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本期課程主講人:
杜祥琬 “兩彈一星”核心科學(xué)家、中國工程院院士、國家能源咨詢專家委員會(huì)副主任
以下為課程實(shí)錄:
大家都知道,我們國家向全世界提出了我們的碳達(dá)峰、碳中和這兩個(gè)目標(biāo)的戰(zhàn)略意義我先說幾句。我們要認(rèn)清了中國的能源資源稟賦,就知道該立什么,我們才能先立后破。我們下面會(huì)加以解釋。
首先碳達(dá)峰碳中和這個(gè)目標(biāo)的戰(zhàn)略意義,應(yīng)該說它是應(yīng)對氣候變化的國策,包括國內(nèi)外兩個(gè)大局。碳達(dá)峰碳中和也是2004 年國家提出來能源革命,這兩個(gè)里程碑。能源變革是人類文明形態(tài)進(jìn)步的基礎(chǔ),現(xiàn)在就要碳達(dá)峰碳中和來引領(lǐng)我們國家,逐步地走向生態(tài)文明這樣一個(gè)地步,屬于引領(lǐng)我國基石的實(shí)施低碳轉(zhuǎn)型,經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo),就是碳達(dá)峰碳中和,它可以促進(jìn)新型的、高質(zhì)量的、可持續(xù)的發(fā)展。它的意義主要就這個(gè)。
下面的第二部分我們就說一說,主要說一說風(fēng)電和光電的發(fā)展的幾點(diǎn)思考。我先說說對于未來能源的一點(diǎn)認(rèn)識。
我們可以從物理概念上來說,未來能源就是核聚變。大家可能問怎么可以這樣說?我們可以把這個(gè)東西分解成兩塊。
一塊是太陽上,我們叫做太陽能,我們感受到太陽能,而它的物理本質(zhì)就是太陽上的核聚變。我們接受到的太陽能,包括我們現(xiàn)在能夠光伏發(fā)電,光熱發(fā)電,還能太陽能熱利用,還有風(fēng)能、生物質(zhì)能,都來自于太陽能。這就是它的物理本質(zhì)核聚變。再加上我們現(xiàn)在正在地球上做所謂“人造太陽”,也就是受控核聚變,受控核聚變現(xiàn)在正在這做,正在取得進(jìn)展,本世紀(jì)應(yīng)該能夠突破。
說到這個(gè)地方我要稍微說一下,最近美國人提出來他們發(fā)布了,還說得挺鄭重其事的,說他們的激光核聚變?nèi)〉昧嗽鲆妗_M(jìn)去 2 個(gè)MJ出來 3 個(gè)MJ,這樣,進(jìn)去 2 個(gè)百萬焦耳,出來 3 個(gè)百萬焦耳。它這個(gè)是一個(gè)進(jìn)展是一個(gè)研究進(jìn)展。但是它離受控核聚變,第一它概念上不是一回事,因?yàn)樗黾す夂司圩儯褂煤艽罅康募す狻K?2 個(gè)百萬焦耳進(jìn)去,這 2 個(gè)百萬焦耳哪來的?是外面一個(gè)足球場那么大的一個(gè)裝置,這其中要花多少能量?花 300 個(gè)百萬焦耳,最后出來 2 個(gè)百萬焦耳,這樣進(jìn)去以后出來 3 個(gè)百萬焦耳。他光說了最后這一步,它算是增益了。其實(shí)“點(diǎn)火”剛有一點(diǎn)增益,離激光核聚變本來的目標(biāo)是要產(chǎn)生高增益,比如它現(xiàn)在增益的剛一倍還不到這樣子。
我們要目標(biāo)是核聚變,激光核聚變它增益要上百比如說。但是這樣也還是為了激光核聚變,研究它的聚變物理。研究物理它還不能夠,因?yàn)樗麄€(gè)要花 300 個(gè)百萬焦耳的能量,才產(chǎn)生了 2 個(gè)百萬焦耳,然后打到聚變球上,產(chǎn)生了 3 個(gè)百萬焦耳。它是這樣一個(gè)過程,要說清楚,這個(gè)跟可控利用核聚變這個(gè)目標(biāo)還很遠(yuǎn),而且它概念也還是不太一樣的。
所以我們在這要是把這件事情說清楚。當(dāng)然它要拿能源來說事,這是可以理解的,我們要往受控核聚變方向走。但是美國人現(xiàn)在宣布的進(jìn)展,并不是受控核聚變,而是它的激光核聚變的,最后一步的增益。
從總的來說,它的效率還是很低的。剛才我說的它 300 個(gè)百萬焦耳出來了 2 個(gè)百萬焦耳,打到聚變球上,聚變產(chǎn)生了 3 個(gè)百萬焦耳。所以它只是一個(gè)進(jìn)展,但它離激光核聚變,第一不是一個(gè)概念,第二,離得還很遠(yuǎn)。
