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【新春第一课|第六讲】:什么是产业的高质量发展?——主讲人:杜祥琬

双碳目标和风、光创新发展

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 本期课程主讲人:

杜祥琬 “两弹一星”核心科学家、中国工程院院士、国家能源咨询专家委员会副主任

以下为课程实录:

大家都知道,我们国家向全世界提出了我们的碳达峰、碳中和这两个目标的战略意义我先说几句。我们要认清了中国的能源资源禀赋,就知道该立什么,我们才能先立后破。我们下面会加以解释。

首先碳达峰碳中和这个目标的战略意义,应该说它是应对气候变化的国策,包括国内外两个大局。碳达峰碳中和也是2004 年国家提出来能源革命,这两个里程碑。能源变革是人类文明形态进步的基础,现在就要碳达峰碳中和来引领我们国家,逐步地走向生态文明这样一个地步,属于引领我国基石的实施低碳转型,经济社会发展的战略目标,就是碳达峰碳中和,它可以促进新型的、高质量的、可持续的发展。它的意义主要就这个。

下面的第二部分我们就说一说,主要说一说风电和光电的发展的几点思考。我先说说对于未来能源的一点认识。

我们可以从物理概念上来说,未来能源就是核聚变。大家可能问怎么可以这样说?我们可以把这个东西分解成两块。

一块是太阳上,我们叫做太阳能,我们感受到太阳能,而它的物理本质就是太阳上的核聚变。我们接受到的太阳能,包括我们现在能够光伏发电,光热发电,还能太阳能热利用,还有风能、生物质能,都来自于太阳能。这就是它的物理本质核聚变。再加上我们现在正在地球上做所谓“人造太阳”,也就是受控核聚变,受控核聚变现在正在这做,正在取得进展,本世纪应该能够突破。

说到这个地方我要稍微说一下,最近美国人提出来他们发布了,还说得挺郑重其事的,说他们的激光核聚变取得了增益。进去 2 个MJ出来 3 个MJ,这样,进去 2 个百万焦耳,出来 3 个百万焦耳。它这个是一个进展是一个研究进展。但是它离受控核聚变,第一它概念上不是一回事,因为它做激光核聚变,它使用很大量的激光。它 2 个百万焦耳进去,这 2 个百万焦耳哪来的?是外面一个足球场那么大的一个装置,这其中要花多少能量?花 300 个百万焦耳,最后出来 2 个百万焦耳,这样进去以后出来 3 个百万焦耳。他光说了最后这一步,它算是增益了。其实“点火”刚有一点增益,离激光核聚变本来的目标是要产生高增益,比如它现在增益的刚一倍还不到这样子。

我们要目标是核聚变,激光核聚变它增益要上百比如说。但是这样也还是为了激光核聚变,研究它的聚变物理。研究物理它还不能够,因为它整个要花 300 个百万焦耳的能量,才产生了 2 个百万焦耳,然后打到聚变球上,产生了 3 个百万焦耳。它是这样一个过程,要说清楚,这个跟可控利用核聚变这个目标还很远,而且它概念也还是不太一样的。

所以我们在这要是把这件事情说清楚。当然它要拿能源来说事,这是可以理解的,我们要往受控核聚变方向走。但是美国人现在宣布的进展,并不是受控核聚变,而是它的激光核聚变的,最后一步的增益。

从总的来说,它的效率还是很低的。刚才我说的它 300 个百万焦耳出来了 2 个百万焦耳,打到聚变球上,聚变产生了 3 个百万焦耳。所以它只是一个进展,但它离激光核聚变,第一不是一个概念,第二,离得还很远。

刚才说到能源资源禀赋,我们认清了我们国家能源资源禀赋,我们才知道先立后破,我们有没有可立的,我们立什么?应该说丰富的可再生能源资源,是我国资源禀赋的重要组成部分。所以发展高比例的可再生能源,资源基础是丰厚的这个是前提。我们要比如发展风能、光能,如果没有资源怎么发展呢是吧?你要发展高比例的风能、光能,它必须有资源它才有基础。我们现在已经开发的风、光,还不到技术可开发资源量的 1/ 10,属于有资源基础,才有转型的前提。这一点我要说清楚,国家的资源禀赋应该说有一个特征,资源禀赋有丰富的可再生能源资源。

那我这里稍微加一句,一说起资源禀赋来,现在有些提法,马上就会想到 6 个字就是“富煤缺油少气”。好像“富煤缺油少气”是中国的能源资源禀赋,这个是就化石能源而言可以说是这样。

