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清华四川能源互联网研究院副院长:双碳背景下的能源互联网产业技术发展

北极星电力网新闻中心  来源:北极星电力网    2021/6/8 10:04:07  我要投稿  
所属频道: 火力发电   关键词: 能源互联网 刘毅 2021SNEC

北极星火力发电网讯:“数字化是一个特别重要的议题,也非常好,数字化的基础是有数据,所以建设电力物联网应该是第一步,要解决的是低成本、免维护、广覆盖、低功耗等等一系列的硬件技术问题。”清华大学四川能源互联网研究院的副院长刘毅博士在第十五届(2021)国际太阳能光伏与智慧能源(上海)大会-第五届能源互联网技术与应用高峰论坛上发言。

直播专题:SNEC第十五届(2021)国际太阳能光伏与智慧能源(上海)大会

以下为演讲实录:

现在提出双碳目标,到底跟只有能源革命的时候有什么不一样,所以这次来其实第一件事是报告一下学习心得,从去年9月22号提到现在,领导各种的讲话,我们也在认真的学习领会到底区别在哪儿。第二个也是报告一下过去五六年我们具体做了什么工作,如果有讲的不是很成熟的,不是很到位的,还请大家原谅,我们下来可以多交流。

我们四川院一系两院,大概是这么一个结构,一共干八件事,我们主要是做工程技术应用、科技成果转化和产业生态营造方面。现在在成都有全职员工260多人,欢迎大家到成都来玩。

我先说说我的理解,我觉得领导讲了好多回,对我影响比较大的大概是四次,第四次没写,4月30号中央政治局学习抓铁有痕。前三次的学习体会,原来我们讲能源革命时候是给了比较清楚的能源革命的领域和手段,领域是能源生产和消费,手段是体制和技术,还有一个国际合作,但是没给目标,9月22号给了目标,目标是两个,但实际上我认为是一个,为什么说是一个?因为没有中和约束的达峰实际上是没有达峰目标的。所以我们这是看的是在中和目标下的达峰目标,这是9月22号讲话组重要的事。12月12号再讲话的时候,他讲了四条,但是我认为实际上是三个路径,第一还是单位GDP的碳强度,如果不做产业结构转型,不做能源效率变化,再用什么手段其实也很难达到60年前的中和,因为30年前达峰这件事坦白讲大家现在也没有觉得压力特别大。第二件事是能源结构,包括前两天中国科院的研究也比较讲80%几的能源系统的碳排,能源系统给了两个明确的路径,第一个是25%,还有一个是12亿,大家现在讲12亿千瓦比较多。第三个是碳汇。最后一个是3月15号,构建以新能源为主体的新型电力系统。这是一个手段,而不是目标,目标是要构建清洁、低碳、安全、高效的能源体系,这是第一个学习领导讲话。

第二个是根据我自己过去这些年了解的,对我自己在这个行业里产生比较大影响的两个案例,希望跟大家分享一下,不是很完整,就是一些非常明确的点,第一个是丹麦,丹麦全境在197几年的时候只有四个大型的火力发电厂,到了将近2000年的时候变成了满屏幕都是小红点,都是分布式发电厂,这是丹麦能源结构的变化。我就回头去看,丹麦第一次,包括美国也是一样的,我们17年跟斯坦福的教授一块儿翻译了一本书,讲的是1973年到2013年40年间美国能源系统的变化,我看丹麦第一次提能源转型是1973年,在过去50年里头发生了四次石油危机,1973年是第一次,最严重的一次,所以全世界的能源转型基本上都是从1973年开始的,1973年前两年发生了什么事?1971年布雷顿森林体系没有了,美元跟石油挂钩了,一场广泛而深刻的经济社会变革,不光是能源系统的事,这是第一个感受。第二个感受是丹麦在低碳发展和经济发展之间的关系,我就想起了两家企业,一家是我毕业的时候在招聘的时候特别火,维斯塔斯,它对全世界的风电产业发展做了巨大的贡献,也包括我们国家。这段时间我们带认真研究,清洁能源怎么进入热力系统里,丹麦还有一家企业也是非常厉害,丹麦同1973年2%的能源自给率,转型过程中有两个,一个是风电,一个是生物质,然后有了风级场,电供暖,引导世界在新能源和清洁领域里发展的产业。还有一个就是TOD,就是生物导向发展和交通导向发展,TOD是哥本哈根提出来的,从丹麦引导发展的,所以目前为止哥本哈根是全世界城市里头自行车专业线路比例最高的国家,不能说最长,因为城市规模小。哥本哈根在2016年宣布2025年碳中和,一座城市首都宣布,这是丹麦。然后看加州,过去几年去的非常多,在加州感受非常深,从施瓦辛格开始就在推,还有现在的州长都在认真推动气侯变化,加州发生的所有变化,如果你去就可以看到,或者你去那儿跟当地的校友、同学去聊,就发现从2016年开始几乎所有现有的房屋都在装光伏板,大多数普通居民家里的电表永远是正的,所以加州出了很多引领现在这个世界新能源领域潮流的公司。所以我觉得这两个真的经济社会变革,我们可能看的角度不一样,就是未来的发展是需求驱动技术和产业变化的,所以核心是去看需求在哪儿。