剛才說到能源資源稟賦,我們認(rèn)清了我們國家能源資源稟賦,我們才知道先立后破,我們有沒有可立的,我們立什么?應(yīng)該說豐富的可再生能源資源,是我國資源稟賦的重要組成部分。所以發(fā)展高比例的可再生能源,資源基礎(chǔ)是豐厚的這個(gè)是前提。我們要比如發(fā)展風(fēng)能、光能,如果沒有資源怎么發(fā)展呢是吧?你要發(fā)展高比例的風(fēng)能、光能,它必須有資源它才有基礎(chǔ)。我們現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)的風(fēng)、光,還不到技術(shù)可開發(fā)資源量的 1/ 10,屬于有資源基礎(chǔ),才有轉(zhuǎn)型的前提。這一點(diǎn)我要說清楚,我們國家的資源稟賦應(yīng)該說有一個(gè)特征,資源稟賦有豐富的可再生能源資源。
那我這里稍微加一句,一說起資源稟賦來,現(xiàn)在有些提法,馬上就會(huì)想到 6 個(gè)字就是“富煤缺油少氣”。好像“富煤缺油少氣”是中國的能源資源稟賦,這個(gè)是就化石能源而言可以說是這樣。
但是我們國家能源資源稟賦不光是化石能源,不光是化石能源的“富煤缺油少氣”,還有非化石能源,特別是可再生能源資源。
所以要把可再生能源資源,是我們國家能源資源稟賦的這一部分,這個(gè)認(rèn)識搞清楚了。 中東部的能源發(fā)展的思路是“身邊取”和“遠(yuǎn)方來”相結(jié)合。首先要身邊取,身邊就是發(fā)展可再生能源資源,實(shí)在不夠了,再“遠(yuǎn)方來”,“遠(yuǎn)方來”什么意思?西電東送可以給你增加一點(diǎn)。
但是主要的部分應(yīng)該是身邊取,從自己身邊發(fā)展可再生能源資源,這樣我們要提高中部和東部的能源,包括電力的自給比例,讓我們的東部成為產(chǎn)銷者。 這里面我稍微提一下蘭考,河南蘭考縣,它是一個(gè)中部的小縣城,做了一個(gè)試點(diǎn)。這個(gè)試點(diǎn)的意義首先在于這一點(diǎn),它現(xiàn)在只是很初步的了。
但是它證明了,蘭考這個(gè)地方風(fēng)能、太陽能的資源并不是十分得豐富,不像我們大西北、新疆、內(nèi)蒙這樣,它是風(fēng)和光的資源,都是三類地區(qū)。但是它風(fēng)也轉(zhuǎn)起來了,風(fēng)力風(fēng)機(jī)也裝了,也轉(zhuǎn)起來了,風(fēng)電發(fā)起來了,光伏裝上去,光伏也發(fā)起電來了,再加上儲能,風(fēng)和光,還加上它垃圾發(fā)電。當(dāng)然還有生物質(zhì)能、地?zé)崮艿鹊鹊模且蕴m考 4 年的能源革命試點(diǎn),它在試點(diǎn)開始的時(shí)候,它的電力主要是外來電,就是外來的燃煤發(fā)電。
經(jīng)過這 4 年,它自己能夠完全可以依靠可再生能源資源發(fā)出的電力,每年發(fā)出的總電力的量大于蘭考所需要的電力的量。這就很有說服力的。它還要繼續(xù)往下做了,還有把自發(fā)自用做好。但是它現(xiàn)在證明了一點(diǎn),我們中東部自己身邊的可再生能源,把它用好了,發(fā)起電來,我自己就可以當(dāng)產(chǎn)銷者。
我就不光是消耗電力,不光是靠著外來電讓我來消費(fèi),而且我自己可以發(fā)電,可以生產(chǎn),所以它就成了產(chǎn)銷者。不光是消費(fèi)者,而成了產(chǎn)銷者。這個(gè)概念很重要,我們中國中部和東部的很多地區(qū)都可以成為能源的產(chǎn)銷者,一個(gè)企業(yè)甚至一個(gè)家庭也可以。如果比如BIPV,就是給你建筑集合好的光伏,你就可以發(fā)電,你自己不光用電,還可以發(fā)電,就成了產(chǎn)銷者。
這個(gè)概念是對我們國家是很有意義的。 還有一點(diǎn)就是我們中東部發(fā)展,除了“身邊來”以外,還有集中式和分布式,或者叫分散式相結(jié)合。我們很多像太陽能、風(fēng)能這樣,它本身就適合于分布式的發(fā)展,或者分散式的發(fā)展。我們要提高分布式的比例。過去我們只有燃煤發(fā)電了,所以大家都習(xí)慣于一種集中式的。但是以后有了比較多的可再生能源發(fā)電,它比較適合用的分布式的比例。不管城鄉(xiāng)都是這樣。
