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電力如何清潔化?九位院士這樣建議!
時間:2019-05-23 09:05:13

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隨著溫室氣體排放和環境壓力越來越大,電力的清潔化生產顯得愈加重要。

近日,在相關會議上,多位院士、專家學者就如何讓電力更加清潔化展開了討論。

毫無疑問,隨著可再生能源的快速增長,電力生產的清潔化已經成為全球化趨勢。據IEA統計,2018年全球發電量達到26.6萬億千瓦時,其中化石能源的發電占比占64%,可再生能源占比為26%,核能占10%,清潔能源發電占比逐步提升。

就中國而言,一次能源消費結構中,長期以來煤炭占比較大,這不僅造成了國內較為嚴重的環境問題,還在國際溫室氣體排放中面臨較大壓力。但近年來中國主動調整能源結構,目前不僅風電、光伏的裝機總量成為全球第一大國,而且在新增電力裝機中,可再生能源裝機量也在不斷增加。

圍繞清潔電力生產和推進能源革命,九位院士分別就不同的角度提出了自己的觀點。

謝克昌(中國工程院院士、原副院長):

中國能源發展面臨的形勢,用一句話講,化石能源的地位在可預見的未來不可動搖,但是清潔、低碳、高效、安全仍然面臨嚴峻的挑戰。中國長期以來煤炭在一次能源消費中的比例都占到70%左右,但是經過十二五、十三五的努力,2018年這個比例下降到59%,非化石能源達到了14.3%。因此,對國際承諾的2020年15%的非化石能源占比是可以實現,尤其是在裝機容量上,非化石能源的新增裝機占比達到了40%,新增發電量也達到了31%。

煤炭是我國的主體能源,而清潔高效利用的煤炭也應該稱之為清潔能源。通過超低排放技術,通過末端治理,煤炭在發電過程當中的顆粒物可以降到最低。中國的運行數據已經表明,實現超低排放以后顆粒物的排放大大降低,燃煤發電污染物的排放水平已經領先于世界,而且在一些污染物的排放上還低于天然氣的排放。

中國的能源結構與供需關系決定了中國必須大力的推進煤炭清潔高效可持續開發利用,并以此作為能源轉型發展的立足點和首要任務,實現了清潔高效利用的煤炭就是清潔能源。

彭蘇萍(中國工程院院士/中國礦業大學教授):

目前中國清潔能源利用,氫能是一個重要的方面。氫能的發展目前又迎來了一個高潮。實際上,20多年前在美國克林頓時期和小布什時期,氫能發展就在世界引起了反響,當時美國提出了氫能經濟,但是20多年過去了氫能還是不溫不火,20年后為什么又出現了一個新的熱潮呢?

一是因為在能源系統里,氫本身作為一種清潔能源是大家追求的終極目標,第二個是現在制氫的成本在大幅度的降低,在中國一大批煤化工企業使制氫的成本每公斤控制在6毛錢左右,又進一步引起了大家對氫能的關注。

氫能是一種非常好的二次能源,以前我們把氫能和傳統的化石能源割裂開來了,但是新一輪的氫能發展主要得益于成本的降低,給大家帶來了希望,但是降低成本的主要動力還是化石能源的一種促進,這個促使我們思考化石能源和氫能如何相互促進,當氫能和化石能源慢慢磨合后,可能會進一步促進氫能產業的發展。

倪維斗(中國工程院院士/清華大學教授):

現在大家都在討論清潔能源問題,火電超低排放很多國內電站都做到了,主要是指二氧化硫、氧化氮這方面已經和氣電基本上相仿,目前來看火電的清潔化利用關鍵問題是如何控制二氧化碳排放。因為污染物減少了,二氧化碳并未減少。

目前來看,火電要把二氧化碳減到零相當困難。經過仔細研究和長期實踐,大家認為煤與生物質混燒技術,即用生物質為原料部分或全部替代火電中的煤炭,是一個不錯的火電低碳發展方向。采取煤與生物質混燒的辦法,可以有限控制碳排放,可以說混燒5%就可以減少5%的二氧化碳排放,英國最近這幾年在火電摻燒方面發展的很快,相當多的火電廠已經采用了混燒的辦法,有的電廠都已經全部采用了生物質。

因此我們應該把這個產業培養起來,整個混燒的生物質供應鏈是非常大的產業,可以和“三農”問題結合起來,用整個的工業需求來促進生物質原料的發展,既解決了原料問題,還為農民提供了就業和脫貧的機會。