重复一下碳中和的基本逻辑,简单来讲就是两件事,第一件就是少排放,然后是增加负排,目前大家很清楚就是山水林田有碳汇,还有碳捕捉、利用和封存,生物质碳捕集与封存,还有直接空气捕集。还有一件事就是减碳排。还有就是碳监控,现在问题还很多,由于到底怎么能准确、精确、可信判断一个区域一个地方一个城市或者一个行业的碳排,充分达成国际共识。现在气侯变化是唯一的国际共识,我们再做其变化和碳中和的时候不能不我们对碳的计量达成国际共识也是一个遗憾,达成共识有三种路径,一种是你都听我的,第二种是我都听你的,第三就是达成共识。

四大重点减排领域,这个是用的IEA的报告,特别推荐大家去看一下,也不是很长,大概70、80页,重点讲四个领域,7种方式,我基本都是按这个展开的,这是到2050年碳中和,大家不用太关心具体的数,因为到50年的时候还有各种技术突变可能性存在,具体数值我觉得意思不大,具体是看趋势。我们重点关注30年的十年,可以看到最主要的碳排降低是在能源领域,在后面那些年最难的是工业领域,所以做工业的还是需要有一点耐心,因为那些不能电气化的应用和装备还是需要比较长的时间才能找到真正的减排解决方案。

七个重点减排方式,风光、电气化、氢能、生物质这个基本都在能源系统里,CCUS比较新也可以算能源系统,前面的行为和能效是在达峰阶段里头会起重要作用的,也是17年得到的一个最大的体会,举个例子,航空燃油的排放到目前为止还不知道怎么用技术方案解决,降低航空排放的最主要方式是什么?就是超卖,让每一个人的单位排放降低。第二个就是把飞机上的涂装去掉,这样就可以减少几百公斤负重降低排放,不用技术手段也可以降低排放。现在怎么解决?前两天跟腾讯交流,我说解决交通碳排放最主要的方式就是不用交通,有一天我们在这儿比如用腾讯会议或者用飞书,开会的体验跟现场开会体验一样,来开这个会的碳排放就解决了,大概就是这么一个逻辑。所以不光是能源行业,在所有的行业里头其实在行为和效率,经济社会运行效率都是能够得到碳排降低的。

这个矩阵里头写的定都是我个人感兴趣的点,不代表趋势方向建议,行为和能效,在这十年里头被大家忽略最多的可能是这两件事,还是希望大家能有更多的注意力关注到这两件事上来。剩下的东西都是能源了,能源互联网的概念一直是三层,物理层、信息层和价值层,涵盖了风、光、氢、生物质、CCUS,面向了三个重点领域,可以把农业拆成工业、交通和建筑,大概就是这三个了。核心的核心,刚才周老师也在讲,就是电网怎么能够有效的跟其他的能源网络结合起来,提高能源系统运行效率,同时能够更好的消纳可再生能源,电网就是核心,所以我们说建设电网是构建清洁、低碳、安全、高效能源体系的重点。

大家都特别希望来解读什么叫新型电力系统,我还是帮大家一块儿提点问题,第一就是一个任务,这个任务不是构建新型电力系统,这个任务是要构建清洁、低碳、安全、高效的能源体系,控制化石能源总量,着力提高利用效能,实施可再生能源替代行动,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。

三个要求,什么是新能源?这是一个好问题,就风、光吗?现在还没有官方答案,加州2045要零碳电力的时候是四件事,就是水、风、光,新增了一个核。我们的新能源是指什么?生物质和氢算不算?第二个问题是什么叫为主体?是电量多少为主体还是电力多少为主体?丹麦据没有验证的数据说,去年风电发电量60%,我觉得这个东西可以叫新能源为主体了,但是电量到60%的时候我们去查丹麦风电装机和最大负荷之间有什么关系。第三个问题什么是新的挑战?双侧随机性的挑战,系统平衡稳定的挑战,潮流方向的变化,灵活性资源稀缺,这些都是问题。生产测怎么干,消费侧怎么干,体制怎么干,技术怎么干?我们不光是讲电网和电源,还讲负荷。最后是构建,电网是目前人造的最复杂系统,卢院士曾经认真研究过用系统理论和复杂世界理论,研究的是电网的演变,不是电网的构建,因为电网的建设是根据电源点和负荷点的选择来建设的,是根据经济社会发展来建设的,所以什么叫构建新型电力系统这也是一个有意思的问题,这只是提出一些问题,目前还没有答案。

海风的问题不讲了。

电力电子也不讲了。

氢,原来对我们氢没有那么感冒,但是现在非常感兴趣,因为有了双碳目标,绿氢从经济性比较上还是有差距,但是加了碳排强约束,绿氢有做存量替代可能性的。大家讨论氢燃料汽车很热闹,但是我觉得氢燃料汽车想战胜电动汽车和其他潜在的可能性,比如生物柴油,还是有很多路要走的,但是化工的存量替代是存在的,煤化工制氢还是最大的比例,这里头还是有机会的。

数字化是一个特别重要的议题,也非常好,数字化的基础是有数据,所以建设电力物联网应该是第一步,要解决的是低成本、免维护、广覆盖、低功耗等等一系列的硬件技术问题。

(发言为北极星电力网根据速记整理,未经本人审核)

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