中國工程院院士江億：電氣化是建設零碳能源系統的關鍵

　　江億認為，推進“雙碳”工作，首先應將最主要力量放在新型電力系統的建設上。

　“在我看來，低碳發展實際就是一場能源革命，把現在以燃煤等化石能源為主的碳基能源系統轉換為以可再生能源為主的零碳能源系統。其中，包括建設新型電力系統、零碳熱力系統、工業生產流程再造等具體內容，每一項又包括很多子任務。”在近日舉行的2022綠色轉型與高質量發展國際研討會上，中國工程院院士、清華大學建筑節能研究中心主任江億講述了他對“雙碳”的思考。

　　江億認為，推進“雙碳”工作，首先應將最主要力量放在新型電力系統的建設上。“這也是能源革命的中心任務，不是說一下子鋪開、一窩蜂上馬，而要堅持先立后破，只有建立起可靠的新能源供給，才能停掉原系統。其過程非但不會影響能源安全供應，反過來還要帶動大量新興產業，促進國民經濟發展。”

　　零碳系統需解決供需不匹配問題

　　如何穩步有序推進?江億表示：“我們看得見的零碳能源，包括水電、核電、風電、光伏發電及生物質能等。這意味著，未來主要一次能源都是電力，而非現在的燃煤、燃油、燃氣等燃料。因此，當前面臨的重要任務是實現全面電氣化，盡可能地利用電力替代燃料。”

　　影響替代的關鍵，在于零碳電力供給與用電需求之間存在不匹配性。“不同于相對穩定的煤電系統，零碳電力一年到頭的供給量并不一樣。比如到冬天，水資源較枯竭，光資源比夏天差一大截，水電、光電短缺。一旦遇到連陰天、靜風天，旬內日總量還會變化。除了季節差，光伏電力日夜不同，日內逐時變化也是問題。”江億舉例。

　　根據未來能源總需求預測，江億算了一筆賬：當零碳電力系統滿足夏季用能需求時，冬季約產生6-7億千瓦用電缺口。若以風光裝機填補，對應新增近10萬億元初投資，此外還會埋下夏季棄風棄光的隱患;如果大上儲能裝置，春夏儲、冬季用，以當前技術來看，轉換效率低，初投資也要增加近10萬億元。換言之，上述方式并不現實。

　　“解決季節差，可保留部分火電用于冬季補缺。其他季節出現電力短缺時，其也能作為供電保障。”江億提出解決方案。不過，這些火電不是只燒煤，建議燃煤、燃氣和生物質燃料各占1/3。由此產生的二氧化碳，再通過碳捕集封存與利用技術進行回收。“北方調峰火電在冬季運行，恰好排放大量余熱，同時還能作為供熱熱源。”

　　大比例風光發電帶來的日內逐時供需差，則可通過儲能方式解決。其中，水電和抽水蓄能電站可解決約20%的問題，其余依靠電化學儲能，以及終端柔性用電方式。

　　電動汽車在未來系統中大有可為

　　終端柔性用電方式指什么、如何用?在江億的構想中，可采用“建筑+充電樁+電動汽車”的模式。按照到2035年，全國約有3億輛電動汽車，每輛車有50-100度電的電池容量計算，加起來平均對應30億千瓦的調峰能力，進而可解決60%-70%的調蓄能力。

　　“有人說車在路上跑，怎么拿來儲能?要讓電動汽車充分鋪開、真正發揮作用，前提是由目前的單向充電，轉為雙向充放電服務，需要建設覆蓋合適的充電樁網絡。停車場一位一樁、即插即停，車主停下即可接上充電，保持車載電池與電網的連接。是否充電、甚至反向放電，是根據電網供需關系而決定，電池就成了很好的儲電資源。”江億表示，電動汽車還能與建筑搭載，后者本身也具備一定的電力調蓄能力。二者優化組合，在未來電力系統中潛力巨大。

　　新問題接踵而至——如何接入這些柔性用電資源?江億進一步提出“光儲直柔”的理念。光和儲分別是指分布式光伏和分布式儲能，作為建筑配用電系統組成部分;“直”是指建筑配用電網的形式發生改變，由傳統交流配電網改為低壓直流配電網;“柔”說的是建筑用電設備可中斷、可調節，使建筑用電需求從剛性變為柔性。

　　“不是簡單組合，而是有機融合構成一個整體，集發電、用電、儲電和調節功能為一體，實現建筑與電網之間的友好互動。建筑也將隨之由單一的消費者變成能源電力產消者。”江億解釋稱，風、光發電多即多用，并蓄存多余電力;遇到發電少、不發電時，靠蓄電裝置、電動汽車的電池和負載調節維持建筑運行。由此，構成一個容量巨大的分布式虛擬蓄能系統，平衡電源與需求變化。

　　應重視農村新能源系統建設

　　談及新型電力系統，江億還提出一個關鍵問題：風電、光伏發電屬于低密度能源，空間利用密度只有約100瓦/平方米，大規模安裝空間何在?

　　西北地區風、光資源較好，未利用地多，但項目全部建設在此，長途輸送成本高。河西走廊空間狹窄，不能容納大量千萬千瓦輸電線路，也難以利用風光電變化與負荷側需求變化的一致性來減緩日內調蓄壓力。“事實上，我們不能忽視中東部的負荷密集區。在這些寸土寸金的區域，不僅能在屋頂安裝光伏，建筑立面也可考慮。再加上海上風電，以及城市100公里以外周邊地區適當布局集中風電、光電項目。”江億稱。

　　在江億看來，另一空間資源出自農村。“充分開發利用農村各類閑置屋頂資源，發展光伏發電項目，戶均裝機容量至少在20千瓦以上。其發電量可滿足農戶炊事、采暖等生活用能，及農機具、交通工具等用電需求，如有余量還能公用或送電上網。”

　　江億表示，構建新型電力系統，農村新能源系統的建設不可忽視。“隨著拖拉機、插秧機等農業機械逐步電氣化，我們還可以發展標準化的電池及換電方式。這些農機不是天天使用，既是用電設備也是蓄能裝置，每戶配備兩三組電池，相當于擁有了60千瓦時以上的蓄電池。哪臺設備需要，直接安裝電池即可，不用時則作為家庭儲能單元。”

　　值得注意的是，農村豐富的生物質資源亦有零碳屬性。“待全面電氣化后，生物質資源不再大量自用，即可商品化進入能源市場。例如，林業枝條、玉米秸稈加工成小顆粒，作為燃料清潔高效利用;濕的垃圾、糞便先制成沼氣，再變身高質量燃氣。加工后的生物質燃料既能存儲、也好運輸，便于使用，進而成為零碳能源系統的組成部分。”（朱妍）