陳清泉(中國工程院院士):

能源的清潔化需要能源更加智能化,那么什么是智慧能源,智慧能源就是要把廢棄的能源變成有用的能源。能源的智能化可以解決四大矛盾,一是傳統能源和新能源的矛盾,二是一次能源和二次能源的矛盾,三是集中能源和分布能源的矛盾,四是電力能源和化工能源之間的矛盾。

解決上述矛盾,要求能源利用要低碳化、智能化和終端能源電氣化,除此之外還需要能源的氫能化,因為氫能化也是很好的二次能源,并且氫能化可以做到電能化做不到的事情,他可以把電力能源和化工能源很好地融合,要把電力、氫氣、煤炭所有的能源結構融合,融合以后可以把廢棄能源變成有用。

另外,智能化與低碳化還需要聯手,智能化的同時要做到低碳,因為在能源生產當中會產生二氧化碳,二氧化碳有時候是一種廢料有時候又是一種材料,在能源生產和消費當中也產生氫氣,氫氣有時候是材料有時候是廢料,氫氣和二氧化碳結合就是一個燃料。

最后我要再提一下,我從事電動汽車研究40多年,我認為能源革命和汽車革命一定要聯手,因為交通占能源消費的三分之一,什么是汽車革命,汽車革命的內涵一是電動化,二是無人駕駛和智能化,第三是互聯共享。汽車的出現改變了人們的出行方式,但是今天又輪到汽車被革命,因為今天的汽車帶來污染,能源不可持續,交通堵塞,而汽車革命就是要電動化和智能化。

杜祥琬(中國工程院院士/原副院長):

近年來,經濟社會發展進入了新階段,能源發展也相應的進入新階段,而中國的城市能源利用水平是城市發展和社會進步的一個重要標志,中國城市人口眾多,能耗比較大,因此可以說是能源轉型的主戰場。目前,城市能源轉型已經具備了良好的基礎,但是能源的供應,環境和管理都面臨著嚴峻的挑戰。那么,東部和城市的能源發展能不能有一點新的思路呢?能不能東部能源盡量做到自給自足?或者中東部新增能源做到自給為主,西電東輸為輔呢?

東部的能源高比例自給有沒有可能,靠什么?我想東部可以發展自己的電源,西部發展自己的經濟和電力的負荷,這樣來緩解中國很有特色的發展不平衡不充分的問題,使中東部既是電力的消費區又是電力的生產區,以電源的新形態發展助推電網的新格局,來逐步的改變以外來電為主的格局。

那么東部的資源夠用嗎?在考慮低風速區域資源的潛力下,中東部地區陸上風能資源技術可開發量是8.96億千瓦,陸上加上海上可開發的資源,一共是11億千瓦。光伏方面,集中式的光伏電站可開發的潛力是3.58億千瓦,分布式光伏裝機的潛力是5.3億千瓦,兩個加起來一共將近9億千瓦。另外,再加上當地的火電、燃氣發電等,從資源量上看,完全沒問題。

從技術可行性上看,光伏和風電等可再生能源技術可行性已經基本解決,但是光伏和風電都需要儲能的配合,近年來儲能技術進步也很快,化學儲能也在接近抽水蓄能的價格水平。

從經濟可行性上看,成本曾經是制約可再生能源發展的因素之一,但是這些年成本不斷的下降。從1980年到2018年,風電成本降了90%,2020年將與煤電相當,從2010年到2017年,國際上光伏發電成本從0.36美元每千瓦時,已經降到了0.1美元每千瓦時,下降幅度達到了73%,而且目前還在進一步下降。

中國東部能源實現比較高比例的自給,從資源、技術和經濟性都可行,但是我們既然有西部、北部這樣一個能源密度比較高的地區的資源條件,當然還是要用的,再加上現在已經有一些基礎,所以西電東送為輔,中東部自給不夠的部分繼續利用西南的水電,以及部分的煤電,還有已經在西部地區的風光基地的電,但是隨著東部電源的發展,西電東送的壓力,北煤南運的壓力會減少。

因此,西電東送的增量有可能會出現一個拐點,這一點是一個非常重要的能源轉型的標志,所以說能源轉型不光是能源結構,空間結構和空間格局也會有重要的變化。

黃其勵(中國工程院院士):

