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當(dāng)萬(wàn)物皆可發(fā)電,碳中和還遠(yuǎn)嗎?

2021-06-30 09:27:05 騰訊研究院

新能源時(shí)代,在“碳中和、碳達(dá)峰”加速的背景之下,能源產(chǎn)業(yè)如何轉(zhuǎn)型?建筑節(jié)能如何實(shí)現(xiàn)?水、風(fēng)、氫、光等可再生能源如何按需調(diào)配?一系列問題亟待解答。在此次對(duì)話中,江億院士與顏河教授圍繞碳中和科技創(chuàng)新思路、能源低碳轉(zhuǎn)型技術(shù)與應(yīng)用,以及能源革命的風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)等議題進(jìn)行了深入討論。

江億院士在建筑節(jié)能領(lǐng)域深入研究數(shù)十年,顏河教授也在有機(jī)太陽(yáng)能領(lǐng)域內(nèi)有過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的探索,同時(shí)也是第二屆“科學(xué)探索獎(jiǎng)”能源環(huán)保領(lǐng)域的獲得者。兩位嘉賓分別從各自專業(yè)角度出發(fā),重點(diǎn)分析了以光電普及為代表的能源革命可行路徑,以及如何通過(guò)能源革命推動(dòng)普及全新的用電文化。

實(shí)現(xiàn)碳排放目標(biāo)

是推動(dòng)我國(guó)能源革命的重要機(jī)遇

2020年9月,我國(guó)在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上宣布,中國(guó)二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值,努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。這是中國(guó)對(duì)國(guó)際社會(huì)的承諾,也是對(duì)國(guó)內(nèi)的動(dòng)員令。問題在于,我國(guó)在人均GDP增長(zhǎng)的目標(biāo)壓力下,實(shí)現(xiàn)上述碳排放目標(biāo)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇是什么?

GDP與CO?脫鉤才能可持續(xù)發(fā)展

江億表示,人均GDP增長(zhǎng)的目標(biāo)與碳排放目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)其實(shí)并不矛盾。從發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)可以看出,當(dāng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平到一定程度的時(shí)候,社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繼續(xù)增長(zhǎng)一般都會(huì)與碳排放量脫鉤。社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不意味著碳排放量的線性增長(zhǎng),而打破線性方向?qū)崿F(xiàn)“脫鉤”的關(guān)鍵,就是國(guó)家內(nèi)部促成能源革命,改變?nèi)祟惿鐣?huì)獲取和使用能源的方式,通過(guò)新的路徑獲取可再生能源。

這意味著,碳排放目標(biāo)的挑戰(zhàn),核心是能源革命背后從能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)到理念的全方位升級(jí),進(jìn)而影響全社會(huì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和社會(huì)理念變革。

讓可印刷的發(fā)電“報(bào)紙”無(wú)處不在

顏河則從能源革命的挑戰(zhàn)解讀出實(shí)現(xiàn)碳排放目標(biāo)過(guò)程中的豐富機(jī)遇:一是可再生能源的普及空間很大,比如風(fēng)能、電能等再生能源發(fā)電占總發(fā)電量不到10%,光能的發(fā)電規(guī)模也可以再提升;二是相關(guān)科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新與研發(fā)很有前途。

首先在技術(shù)層面,顏河教授介紹了現(xiàn)在最新的太陽(yáng)能電池溶液制備生產(chǎn)工藝,“它不像傳統(tǒng)的硅太陽(yáng)能電池,還需要經(jīng)過(guò)高溫、耗電的工藝,而是可以用印刷的工藝來(lái)做,最終可以像印刷報(bào)紙一樣來(lái)印刷太陽(yáng)能電池。”可以想象,如果將來(lái)我們身邊所有的“報(bào)紙”都可以發(fā)電,我們把“報(bào)紙”貼在建筑上面,建筑自身就可以發(fā)電,停車棚也可以發(fā)電并給電動(dòng)車充電,城市所有的地方都可以放這種便宜的印刷出來(lái)的可以發(fā)電的“報(bào)紙”,這是可再生能源比較理想的應(yīng)用場(chǎng)景,讓可以印刷的發(fā)電“報(bào)紙”無(wú)處不在,讓可再生能源無(wú)處不在。

