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杨裕生院士:大力发展可再生能源,实行全民节能减排

日期:2021-04-20    来源:电力行业节能环保公众服务平台

国际节能环保网

2021
04/20
08:42
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关键词: 可再生能源 碳中和 节能减排

“二氧化碳排放力争于2030年达到峰值,努力争取2060年实现碳中和”,是我国提出的两个阶段碳减排奋斗目标(以下简称“双碳”战略目标)。实现这一目标,必须以科技创新为先导。这就为科技创新提供了广阔的空间,广大科技人员要乘势而上、选准目标、奋力攻关。

目前,我国正处于高质量发展阶段,化石能源的消耗还将不断增长,未来一个阶段内二氧化碳排放势必继续增长。我们必须进行艰苦的努力,才能够在2030年实现“碳达峰”。2060年的任务则更为艰巨,要将生产、生活所产生的二氧化碳全部消除,才能达到二氧化碳产生量和消除量的平衡。

在大量使用化石能源且能源消耗不断增长的条件下,2030年二氧化碳排放要达到峰值必须从三方面努力:大力发展可再生能源、减少化石能源使用、实行全民总动员的节能减排。而要想在2060年前实现碳中和,还要着力开辟新的清洁能源。

大力发展可再生能源

大力发展可再生能源是首要措施。我国水力资源要充分利用,但潜力有限。风能、光伏发电将是主要能源,同时要因地制宜建设裂变核反应堆、地热等清洁能源发电,利用潮汐能等能源。

风能、光伏、潮汐等间歇式发电和恒定功率的核能,都必须以储能调节。未来10年要发展12亿千瓦可再生能源,如以10%的储能功率、储能6小时相配合,就需建7.2亿千瓦·时容量的储能电站,或720座1吉瓦时储能电站。储能电站建设费用如以平均1400元/千瓦·时计,需投资1万亿元。分布式储能费用也许还要更高。可见,储能机遇很大,担子也很重。

储能技术路线百舸争流、各有所长,应允许在竞争中发展。储能是商业行为,必须讲究经济效益。决定经济效益的因素有建设投资、使用寿命、能量转换效率、设备利用深度、电进价、电出价和运行费用等,其中与储能技术设备相关的是前四项。

对于建设投资,抽水蓄能电站不断涨价至每千瓦七、八千元;化学电源不断降价至每千瓦·时千元上下,以6小时蓄电容量计算的造价并不高于抽水蓄能。抽水蓄能优势在运行寿命长,分摊到每度电的成本要比电池储能约低一半。但抽水蓄能能量转换效率仅约75%,电池则高达80%(液流电池)、85%(铅炭电池)乃至90%以上(磷酸铁锂锂离子电池),能量转换效率高的投资回笼快。何况,电池还可不受地域限制,规模可大可小。所以,两者综合优势已不相上下。对于能量转换效率约为60%的物理储能技术,可以展开研究,但想实用就要认真掂量经济效益。

规模储能对于电池而言,是近年来才遇到的新课题,但需求发展势头很猛,形势喜人。电池新体系(正极、负极、电解质的组合)变化多端,层出不穷,前途不可限量。我们倡导集成液流电池、铅炭电池、锂离子电池三者优点的长寿命、高安全、低成本的储能专用水系电池,这是一项世界性、世纪性难题,已不乏电化学界仁人志士刻苦攻关,相信假以时日定有颠覆性进展,必将对2030年实现“碳达峰”做出更大贡献。

在大力发展可再生能源的同时,也要减少化石能源的使用,这不存在重大技术难题,主要取决于政府的决心,要制定坚定、可行的政策,消除习惯性和地方保护主义。如停止建造燃煤电厂、逐步提高排放税、加速试点碳排放权和碳汇交易并及早实行等。

除了政策,补贴力度也要恰当,奖补要与惩罚并施。我国光伏发电和电动汽车发展中的补贴实践证明,过度、单纯的补贴弊多利少,该教训应该充分汲取。

实行全民节能减排

实行全民总动员的节能减排首先要做到节能减排思想家喻户晓、深入人心、付诸行动、持之以恒,大打一场持久的节能减排人民战争,纠正陈年积累的浪费能源的观念、习惯、误解;要在全社会树立强烈的“节省能源、减少排放为荣,浪费能源、任意排放为耻”的风尚。

