可開發資源量的 1/ 10,屬于有資源基礎,才有轉型的前提。這一點我要說清楚,我們國家的資源稟賦應該說有一個特征,資源稟賦有豐富的可再生能源資源。
那我這里稍微加一句,一說起資源稟賦來,現在有些提法,馬上就會想到 6 個字就是“富煤缺油少氣”。好像“富煤缺油少氣”是中國的能源資源稟賦,這個是就化石能源而言可以說是這樣。
但是我們國家能源資源稟賦不光是化石能源,不光是化石能源的“富煤缺油少氣”,還有非化石能源,特別是可再生能源資源。
所以要把可再生能源資源,是我們國家能源資源稟賦的這一部分,這個認識搞清楚了。 中東部的能源發展的思路是“身邊取”和“遠方來”相結合。首先要身邊取,身邊就是發展可再生能源資源,實在不夠了,再“遠方來”,“遠方來”什么意思?西電東送可以給你增加一點。
但是主要的部分應該是身邊取,從自己身邊發展可再生能源資源,這樣我們要提高中部和東部的能源,包括電力的自給比例,讓我們的東部成為產銷者。 這里面我稍微提一下蘭考,河南蘭考縣,它是一個中部的小縣城,做了一個試點。這個試點的意義首先在于這一點,它現在只是很初步的了。
但是它證明了,蘭考這個地方風能、太陽能的資源并不是十分得豐富,不像我們大西北、新疆、內蒙這樣,它是風和光的資源,都是三類地區。但是它風也轉起來了,風力風機也裝了,也轉起來了,風電發起來了,光伏裝上去,光伏也發起電來了,再加上儲能,風和光,還加上它垃圾發電。當然還有生物質能、地熱能等等的,是以蘭考 4 年的能源革命試點,它在試點開始的時候,它的電力主要是外來電,就是外來的燃煤發電。
經過這 4 年,它自己能夠完全可以依靠可再生能源資源發出的電力,每年發出的總電力的量大于蘭考所需要的電力的量。這就很有說服力的。它還要繼續往下做了,還有把自發自用做好。但是它現在證明了一點,我們中東部自己身邊的可再生能源,把它用好了,發起電來,我自己就可以當產銷者。
我就不光是消耗電力,不光是靠著外來電讓我來消費,而且我自己可以發電,可以生產,所以它就成了產銷者。不光是消費者,而成了產銷者。這個概念很重要,我們中國中部和東部的很多地區都可以成為能源的產銷者,一個企業甚至一個家庭也可以。如果比如BIPV,就是給你建筑集合好的光伏,你就可以發電,你自己不光用電,還可以發電,就成了產銷者。
這個概念是對我們國家是很有意義的。 還有一點就是我們中東部發展,除了“身邊來”以外,還有集中式和分布式,或者叫分散式相結合。我們很多像太陽能、風能這樣,它本身就適合于分布式的發展,或者分散式的發展。我們要提高分布式的比例。過去我們只有燃煤發電了,所以大家都習慣于一種集中式的。但是以后有了比較多的可再生能源發電,它比較適合用的分布式的比例。不管城鄉都是這樣。
分布式的比例,從產能建筑。剛才說的BIPV,自己房子上裝了光伏,你就不僅用了,而且產能了。不僅從產能建筑,而且可以發展產能社區,發展出來微網概念。譬如我們除了自己用戶以外,各種棚子,比如車棚子、車棚子上面也可以放光伏,公路、橋梁都可以跟光伏相結合。這樣各種各樣的建筑跟光伏相結合,自己就可以發展出來。自己有電源,自己可以做成微網,再加上儲能,自己可以做一個自己獨立的微網,也可以和大電網相聯系。有一個數據,我們全國可以用的建筑面積大概有 200 億平方米,就可以裝 20 億千瓦的光伏,所以這個是很可觀的一個量。
但是我們西部的,咱們西部的有很豐富的風、光、水,我們還是要用好。但是西部能源一部分是可以東送,比如青海到河南的這條青豫線,它就是風、光、水相結合。整個這條線是可再生能源,運送它到河南來的。但是西部風、光、和水資源,它可以用來,主要的應該用來發展西部的產業,發展西部的經濟,包括國家所需要的,比如有一些高耗能產業,國家并不是不需要,我們可以把它建在西部。這樣既發展了西部的產業經濟,又可以利用了西部的可再生能源資源。
譬如數據中心,我們現在提出來東數西算,就是這個意思,這些的數據中心很耗能,它還是很需要的,我們可以利用西部的可再生能源資源就地消納,這樣就是一種西部的集中式的。能源的利用的方式,我覺得是這樣兩個。