其次,在突破卡脖子難題的人才儲(chǔ)備方面也較為樂觀,以有機(jī)光伏為例,目前在清華大學(xué)、北京大學(xué)和中科院化學(xué)研究所聚集了相當(dāng)數(shù)量的強(qiáng)實(shí)力人才,下一代新興的太陽(yáng)能技術(shù)指日可待。

碳中和的科技創(chuàng)新體系:

技術(shù)普及與文化變革并重

農(nóng)村光伏屋頂?shù)拈_發(fā)未來(lái)將貢獻(xiàn)1/4發(fā)電量

實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)背后的能源革命,涉及能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)改變,核心是用可再生能源替代化石能源。江億用若干具體實(shí)例說(shuō)明碳中和科技創(chuàng)新體系的目標(biāo),其一就是技術(shù)實(shí)際應(yīng)用落地的可行性和能源需求側(cè)的平衡。比如在光電實(shí)際應(yīng)用落地的場(chǎng)景中,多沙漠地帶的西部和中部地區(qū)比東部地區(qū)、農(nóng)村比城市有更大范圍的安裝空間,但東部和城市地區(qū)是我國(guó)用電重負(fù)荷地區(qū),因此現(xiàn)階段我國(guó)部署光伏的策略仍然以東、中部地區(qū)為主,但是可以通過(guò)技術(shù)革新更充分利用有限空間,增加資源開發(fā)量。

按照衛(wèi)星云圖的AI解析結(jié)果來(lái)看,中國(guó)廣大的農(nóng)村屋頂,可以安裝的太陽(yáng)能光伏,按照20%的發(fā)電效率算,能裝20億千瓦,一年發(fā)電量能達(dá)到3萬(wàn)億度電(2019年中國(guó)總電力為7.5萬(wàn)億度),中國(guó)到2035年全面電氣化,每年預(yù)計(jì)需要12萬(wàn)億度電,農(nóng)村光伏屋頂?shù)拈_發(fā),未來(lái)將占比發(fā)電量的1/4。

從“源隨荷變”到“荷隨源變” 的供給側(cè)改革

其二是可再生能源供給側(cè)和需求側(cè)的平衡,改進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)以解決電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的矛盾。當(dāng)前,自然發(fā)電的供給側(cè)與實(shí)際生產(chǎn)生活方式形成的需求側(cè)的電量曲線并不匹配,因此挖掘儲(chǔ)能潛力,成為碳中和科技創(chuàng)新的重要目標(biāo)之一。已有的儲(chǔ)能手段包括蓄水儲(chǔ)能、以蓄電池為代表的化學(xué)儲(chǔ)能和氫儲(chǔ)能,是典型的“源隨荷變”思路,“末端用電多少,高低電場(chǎng)得跟著調(diào),跟著改變發(fā)電量。”江億認(rèn)為,基于電源側(cè)發(fā)電的不可控性,未來(lái)應(yīng)該提倡“荷隨源變”的解決思路,“有電我多用,沒電我少用,這叫作需求側(cè)響應(yīng)”。

