中国工程院院士江亿：电气化是建设零碳能源系统的关键

　　江亿认为，推进“双碳”工作，首先应将最主要力量放在新型电力系统的建设上。

　“在我看来，低碳发展实际就是一场能源革命，把现在以燃煤等化石能源为主的碳基能源系统转换为以可再生能源为主的零碳能源系统。其中，包括建设新型电力系统、零碳热力系统、工业生产流程再造等具体内容，每一项又包括很多子任务。”在近日举行的2022绿色转型与高质量发展国际研讨会上，中国工程院院士、清华大学建筑节能研究中心主任江亿讲述了他对“双碳”的思考。

　　江亿认为，推进“双碳”工作，首先应将最主要力量放在新型电力系统的建设上。“这也是能源革命的中心任务，不是说一下子铺开、一窝蜂上马，而要坚持先立后破，只有建立起可靠的新能源供给，才能停掉原系统。其过程非但不会影响能源安全供应，反过来还要带动大量新兴产业，促进国民经济发展。”

　　零碳系统需解决供需不匹配问题

　　如何稳步有序推进?江亿表示：“我们看得见的零碳能源，包括水电、核电、风电、光伏发电及生物质能等。这意味着，未来主要一次能源都是电力，而非现在的燃煤、燃油、燃气等燃料。因此，当前面临的重要任务是实现全面电气化，尽可能地利用电力替代燃料。”

　　影响替代的关键，在于零碳电力供给与用电需求之间存在不匹配性。“不同于相对稳定的煤电系统，零碳电力一年到头的供给量并不一样。比如到冬天，水资源较枯竭，光资源比夏天差一大截，水电、光电短缺。一旦遇到连阴天、静风天，旬内日总量还会变化。除了季节差，光伏电力日夜不同，日内逐时变化也是问题。”江亿举例。

　　根据未来能源总需求预测，江亿算了一笔账：当零碳电力系统满足夏季用能需求时，冬季约产生6-7亿千瓦用电缺口。若以风光装机填补，对应新增近10万亿元初投资，此外还会埋下夏季弃风弃光的隐患;如果大上储能装置，春夏储、冬季用，以当前技术来看，转换效率低，初投资也要增加近10万亿元。换言之，上述方式并不现实。

　　“解决季节差，可保留部分火电用于冬季补缺。其他季节出现电力短缺时，其也能作为供电保障。”江亿提出解决方案。不过，这些火电不是只烧煤，建议燃煤、燃气和生物质燃料各占1/3。由此产生的二氧化碳，再通过碳捕集封存与利用技术进行回收。“北方调峰火电在冬季运行，恰好排放大量余热，同时还能作为供热热源。”

　　大比例风光发电带来的日内逐时供需差，则可通过储能方式解决。其中，水电和抽水蓄能电站可解决约20%的问题，其余依靠电化学储能，以及终端柔性用电方式。

　　电动汽车在未来系统中大有可为

　　终端柔性用电方式指什么、如何用?在江亿的构想中，可采用“建筑+充电桩+电动汽车”的模式。按照到2035年，全国约有3亿辆电动汽车，每辆车有50-100度电的电池容量计算，加起来平均对应30亿千瓦的调峰能力，进而可解决60%-70%的调蓄能力。

　　“有人说车在路上跑，怎么拿来储能?要让电动汽车充分铺开、真正发挥作用，前提是由目前的单向充电，转为双向充放电服务，需要建设覆盖合适的充电桩网络。停车场一位一桩、即插即停，车主停下即可接上充电，保持车载电池与电网的连接。是否充电、甚至反向放电，是根据电网供需关系而决定，电池就成了很好的储电资源。”江亿表示，电动汽车还能与建筑搭载，后者本身也具备一定的电力调蓄能力。二者优化组合，在未来电力系统中潜力巨大。

　　新问题接踵而至——如何接入这些柔性用电资源?江亿进一步提出“光储直柔”的理念。光和储分别是指分布式光伏和分布式储能，作为建筑配用电系统组成部分;“直”是指建筑配用电网的形式发生改变，由传统交流配电网改为低压直流配电网;“柔”说的是建筑用电设备可中断、可调节，使建筑用电需求从刚性变为柔性。

　　“不是简单组合，而是有机融合构成一个整体，集发电、用电、储电和调节功能为一体，实现建筑与电网之间的友好互动。建筑也将随之由单一的消费者变成能源电力产消者。”江亿解释称，风、光发电多即多用，并蓄存多余电力;遇到发电少、不发电时，靠蓄电装置、电动汽车的电池和负载调节维持建筑运行。由此，构成一个容量巨大的分布式虚拟蓄能系统，平衡电源与需求变化。

　　应重视农村新能源系统建设

　　谈及新型电力系统，江亿还提出一个关键问题：风电、光伏发电属于低密度能源，空间利用密度只有约100瓦/平方米，大规模安装空间何在?

　　西北地区风、光资源较好，未利用地多，但项目全部建设在此，长途输送成本高。河西走廊空间狭窄，不能容纳大量千万千瓦输电线路，也难以利用风光电变化与负荷侧需求变化的一致性来减缓日内调蓄压力。“事实上，我们不能忽视中东部的负荷密集区。在这些寸土寸金的区域，不仅能在屋顶安装光伏，建筑立面也可考虑。再加上海上风电，以及城市100公里以外周边地区适当布局集中风电、光电项目。”江亿称。

　　在江亿看来，另一空间资源出自农村。“充分开发利用农村各类闲置屋顶资源，发展光伏发电项目，户均装机容量至少在20千瓦以上。其发电量可满足农户炊事、采暖等生活用能，及农机具、交通工具等用电需求，如有余量还能公用或送电上网。”

　　江亿表示，构建新型电力系统，农村新能源系统的建设不可忽视。“随着拖拉机、插秧机等农业机械逐步电气化，我们还可以发展标准化的电池及换电方式。这些农机不是天天使用，既是用电设备也是蓄能装置，每户配备两三组电池，相当于拥有了60千瓦时以上的蓄电池。哪台设备需要，直接安装电池即可，不用时则作为家庭储能单元。”

　　值得注意的是，农村丰富的生物质资源亦有零碳属性。“待全面电气化后，生物质资源不再大量自用，即可商品化进入能源市场。例如，林业枝条、玉米秸秆加工成小颗粒，作为燃料清洁高效利用;湿的垃圾、粪便先制成沼气，再变身高质量燃气。加工后的生物质燃料既能存储、也好运输，便于使用，进而成为零碳能源系统的组成部分。”（朱妍）