但是我们国家能源资源禀赋不光是化石能源,不光是化石能源的“富煤缺油少气,还有非化石能源,特别是可再能源资源。

所以要把可再生能源资源,是我们国家能源资源禀赋的这一部分,这个认识搞清楚了。 中东部的能源发展的思路是“身边取”和“远方来”相结合。首先要身边取,身边就是发展可再生能源资源,实在不够了,再“远方来”,“远方来”什么意思?西电东送可以给你增加一点。

但是主要的部分应该是身边取,从自己身边发展可再生能源资源,这样我们要提高中部和东部的能源,包括电力的自给比例,让我们的东部成为产销者。 这里面我稍微提一下兰考,河南兰考县,它是一个中部的小县城,做了一个试点。这个试点的意义首先在于这一点,它现在只是很初步的了。

但是它证明了,兰考这个地方风能、太阳能的资源并不是十分得丰富,不像我们大西北、新疆、内蒙这样,它是风和光的资源,都是三类地区。但是它风也转起来了,风力风机也装了,也转起来了,风电发起来了,光伏装上去,光伏也发起电来了,再加上储能,风和光,还加上它垃圾发电。当然还有生物质能、地热能等等的,是以兰考 4 年的能源革命试点,它在试点开始的时候,它的电力主要是外来电,就是外来的燃煤发电。

经过这 4 年,它自己能够完全可以依靠可再生能源资源发出的电力,每年发出的总电力的量大于兰考所需要的电力的量。这就很有说服力的。它还要继续往下做了,还有把自发自用做好。但是它现在证明了一点,我们中东部自己身边的可再生能源,把它用好了,发起电来,我自己就可以当产销者。

我就不光是消耗电力,不光是靠着外来电让我来消费,而且我自己可以发电,可以生产,所以它就成了产销者。不光是消费者,而成了产销者。这个概念很重要,我们中国中部和东部的很多地区都可以成为能源的产销者,一个企业甚至一个家庭也可以。如果比如BIPV,就是给你建筑集合好的光伏,你就可以发电,你自己不光用电,还可以发电,就成了产销者。

这个概念是对我们国家是很有意义的。 还有一点就是我们中东部发展,除了“身边来”以外,还有集中式和分布式,或者叫分散式相结合。我们很多像太阳能、风能这样,它本身就适合于分布式的发展,或者分散式的发展。我们要提高分布式的比例。过去我们只有燃煤发电了,所以大家都习惯于一种集中式的。但是以后有了比较多的可再生能源发电,它比较适合用的分布式的比例。不管城乡都是这样。

分布式的比例,从产能建筑。刚才说的BIPV,自己房子上装了光伏,你就不仅用了,而且产能了。不仅从产能建筑,而且可以发展产能社区,发展出来微网概念。譬如我们除了自己用户以外,各种棚子,比如车棚子、车棚子上面也可以放光伏,公路、桥梁都可以跟光伏相结合。这样各种各样的建筑跟光伏相结合,自己就可以发展出来。自己有电源,自己可以做成微网,再加上储能,自己可以做一个自己独立的微网,也可以和大电网相联系。有一个数据,我们全国可以用的建筑面积大概有 200 亿平方米,就可以装 20 亿千瓦的光伏,所以这个是很可观的一个量。

但是我们西部的,咱们西部的有很丰富的风、光、水,我们还是要用好。但是西部能源一部分是可以东送,比如青海到河南的这条青豫线,它就是风、光、水相结合。整个这条线是可再生能源,运送它到河南来的。但是西部风、光、和水资源,它可以用来,主要的应该用来发展西部的产业,发展西部的经济,包括国家所需要的,比如有一些高耗能产业,国家并不是不需要,我们可以把它建在西部。这样既发展了西部的产业经济,又可以利用了西部的可再生能源资源。

譬如数据中心,我们现在提出来东数西算,就是这个意思,这些的数据中心很耗能,它还是很需要的,我们可以利用西部的可再生能源资源就地消纳,这样就是一种西部的集中式的。能源的利用的方式,我觉得是这样两个。

再一点,我们现在风和光,它由于技术进步,成本明显下降,经济性大大地增加了。这十年来风、光的成本下降了,都是百分之好几十,将近百分之百的。现在全国用电量一年是 7. 5 万亿度,风、光现在占到 0. 72 万亿度,还不到 1/ 10 的样子。我们完全可以它现在成本下降以后,可以很快地增长,可以对我们国家的电力做出越来越大的贡献,原来比较贵,现在比较便宜了。

