節能是實現碳中和目標的基礎，要想實現低碳發展，先要把節能做好。
「節能的目的是減少化石能源的使用，能源低碳轉型的目的是不再依靠化石能源。因此，節能和低碳緊密相關，二者既有共同的目標，採取的具體措施也有大量重合。」在近日舉辦的2023中國節能與低碳發展論壇上，中國工程院院士、清華大學建築節能研究中心主任江億講述了他對節能與低碳發展關係的思考。
江億認為，節能是實現碳中和目標的基礎，在具體工作中需要建立零碳的電力系統，採用零碳熱量並充分開發利用各類餘熱以滿足熱量需求，要以創新為驅動，建設新的低碳能源系統，為徹底解決能源問題、實現可持續發展貢獻力量。
節能是重要的第一步
江億表示，縱觀人類發展歷史，在近兩百年時間裡，化石能源的使用比例實現了飛速增長。隨著化石能源消耗的增長，能源安全、大氣污染、氣候變化等問題接踵而至，嚴重影響了整個社會和人類的可持續發展。
在此背景下，以低碳為目標的能源革命將給人類帶來巨大變化。江億指出，能源革命就是改變用能來源與方式，實現能源領域的可持續發展，結束人類依賴化石能源的歷史，建立全新的產能、用能模式，從而不再被能源問題所困擾，真正實現能源領域的可持續發展。
「節能和低碳發展有共同的目標，一方面是提高能源使用效率，另一方面是減少化石能源使用量。」江億指出，在此過程中，要以風光水電為主，發展各類零碳能源。雖然零碳能源的初始投資成本大，但一旦建好了，運行費用極低；相對來說，化石能源最初投資不那麼高，但是運行成本非常高，再考慮到環境成本，其綜合成本更高。
江億認為，節能是實現碳中和的基礎，要想實現低碳發展，先要把節能做好。即便是零碳能源也需要資源，特別是空間資源，比如，建設水電需要合適的地理條件，建設核電站則需要足夠大的空間，而一旦零碳能源超量發展，將導致成本的超線性增長。「因此，通過節能、降低需求總量，才有可能在可接受的成本下實現零碳能源供給，節能是非常重要的第一步，在這個前提下才能夠更好地實現低成本的能源轉型。」
建立零碳電力系統
如何做到節能和低碳發展「兩手抓」？江億提醒，在提高效率的同時更要考慮在低碳模式下，用電的靈活性和需求側響應，並著重減少對燃料的需求。
在江億看來，實現碳中和的主要任務之一是要建立零碳的電力系統。「我國城市屋頂光伏裝機容量約8.7億千瓦，一年能發一萬億度電，但農村屋頂，除了少數山溝見不著太陽，總計可以發電2.5萬億度，是2019年中國總發電量的1/3。因此，未來我國將以發展風電光電為主，集中與分布式相結合，風光電的60%以上將在我國中東部發展，屋頂光伏、零星空地的光伏將是光伏產業主要方向。」
需要注意的是，在風光電力逐步發展起來的同時，發電與用電二者在時間上不匹配、成本相差大等問題愈發凸顯。「目前，不同時刻的電力成本相差10倍以上。風電光電充沛時，電力成本特別低，以山東為例，山東省午間電價可低至1.10元/千瓦時，而當風電光電不足時，要靠火電+CCS和儲電設施放電，以滿足用電需求，成本極高。」江億說。
「因此，根據電力成本變化情況進行靈活用電，比提高效率減少用電更重要。」江億認為，需要發展工業生產可中斷的用電方式、直接和間接的儲能，比如，充分利用電動車車載電池的儲能資源等。「可以說，靈活用電、分布式儲電是破解風光電消納難題的重要方式，也是建立穩定可靠的零碳電力系統的關鍵和重點。」
為實現用電終端主動參與調節，解決末端需求的響應難題，江億建議，讓電力對應碳排放責任，而碳排放責任數值又跟電網的供需平衡關係、風電光電比例等諸多因素密切相關，由此充分調動起全社會對碳減排的熱情，使用戶主動實施在終端的調控。「面對不同的系統結構和調控模式，需根據現實狀況重新設計政策機制，採用電力動態碳排放責任因子的方法或成為適應電源結構變化的一種簡單可行的方法。」
充分開發利用各類餘熱
採用零碳熱量並充分開發利用各類餘熱以滿足熱量需求，同樣是實現碳中和的主要任務之一。我國未來需要240億吉焦的熱量，包括北方城鎮建築採暖、生活熱水製備、工業生產用熱等。在碳中和目標下，如何解決這些熱源需求，同時解決污染物排放問題？江億認為，餘熱是未來中國社會在零碳環境下最主要的熱源。
根據江億的測算，多種低品位餘熱資源是最好的零碳熱源，將70%的餘熱利用起來，形成跨區域的多熱源共享系統，就能解決用熱難題。
江億認為，我國發展零碳餘熱系統，有很好的條件。目前，多地正在建設大熱網，具備豐富的熱電聯產經驗，部分電廠已實現了熱電聯產餘熱的深度回收，也有大量工業餘熱回收的成功案例，相關的關鍵設備和技術都已具備。
需要注意的是，雖然開發餘熱資源是一個很好的路徑，但其仍面臨三大障礙。首先，是時間不匹配問題，總量雖然達標，但產出時間與用熱時間不完全匹配；其次，位置不匹配導致供需失衡問題；第三，是品位問題，即各類熱源輸出品位不同，各類用戶需要的熱能溫度範圍也不同。
面對上述問題，江億指出，必須實現三大關鍵技術，即大規模跨季節儲熱技術、熱量的長距離低成本輸送技術、基於熱泵的熱量變換技術的突破。這些問題的破解，涉及大量的新產品、新裝備、新基建，可以創造巨大的市場需求，助力實現零碳供熱和可持續發展。
文丨本報記者 仲蕊
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責編丨李慧穎