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碳中和目標下,如何實現能源轉型?

2021-9-23 15:05 來源: 中國科學院院刊 |作者: 黃震、謝曉敏

從能源需求側看未來能源變革


在能源需求側,要加快實現能源利用的高效化、再電氣化和智慧化。

1. 高效化

能源利用高效化、節能減碳是碳達峰、碳中和最基礎的重要工作。2012?年以來我國單位?GDP?能耗累計降低?24.4%,明顯高于全球平均降速;但是,值得注意的是?2019?年我國單位?GDP?能耗仍高于全球平均水平?50%,是英國、日本的?3?倍左右?,節能減碳潛力可觀。我國要加大節能、節水、節材、減碳等先進技術研發和推廣力度,全面推進電力、工業、交通、建筑等重點領域節能減碳;加快對電力、鋼鐵石化化工有色金屬、建材等高耗能、高碳排放行業企業,以及交通運輸車輛設備和公共建筑,實施節能和減碳技術改造,以降低單位?GDP?能耗和碳排放強度。

2. 再電氣化

再電氣化是指在傳統電氣化基礎上,實現基于零碳電力的高度電氣化;未來碳中和社會的能源一定是圍繞零碳電力展開的。2018?年全球電氣化水平即電能占終端能源消費的比重僅為?19%,我國為?25.5%,預計?2050?年全球電氣化水平將高于?50%。在加速零碳電力供給的基礎上,加快工業、建筑、交通等領域的再電氣化,這是提高能源利用效率、實現能源利用脫碳和零碳的重要途徑。

3. 智慧化

智慧化是通過互聯網、物聯網、人工智能、大數據、云技術等信息與控制技術,將人、能源設備及系統、能源服務互聯互通,使電源、電網、負荷和能源存儲深度協同,實現能源流與信息流的高度融合。

把多種多樣的分布式發電源和海量的負荷通過網絡構架起來,給每個單元賦予智能,實現能源生產、交易、利用的高效化,以及能源基礎設施的共享,這是提高能源利用效率、最大限度就地消納可再生能源的重要手段。區塊鏈技術使數據或信息具有“全程留痕”“可以追溯”“公開透明”“集體維護”等特征,將改變能源系統生產和交易模式,實現點對點新能源生產、交易、基礎設施共享。例如,未來人們通過手機應用程序(APP)就能方便地把自家屋頂多余的光伏電賣給附近需要給電動汽車充電的陌生人,這種點對點的交易系統使能源系統中各節點成為獨立的產消者。

4. 能源發展大趨勢

面向碳中和的能源發展大趨勢是通過能源變革,大力推進能源供給側的電力脫碳與零碳化、燃料零碳化,以及能源需求側的能源利用高效化、再電氣化和智慧化。化石能源尤其是煤炭將轉變為保障性能源,通過?CCUS?實現化石能源凈零碳排放,同時穩步發展核電;在此基礎上,構建以新能源為主體、“化石能源+CCUS”和核能為保障的未來清潔零碳、安全高效能源體系。

在能源生產形式上,將從現有電力系統自頂向下的樹狀結構(發電—輸電—配電—用電)走向扁平化、大量分布式能源自治單元之間相互對等互聯的結構。這種能源互聯使可再生能源分層接入與消納得以實現,構建以新能源為主體的新型電力系統。

在能源生產和消費的主體上,將從能源生產者、消費者互相獨立轉變為能源產銷者一體。隨著分布式能源系統和智能微網、局域網技術的日益成熟及電動汽車普及,電網中分散電源和有源負荷將不斷增長,每一個建筑物轉化為微型發電廠,原本需求側的用戶將扮演消費者和生產者的雙重角色,成為獨立的能源產消者。

在能源結構上,化石能源從主體能源逐步轉變為保障性能源,在一次能源消費中的占比將大幅降低,可再生能源從補充能源變為主體能源,比例會持續大幅度提高。能源利用從高碳走向低碳,最后走向零碳能源的時代,這種變化將是革命性和顛覆性的。

結論

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