再一点就是风、光要认识到,不管是发展风还是发展光,都是一个产业链条,从风和光来说,风和光是自然的,但是要把它变成电,它都是一个产业链。从前端的材料科学、制造业,譬如要发展风,就是风机,光要发展Solar Cell 光电池,这些都是需要材料,需要制造业,然后才是组件然后才到工程,一直到后端的循环利用。 我要特别强调一下后端的循环利用。我们风机也好,光电池也好,用到一定的年头它都会到期了,到期的它身上含着有很多重要的矿物质,所以要把风机、太阳能电池回收回来,要把其中的重要的一些矿产资源把它回收回来,这样要注意循环利用。这是循环经济的一个新的课题。

做好这样一个整个的产业链,从头到尾的产业链,支撑长远的发展,以核心技术、新科技来争得发展权。我们风和光的企业家们,都会认识到这一点,当然大家马上就会说到风也好,光也好,都有一点靠天吃饭,它有间歇性。而我们社会经济、家庭用能,都需要有一定的稳定,需要有一定的供需平衡。

如何实现供需平衡?我们又要用光,又用电,用风用光,但是又要实现供需平衡,也就是和荷。发电的和负荷如何平衡?这就要把我们的发电这一端再结合电网的智能化灵活性。所以电网要逐步的进一步成为智能电网。我们的能和能的源,要和储能技术和各种灵活性资源调节相结合,要需要加强这方面,这是完全可以做到的,但是我们的实践还不够,现在要加强实践,把源、、荷、储连起来,实现它的价值。这样它的价值必须由这几个相结合,才能得到充分的体现。

刚才说到储能灵活性资源了,我就稍微展开一点,储能灵活性资源有很多种,它适用于不同的场合来用储能和灵活性资源,比如一个是现在我们很多火电,它可以做调峰的一个改造,火电调峰它就是一种灵活性资源,这是一个。再一个物理储能,譬如储水蓄能,用压缩风机储能等等,储冷储热,物理储能是一个手段。

还有化学储能,譬如蓄电池这种储能。这种化学储能电池一般对于每天几个小时之内的波动,比如白天、晚上,这个短周期的储能可以用化学储能,而我们有时候还需要长周期的储能。就是氢储能。比如季节性的,我们很多天没有太阳,或者很多天没有风的情况下,当太阳充足和风大的时候,把它储起来,用制氢把它储存起来。而氢储能,它是可以季节性的储能,可以用于长周期的储能,这是一种。还有管理可以调节,比如利用分时电价的机制,这是一种需求侧管理。这样几种灵活性的资源结合起来,就可以使得我们的风和光能够符合用户,符合经济和社会的需要。 在目前多能互补的条件下,可以通过电力交易市场解决调峰问题。

我再这说一个例子,德国它有一个地方是个弄了很多光电、光伏发电,但是有一次它出现了日全食,日全食这段时间它当然是有预报的了,这段时间就没有光、电,光伏就发不出来电了。

德国事先就准备了一定的电厂,作为备用的应急电源。而且在现在不是提倡数字化,各种电源都要数字化到各个家庭,这样用户可以有大数据提供的各种电力出力的情况的预测,你比如什么时候有光发电,光伏发电,什么时候有风发电,什么时候有煤发电。这样用户可以选择根据您预测情况来选择电源。这种选择电源的作用在于,可以缓解的不光是储能,就不一定都用储能来解决这个问题。有相当一部分就可以用选择备用应急电源来解决这个问题。

我们国家也有一个提法了,国家提出来新能源发电的企业,像风和光的这些企业,为了要实现高质量的出力,可以通过自建或者购买调峰能力,因为我们自己的光、风也是需要调峰的,你可以自己建,也可以购买调峰电力,这样目的就是让你自己发的电,可以成为高质量的出力,这样可以调节自己的光和风的发电就不再是这么间歇性的,而是能够高质量地出力了。经济社会需要的时候出力,把新能源可以做好。

总而言之,实现碳达峰、碳中和,不仅是有路径可操作,而且会带动一系列的技术进步。它会带来新能源、新电力、新工业、新交通、新建筑,带动新的产业、新的经济和生态文明的发展为本世纪中叶建成现代化的美丽中国打下坚实的基础。我主要的就给大家讲这样几点内容,供大家参考,谢谢。

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