分布式的比例,從產(chǎn)能建筑。剛才說的BIPV,自己房子上裝了光伏,你就不僅用了,而且產(chǎn)能了。不僅從產(chǎn)能建筑,而且可以發(fā)展產(chǎn)能社區(qū),發(fā)展出來微網(wǎng)概念。譬如我們除了自己用戶以外,各種棚子,比如車棚子、車棚子上面也可以放光伏,公路、橋梁都可以跟光伏相結(jié)合。這樣各種各樣的建筑跟光伏相結(jié)合,自己就可以發(fā)展出來。自己有電源,自己可以做成微網(wǎng),再加上儲能,自己可以做一個(gè)自己獨(dú)立的微網(wǎng),也可以和大電網(wǎng)相聯(lián)系。有一個(gè)數(shù)據(jù),我們?nèi)珖梢杂玫慕ㄖ娣e大概有 200 億平方米,就可以裝 20 億千瓦的光伏,所以這個(gè)是很可觀的一個(gè)量。
但是我們西部的,咱們西部的有很豐富的風(fēng)、光、水,我們還是要用好。但是西部能源一部分是可以東送,比如青海到河南的這條青豫線,它就是風(fēng)、光、水相結(jié)合。整個(gè)這條線是可再生能源,運(yùn)送它到河南來的。但是西部風(fēng)、光、和水資源,它可以用來,主要的應(yīng)該用來發(fā)展西部的產(chǎn)業(yè),發(fā)展西部的經(jīng)濟(jì),包括國家所需要的,比如有一些高耗能產(chǎn)業(yè),國家并不是不需要,我們可以把它建在西部。這樣既發(fā)展了西部的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì),又可以利用了西部的可再生能源資源。
譬如數(shù)據(jù)中心,我們現(xiàn)在提出來東數(shù)西算,就是這個(gè)意思,這些的數(shù)據(jù)中心很耗能,它還是很需要的,我們可以利用西部的可再生能源資源就地消納,這樣就是一種西部的集中式的。能源的利用的方式,我覺得是這樣兩個(gè)。
再一點(diǎn),我們現(xiàn)在風(fēng)和光,它由于技術(shù)進(jìn)步,成本明顯下降,經(jīng)濟(jì)性大大地增加了。這十年來風(fēng)、光的成本下降了,都是百分之好幾十,將近百分之百的。現(xiàn)在全國用電量一年是 7. 5 萬億度,風(fēng)、光現(xiàn)在占到 0. 72 萬億度,還不到 1/ 10 的樣子。我們完全可以它現(xiàn)在成本下降以后,可以很快地增長,可以對我們國家的電力做出越來越大的貢獻(xiàn),原來比較貴,現(xiàn)在比較便宜了。
再一點(diǎn)就是風(fēng)、光要認(rèn)識到,不管是發(fā)展風(fēng)還是發(fā)展光,都是一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條,從風(fēng)和光來說,風(fēng)和光是自然的,但是要把它變成電,它都是一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。從前端的材料科學(xué)、制造業(yè),譬如要發(fā)展風(fēng),就是風(fēng)機(jī),光要發(fā)展Solar Cell 光電池,這些都是需要材料,需要制造業(yè),然后才是組件然后才到工程,一直到后端的循環(huán)利用。 我要特別強(qiáng)調(diào)一下后端的循環(huán)利用。我們風(fēng)機(jī)也好,光電池也好,用到一定的年頭它都會(huì)到期了,到期的它身上含著有很多重要的礦物質(zhì),所以要把風(fēng)機(jī)、太陽能電池回收回來,要把其中的重要的一些礦產(chǎn)資源把它回收回來,這樣要注意循環(huán)利用。這是循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一個(gè)新的課題。
做好這樣一個(gè)整個(gè)的產(chǎn)業(yè)鏈,從頭到尾的產(chǎn)業(yè)鏈,支撐長遠(yuǎn)的發(fā)展,以核心技術(shù)、新科技來爭得發(fā)展權(quán)。我們風(fēng)和光的企業(yè)家們,都會(huì)認(rèn)識到這一點(diǎn),當(dāng)然大家馬上就會(huì)說到風(fēng)也好,光也好,都有一點(diǎn)靠天吃飯,它有間歇性。而我們社會(huì)經(jīng)濟(jì)、家庭用能,都需要有一定的穩(wěn)定,需要有一定的供需平衡。
如何實(shí)現(xiàn)供需平衡?我們又要用光,又用電,用風(fēng)用光,但是又要實(shí)現(xiàn)供需平衡,也就是源和荷。發(fā)電的源和負(fù)荷如何平衡?這就要把我們的發(fā)電這一端再結(jié)合電網(wǎng)的智能化靈活性。所以電網(wǎng)要逐步的進(jìn)一步成為智能電網(wǎng)。我們的風(fēng)能和光能的源,要和儲能技術(shù)和各種靈活性資源調(diào)節(jié)相結(jié)合,要需要加強(qiáng)這方面,這是完全可以做到的,但是我們的實(shí)踐還不夠,現(xiàn)在要加強(qiáng)實(shí)踐,把源、網(wǎng)、荷、儲連起來,實(shí)現(xiàn)它的價(jià)值。這樣它的價(jià)值必須由這幾個(gè)相結(jié)合,才能得到充分的體現(xiàn)。