以電動(dòng)汽車的技術(shù)發(fā)展為例,過(guò)去的電動(dòng)汽車強(qiáng)調(diào)賣點(diǎn)為“充電十分鐘,里程一千公里”,不僅在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上存在困難,而且會(huì)對(duì)電源側(cè)的電網(wǎng)造成極大負(fù)擔(dān),與零碳目標(biāo)相去甚遠(yuǎn);而現(xiàn)在倡導(dǎo)的發(fā)展思路是采用智能充電樁,根據(jù)太陽(yáng)能變化電的產(chǎn)出情況進(jìn)行充電。顏河進(jìn)一步細(xì)化補(bǔ)充了未來(lái)在普及電動(dòng)汽車基礎(chǔ)上,廣泛應(yīng)用智能電力系統(tǒng)可能解決“源”與“荷”的矛盾:在日常生活、工作期間,閑置的電動(dòng)汽車在接入智能充電樁的同時(shí)實(shí)際接入了系統(tǒng)電網(wǎng),在電源側(cè)充足時(shí)可以為電動(dòng)汽車充電,電源側(cè)不足則不充或從電動(dòng)汽車中反向充電,反補(bǔ)電力系統(tǒng)。“未來(lái)如果有3億輛電動(dòng)小汽車,一輛車50度電,50千瓦時(shí)的儲(chǔ)電量,3億輛就是150億度電。未來(lái)中國(guó)風(fēng)電、光電要出7萬(wàn)億到8萬(wàn)億,以7.5萬(wàn)億為例,一年350天,一天250億度電,就能儲(chǔ)150億度電,從而可以把光電風(fēng)電的電量充分利用起來(lái)。”

“光儲(chǔ)直柔”,讓建筑更節(jié)能

同理,未來(lái)的建筑也可以借由建筑材料的革新,成為儲(chǔ)能放能的具體單元。根據(jù)江億的介紹,現(xiàn)在推廣建筑的新型配電方式目標(biāo)為“光儲(chǔ)直柔”:“‘光’是光伏,‘儲(chǔ)’是建筑物里的儲(chǔ)能,‘直’是建筑物里配電要改成直流配電,柔是‘光儲(chǔ)直’三者的最終目的,實(shí)現(xiàn)柔性用電,或者叫做柔性負(fù)載。”根據(jù)電源側(cè)的情況,電源側(cè)有電則儲(chǔ)電,無(wú)則供給反補(bǔ)電源側(cè)或自行使用儲(chǔ)蓄的電能,緩解發(fā)電和用電之間的矛盾。而現(xiàn)階段有機(jī)光伏材料的發(fā)展很有可能讓這種設(shè)想成為現(xiàn)實(shí)。相比于無(wú)機(jī)材料(如硅),有機(jī)光伏材料更加柔軟,能夠?qū)㈦娹D(zhuǎn)化為光,在未來(lái)有望作為建筑材料完成發(fā)電和放電的功能;同時(shí),相比于現(xiàn)在的硅材料,有機(jī)光伏材料有更豐富的顏色,可以更好地滿足人們的審美需求;還具備一定的可調(diào)節(jié)透明度,能根據(jù)需求過(guò)濾一定的陽(yáng)光光線,更好地適應(yīng)城市建筑場(chǎng)景需求。

騰訊作為產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一部分,2013—2015年就開始探索光伏太陽(yáng)能技術(shù)應(yīng)用于智慧建筑領(lǐng)域。而顏河教授提到的有機(jī)光伏材料,以及江億院士的農(nóng)村屋頂光伏鋪設(shè)思路,恰好能解決萬(wàn)超提到的轉(zhuǎn)化率低以及建筑體的(采光、通風(fēng)、美觀等)生動(dòng)匹配難題。

全新的用電文化,促成真正的能源革命

在此基礎(chǔ)上,江億提倡一種全新的用電文化以實(shí)現(xiàn)“荷隨源變”的技術(shù)邏輯:相比于過(guò)往投入大成本以蓄電儲(chǔ)能的思路解決需求側(cè)的用電需求,未來(lái)還應(yīng)進(jìn)一步鼓勵(lì)用戶盡可能多用直接消納,“跟著太陽(yáng)走,直接消納光電,盡可能少給電力系統(tǒng)調(diào)峰增加負(fù)擔(dān)”。其次,在發(fā)電成本與用戶貢獻(xiàn)上,逐漸引導(dǎo)用戶形成“自助餐”的理解方式:相比于通過(guò)技術(shù)手段強(qiáng)調(diào)用戶貢獻(xiàn),用戶接受“用戶電價(jià)為定額,但用戶用電量存在差異”更有利于在更大范圍內(nèi)新能源的推廣。上述技術(shù)邏輯的應(yīng)用和用電文化的形成將會(huì)促成真正的能源革命:在技術(shù)落地的情況下,從建筑到衣服面料等材料均可利用太陽(yáng)能發(fā)電,用戶也得以從原本依賴于集中式管理到可能的自主分布式管理,從而發(fā)展出高度分布性自適應(yīng)的能源使用方式。