對于能源轉型的目標和措施,國家提出要建設智能低碳安全的能源體系,我自己的體會是要抓好能源轉型的兩條戰線,一個是可再生能源的規?;?,一個是化石能源的清潔化?;茉春涂稍偕茉?,從人類發展長河二者是一個博弈關系,化石能源不管他多么豐富,總會有一天用完的,可再生能源到什么時候也不會用完。

今天我們多用了一噸化石能源,子孫后代就會少用一噸,我們今天用化石能源主要的方式是燒,利用他的發熱量為我們人類服務,可是子孫后代說不定有奇思妙想,把黑色的煤炭變成一個金色的巨龍,所以說在這個博弈當中,設法做到化石能源清潔化和低碳化的同時,一定要做到可再生能源的規?;罅康氖褂?。

郭劍波(中國工程院院士/中國電力科學研究院院長):

大家都知道,風電和光伏發電具有間歇性的特征,風電和太陽能如果成為主力電源,必須對其他機組,比如火電進行靈活性改造。以中國的某省的實際數據做計算,我們要獲得30%的電量,如果不做靈活性的改造,用我們目前電網的數據就必須限電23%,風電的利用小時只能到1500,火電的利用小時只能到3500。

如果到40%或者是50%的話,這個情況會更加的嚴重。如果我們對傳統機組進行靈活性的改造,假設我們將來全部都是靈活性電源,都可以壓到零處理,棄風棄光率會大幅下降。我們要獲得更多的新能源的電量,提高消納能力,希望不棄風棄光,我們的電網安全運行,在沒有新的技術措施的情況下是難以保障的。

所以這也是電力系統面臨的更大挑戰,我們要保證在現有技術上電網的安全,我們對新能源的發電出力就要限制,實際上現在愛爾蘭提出50%到55%的,就是新能源的出力不能超過50%,英國也有類似的規定,當然希望我們能夠有智慧解決他,使得新能源能夠健康發展。

褚君浩(中國科學院院士/中科院上海技術物理研究所研究員):

目前,能源和環境是非常重要的問題,過去100年地球溫度上升、人口增加、二氧化碳排放增加,現在的北冰洋可以去旅游了,問題還在繼續。

因此我們必須要發展低碳技術,低碳技術包括了減碳技術,比如說煤炭的清潔高效利用,這個就是減碳技術。第二個是無碳技術,包括核能、太陽能、風能、生物質能等等。第三個是去碳技術,就是把二氧化碳捕獲埋存,要解決這三個方面的能源問題,我們還有很長時間的路要走,既需要煤炭高效清潔利用,發展LED照明節能減排,又要發展多種形式的可再生能源技術,再加上二氧化碳的捕獲與封存,解決人類面臨的能源問題。

衣寶廉(中國工程院院士/中科院大連化學物理研究所研究員):

巴黎協定規定本世紀希望溫度上升小于2攝氏度,那就要減排二氧化碳,我們國家在大會上承諾到2030年左右,二氧化碳排放要比2005年下降60%到65%,非化石能源占一次能源的20%左右。要實現上述目標,除了提高能源效率以外,很重要的一點就是能源要減碳,氫能的發展是一個重要的方面。

源轉型過程當中氫起的作用是非常大的,他能夠實現大規模的高效的可再生能源的消納,用電解水的辦法,能夠降低交通過程當中燃料電池車在不同行業區間進行能量分配,他可以把各地區的電能可再生能源轉化為氫再進行運輸分配,他可以降低工業碳排放,比如說煉焦或者是取暖,能夠把捕集到的二氧化碳加氫變成燃料。

目前氫的來源還是通過化石燃料來制的,煤制氫,天然氣制氫。目前也在研發生物質制氫,太陽能光解水制氫,傳統的電解水制氫現在占比很小,因此,現在提倡的是用可再生能源或者是核能,通過電解水或者是液分解來制氫,這個是目前的一個重點,可以起到減排的目的。

我們國家棄風、棄光和棄水電量非常大,因為可以用這些能源來做氫氣,最后用于燃料電池車,也可以用于跟天然氣混合的發動機,當然也可以用于冶金。目前世界各國都在做氫能的發展規劃,日本計劃到2030年發展80萬輛燃料電池車,中國計劃發展100萬輛,未來氫燃料電池汽車在減排和減碳方面將有很大的發展空間。


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