剛才說到儲能靈活性資源了,我就稍微展開一點(diǎn),儲能靈活性資源有很多種,它適用于不同的場合來用儲能和靈活性資源,比如一個(gè)是現(xiàn)在我們很多火電,它可以做調(diào)峰的一個(gè)改造,火電調(diào)峰它就是一種靈活性資源,這是一個(gè)。再一個(gè)物理儲能,譬如儲水蓄能,用壓縮風(fēng)機(jī)儲能等等,儲冷儲熱,物理儲能是一個(gè)手段。
還有化學(xué)儲能,譬如蓄電池這種儲能。這種化學(xué)儲能電池一般對于每天幾個(gè)小時(shí)之內(nèi)的波動(dòng),比如白天、晚上,這個(gè)短周期的儲能可以用化學(xué)儲能,而我們有時(shí)候還需要長周期的儲能。就是氫儲能。比如季節(jié)性的,我們很多天沒有太陽,或者很多天沒有風(fēng)的情況下,當(dāng)太陽充足和風(fēng)大的時(shí)候,把它儲起來,用制氫把它儲存起來。而氫儲能,它是可以季節(jié)性的儲能,可以用于長周期的儲能,這是一種。還有管理可以調(diào)節(jié),比如利用分時(shí)電價(jià)的機(jī)制,這是一種需求側(cè)管理。這樣幾種靈活性的資源結(jié)合起來,就可以使得我們的風(fēng)和光能夠符合用戶,符合經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的需要。 在目前多能互補(bǔ)的條件下,可以通過電力交易市場解決調(diào)峰問題。
我再這說一個(gè)例子,德國它有一個(gè)地方是個(gè)弄了很多光電、光伏發(fā)電,但是有一次它出現(xiàn)了日全食,日全食這段時(shí)間它當(dāng)然是有預(yù)報(bào)的了,這段時(shí)間就沒有光、電,光伏就發(fā)不出來電了。
德國事先就準(zhǔn)備了一定的電廠,作為備用的應(yīng)急電源。而且在現(xiàn)在不是提倡數(shù)字化,各種電源都要數(shù)字化到各個(gè)家庭,這樣用戶可以有大數(shù)據(jù)提供的各種電力出力的情況的預(yù)測,你比如什么時(shí)候有光發(fā)電,光伏發(fā)電,什么時(shí)候有風(fēng)發(fā)電,什么時(shí)候有煤發(fā)電。這樣用戶可以選擇根據(jù)您預(yù)測情況來選擇電源。這種選擇電源的作用在于,可以緩解的不光是儲能,就不一定都用儲能來解決這個(gè)問題。有相當(dāng)一部分就可以用選擇備用應(yīng)急電源來解決這個(gè)問題。
我們國家也有一個(gè)提法了,國家提出來新能源發(fā)電的企業(yè),像風(fēng)和光的這些企業(yè),為了要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的出力,可以通過自建或者購買調(diào)峰能力,因?yàn)槲覀冏约旱墓狻L(fēng)也是需要調(diào)峰的,你可以自己建,也可以購買調(diào)峰電力,這樣目的就是讓你自己發(fā)的電,可以成為高質(zhì)量的出力,這樣可以調(diào)節(jié)自己的光和風(fēng)的發(fā)電就不再是這么間歇性的,而是能夠高質(zhì)量地出力了。經(jīng)濟(jì)社會(huì)需要的時(shí)候出力,把新能源可以做好。
總而言之,實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和,不僅是有路徑可操作,而且會(huì)帶動(dòng)一系列的技術(shù)進(jìn)步。它會(huì)帶來新能源、新電力、新工業(yè)、新交通、新建筑,帶動(dòng)新的產(chǎn)業(yè)、新的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)文明的發(fā)展。為本世紀(jì)中葉建成現(xiàn)代化的美麗中國打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。我主要的就給大家講這樣幾點(diǎn)內(nèi)容,供大家參考,謝謝。
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