科技企業(yè)如何助力碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

中國(guó)設(shè)立長(zhǎng)期碳中和目標(biāo),無(wú)論對(duì)于中國(guó)還是世界都具有劃時(shí)代的積極意義。但作為全球第一排放大國(guó),實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)仍然任重道遠(yuǎn),因此亟須多方主體共同參與。科技企業(yè)因其自身社會(huì)責(zé)任與技術(shù)優(yōu)勢(shì),需要運(yùn)用技術(shù)手段幫助自身、用戶以及供應(yīng)鏈更好地實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。

司曉院長(zhǎng)表示,騰訊可以提供實(shí)踐的一個(gè)場(chǎng)景。用電文化的培養(yǎng)是非常重要的。前不久騰訊提出,要把可持續(xù)社會(huì)價(jià)值的創(chuàng)新作為公司新的戰(zhàn)略方向,也為此先期投入500億,其中很重要的方向之一就是碳中和。碳中和除了騰訊自身建筑物以及比較大的IDC計(jì)算部分的碳中和之外,更重要的是,作為是離用戶最近的產(chǎn)品,微信、QQ都是覆蓋上十億的用戶,如何在用電文化乃至能源革命方面起到助力,三位嘉賓也給出了自己的建議。

在未來(lái),科技企業(yè)促進(jìn)能源革命可以從以下方向努力:

其一是人工智能技術(shù)的應(yīng)用,助力實(shí)現(xiàn)“自調(diào)節(jié)、自融合、自適應(yīng)”的能源使用方式。江億認(rèn)為,人工智能技術(shù)一大重要應(yīng)用場(chǎng)景,就是識(shí)別電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的用電規(guī)律,為用戶提供個(gè)性化的、優(yōu)化的充放電方案。

萬(wàn)超也贊同這一觀點(diǎn),并給出了具體的實(shí)踐路徑:以云端、大數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)工具,將建筑里的數(shù)據(jù)集合起來(lái)做相應(yīng)的AI計(jì)算與分析,更深入地學(xué)習(xí)用戶的用電習(xí)慣后,提供優(yōu)化策略,最后下載到本地,實(shí)現(xiàn)本地化控制。

其二是企業(yè)內(nèi)部用電方式的改進(jìn)。顏河認(rèn)為,可以將科技企業(yè)耗電量大的計(jì)算設(shè)備直接放置在光伏發(fā)電較為充裕的位置,降低運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的耗能。同時(shí)綜合運(yùn)用人工智能技術(shù),合理安排計(jì)算設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率:在電量充足的時(shí)候充分運(yùn)轉(zhuǎn),在電量有限時(shí)采用部分運(yùn)作的方式。江億提出科技企業(yè)可以首先從辦公大樓的應(yīng)用場(chǎng)景增加光電、風(fēng)電等新能源的消納,比如停車場(chǎng)內(nèi)聯(lián)動(dòng)管理智能停車樁,或是在大樓內(nèi)率先安裝蓄能電池,提倡電能的使用。

其三是通過(guò)科技企業(yè)的影響力,引導(dǎo)用戶逐漸形成新的用電文化。司曉舉例說(shuō),比如在社交產(chǎn)品上增加“綠色用電指數(shù)”,引導(dǎo)用戶在波峰波谷時(shí)更合理用電;或者通過(guò)類似于碳積分,如碳足跡的量化計(jì)算,讓用戶感知到每一次用電動(dòng)作對(duì)碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的貢獻(xiàn),比如把閑置的車輛放在智能充電樁上的時(shí)候,實(shí)際上就是在為智能電網(wǎng)作貢獻(xiàn)。




責(zé)任編輯: 江曉蓓

標(biāo)簽:碳中和