再一點,我們現在風和光,它由于技術進步,成本明顯下降,經濟性大大地增加了。這十年來風、光的成本下降了,都是百分之好幾十,將近百分之百的?,F在全國用電量一年是 7. 5 萬億度,風、光現在占到 0. 72 萬億度,還不到 1/ 10 的樣子。我們完全可以它現在成本下降以后,可以很快地增長,可以對我們國家的電力做出越來越大的貢獻,原來比較貴,現在比較便宜了。
再一點就是風、光要認識到,不管是發展風還是發展光,都是一個產業鏈條,從風和光來說,風和光是自然的,但是要把它變成電,它都是一個產業鏈。從前端的材料科學、制造業,譬如要發展風,就是風機,光要發展Solar Cell 光電池,這些都是需要材料,需要制造業,然后才是組件然后才到工程,一直到后端的循環利用。 我要特別強調一下后端的循環利用。我們風機也好,光電池也好,用到一定的年頭它都會到期了,到期的它身上含著有很多重要的礦物質,所以要把風機、太陽能電池回收回來,要把其中的重要的一些礦產資源把它回收回來,這樣要注意循環利用。這是循環經濟的一個新的課題。
做好這樣一個整個的產業鏈,從頭到尾的產業鏈,支撐長遠的發展,以核心技術、新科技來爭得發展權。我們風和光的企業家們,都會認識到這一點,當然大家馬上就會說到風也好,光也好,都有一點靠天吃飯,它有間歇性。而我們社會經濟、家庭用能,都需要有一定的穩定,需要有一定的供需平衡。
如何實現供需平衡?我們又要用光,又用電,用風用光,但是又要實現供需平衡,也就是源和荷。發電的源和負荷如何平衡?這就要把我們的發電這一端再結合電網的智能化靈活性。所以電網要逐步的進一步成為智能電網。我們的風能和光能的源,要和儲能技術和各種靈活性資源調節相結合,要需要加強這方面,這是完全可以做到的,但是我們的實踐還不夠,現在要加強實踐,把源、網、荷、儲連起來,實現它的價值。這樣它的價值必須由這幾個相結合,才能得到充分的體現。
剛才說到儲能靈活性資源了,我就稍微展開一點,儲能靈活性資源有很多種,它適用于不同的場合來用儲能和靈活性資源,比如一個是現在我們很多火電,它可以做調峰的一個改造,火電調峰它就是一種靈活性資源,這是一個。再一個物理儲能,譬如儲水蓄能,用壓縮風機儲能等等,儲冷儲熱,物理儲能是一個手段。
還有化學儲能,譬如蓄電池這種儲能。這種化學儲能電池一般對于每天幾個小時之內的波動,比如白天、晚上,這個短周期的儲能可以用化學儲能,而我們有時候還需要長周期的儲能。就是氫儲能。比如季節性的,我們很多天沒有太陽,或者很多天沒有風的情況下,當太陽充足和風大的時候,把它儲起來,用制氫把它儲存起來。而氫儲能,它是可以季節性的儲能,可以用于長周期的儲能,這是一種。還有管理可以調節,比如利用分時電價的機制,這是一種需求側管理。這樣幾種靈活性的資源結合起來,就可以使得我們的風和光能夠符合用戶,符合經濟和社會的需要。 在目前多能互補的條件下,可以通過電力交易市場解決調峰問題。
我再這說一個例子,德國它有一個地方是個弄了很多光電、光伏發電,但是有一次它出現了日全食,日全食這段時間它當然是有預報的了,這段時間就沒有光、電,光伏就發不出來電了。
德國事先就準備了一定的電廠,作為備用的應急電源。而且在現在不是提倡數字化,各種電源都要數字化到各個家庭,這樣用戶可以有大數據提供的各種電力出力的情況的預測,你比如什么時候有光發電,光伏發電,什么時候有風發電,什么時候有煤發電。這樣用戶可以選擇根據您預測情況來選擇電源。這種選擇電源的作用在于,可以緩解的不光是儲能,就不一定都用儲能來解決這個問題。有相當一部分就可以用選擇備用應急電源來解決這個問題。
我們國家也有一個提法了,國家提出來新能源發電的企業,像風和光的這些企業,為了要實現高質量的出力,可以通過自建或者購買調峰能力,因為我們自己的光、風也是需要調峰的,你可以自己建,也可以購買調峰電力,這樣目的就是讓你自己發的電,可以成為高質量的出力,這樣可以調節自己的光和風的發電就不再是這么間歇性的,而是能夠高質量地出力了。經濟社會需要的時候出力,把新能源可以做好。
總而言之,實現碳達峰、碳中和,不僅是有路徑可操作,而且會帶動一系列的技術進步。它會帶來新能源、新電力、新工業、新交通、新建筑,帶動新的產業、新的經濟和生態文明的發展。為本世紀中葉建成現代化的美麗中國打下堅實的基礎。我主要的就給大家講這樣幾點內容,供大家參考,謝謝。

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