我国工业节能潜力很大,研究各行业工业节能技术大有可为。

汽车是耗能、排放大户,节能减排潜力很大。为此笔者提出十项具体措施:一要进行全民宣传教育,改变落后观念,不以高档、豪华车显示经济和社会地位,而以坐小车、乘节能车为荣。二要加重燃油税和高档车消费税。三要按高速公路限速对汽车设计提出最高行驶速度限制,削除以发动机功率为首的冗余设计。四要对汽车生产、使用、维修、报废处置全过程进行系统排放计算,对其二氧化碳排放总量提出相应的鼓励、惩罚政策。五要排除“不用油就等于节能减排”的肤浅观念,发展全过程最节能减排的电动汽车技术。六要大力研究、使用能量转换效率高的内燃机,使燃油车节能减排立竿见影。七要将内燃机与电池并联组合,可以达到最佳的节能减排效果,应大力发展此纯电驱动的增程式电动车。八要停止生产、销售假节能减排的插电式“混合电动车”。九要鼓励夜间充电和慢速充电、尽量避免快速充电,以提高电能利用效率。十要鼓励充电站同建蓄电站,夜蓄昼充,削峰填谷。

有种观点认为“可再生能源发的电是零排放”。实际上,在目前以煤为主要能源的情况下,风力和光伏等可再生能源发电并不是零碳排放,这些发电设备的制作、用材、安装、维护、报废都很耗能,这些过程中的二氧化碳排放量都应分摊到所发的每一度电上。

所以,要树立全生命周期二氧化碳排放和减排的观念,认真计较每项技术全过程的“净减排”。

着力开辟新的能源

“碳中和”是要将生产、生活中产生的二氧化碳全部消除,确保不再增加大气中二氧化碳含量。除要继续加大力度实施前文所述的节能减排外,还要着力开辟新的清洁能源,消除产生的二氧化碳。

聚变能发电有可能在2060年前实现,生产这种清洁能源有利于减排二氧化碳。最易发生聚变反应的是氘与氚的聚合,氘可自水中提取,氚可用锂-6在堆中子作用下产生,将天然锂中锂-6分离后的大量锂-7用于锂离子电池,不会影响电池性能,锂-6、锂-7“各尽所能”。为此,要发展廉价、低耗能的水中提氘技术和锂同位素分离技术。

当汽车的发动机全部使用生物柴油或生物乙醇时,在汽车行驶阶段就可以基本实现“碳中和”。因此,要大力发展各种生物乙醇、生物柴油生产技术和产业。秸秆规模转化和甜高粱种植利用等工程技术问题应列入发展计划,还要培育高产油料作物。

消除或转化二氧化碳

森林能够大量吸收二氧化碳。我国西北地域辽阔,碳汇价值巨大,但是缺水。如从西藏每年引水200亿立方米到新疆植树造林,将对“碳中和”作出巨大贡献,还能改变西北气候。这是一项十分艰巨的工程,涉及许多科学技术问题,因此要及早展开前期研究。从横断山脉诸大江引水的南水北调西线工程要加速建设,除缓解黄河流域工业、生活用水紧张外,还可适当加大调水量,为造林(特别是内蒙)供水。在全国各地普遍加强植树绿化,对提升生态系统碳汇能力也有贡献。

向地下埋藏二氧化碳已有相关研究。这不仅是一项很耗能的技术,还要解决二氧化碳“地下固定化”问题,并不是简单的物理性储存,要谨防地质变化造成“潘多拉魔盒打开”式的灾难。

用化学法转化二氧化碳为能源材料或其它有机物也已有研究。转化需要能量,应该追求高能效(即低能耗,也就是低排放)转化技术,在开题时就该认真论证、比较。例如,用光化学法转化二氧化碳为甲醇,是一个6电子还原反应,直接转化的效率极低,而得副产物甲酸、甲醛为主,总效率也仅百分之几。现在实用的光伏发电转换效率已达20%(还将进一步提高),发展其它电转化技术路线(如电解还原二氧化碳、电解水制氢-氢与二氧化碳化合等),可能会有更高的转换效率。总之,要充分论证、比较这些技术路线的能量转换效率和经济可行性。

二氧化碳埋藏或转化,都涉及其回收和浓集。要发展适用于大规模浓集二氧化碳的低排放、低成本技术,吸附—解吸等物化原理可待利用。


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