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中國工程院院士舒印彪:再電氣化是實(shí)現(xiàn)碳中和的必然選擇

2023-3-12 11:15 來源: 電聯(lián)新媒 |作者: 舒印彪

再電氣化重點(diǎn)領(lǐng)域與關(guān)鍵技術(shù)


實(shí)施再電氣化是我國能源電力發(fā)展的重要方向,要聚焦再電氣化重點(diǎn)領(lǐng)域,加快推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新突破。

(一)電力供應(yīng)清潔化

加快發(fā)展新能源。在西部、北部地區(qū),加快在沙漠、戈壁、荒漠等地區(qū)的大型風(fēng)光基地開發(fā),提升新能源主動(dòng)支撐能力和大規(guī)模外送效率。在東中部地區(qū),因地制宜發(fā)展分散式風(fēng)電、分布式光伏。在東南沿海地區(qū),推進(jìn)海上風(fēng)電規(guī)?;⒓s化開發(fā)。預(yù)計(jì)到2060年,我國風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機(jī)達(dá)到50億千瓦,發(fā)電量占比超過60%。在技術(shù)開發(fā)方面,加快突破風(fēng)機(jī)整體優(yōu)化設(shè)計(jì),葉片回收循環(huán)利用等技術(shù);低成本高效率光伏發(fā)電、光伏組件回收再利用等技術(shù);海上風(fēng)電要突破平臺(tái)的輕量化、柔性直流組網(wǎng)等技術(shù);發(fā)展海洋能、地?zé)崮艿劝l(fā)電技術(shù)。

統(tǒng)籌開發(fā)水電和核電。預(yù)計(jì)2060年,我國常規(guī)水電裝機(jī)達(dá)到5.4億千瓦,抽水蓄能4億千瓦。加強(qiáng)西南水電統(tǒng)籌規(guī)劃,實(shí)現(xiàn)流域“水風(fēng)光”互補(bǔ)開發(fā)。積極推進(jìn)抽水蓄能電站建設(shè),因地制宜發(fā)展中小型抽水蓄能電站,發(fā)展梯級水能循環(huán)利用等技術(shù)。到2060年,我國核電裝機(jī)將超過4億千瓦,發(fā)電量占比達(dá)到18%。加快國產(chǎn)化第三代壓水堆技術(shù)推廣,發(fā)展高溫氣冷堆等第四代核電技術(shù),推進(jìn)核能在供汽、供熱、工業(yè)制氫等領(lǐng)域的綜合利用。

加快煤電清潔高效技術(shù)進(jìn)步。提高煤電機(jī)組效率,提升靈活調(diào)節(jié)能力,實(shí)現(xiàn)從電量提供主體向兜底保供、調(diào)節(jié)服務(wù)轉(zhuǎn)變。2030年前,煤電發(fā)電量和裝機(jī)要達(dá)峰,發(fā)電量峰值約5.5萬億千瓦時(shí)。2060年,保留4億千瓦左右裝機(jī)容量的煤電,發(fā)電量1萬億千瓦時(shí)左右,發(fā)揮應(yīng)急備用、調(diào)峰調(diào)頻等作用。

突破捕碳固碳技術(shù)。CCUS是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模人工碳移除的主要技術(shù)手段,目前我國投運(yùn)及在建的CCUS示范項(xiàng)目約40個(gè),年捕集能力約為300萬噸,主要分布在石油、煤化工、電力等行業(yè),但建設(shè)成本和捕集能耗偏高,尚不具備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的條件。要加快突破碳捕集方法、材料、工藝、流程、利用等方面的技術(shù)瓶頸,推進(jìn)大規(guī)模二氧化碳驅(qū)油、封存和化工應(yīng)用。BECCS(Bio-Energy with Carbon Capture and Storage,生物質(zhì)能-碳捕獲與封存)技術(shù)將生物質(zhì)與碳捕獲與封存技術(shù)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)負(fù)碳排放。全球生物質(zhì)資源豐富,BECCS技術(shù)發(fā)展?jié)摿薮?。預(yù)計(jì)到2060年,我國生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)規(guī)模有望達(dá)到2億千瓦,其中BECCS占比力爭達(dá)到1/3。

發(fā)展氫能和新型儲(chǔ)能。預(yù)計(jì)到2060年,我國氫能消費(fèi)比重達(dá)到10%~15%,其中80%以上是綠氫。加強(qiáng)綠氫制備關(guān)鍵技術(shù)研發(fā),提高電-氫-電轉(zhuǎn)換效率,發(fā)展高性能低成本氫燃料電池、氫燃汽輪機(jī)等技術(shù)。加快突破電化學(xué)儲(chǔ)能熱穩(wěn)定性、系統(tǒng)集成、梯次利用、納米材料等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。發(fā)展蓄熱、蓄冷、氫儲(chǔ)等低成本、長時(shí)間尺度的儲(chǔ)能技術(shù),保障電力連續(xù)可靠供應(yīng)。

(二)工業(yè)電氣化

目前,我國工業(yè)領(lǐng)域的二氧化碳排放量為53億噸,占全國排放總量的46%,其中鋼鐵、建材、化工三大行業(yè)合計(jì)占工業(yè)排放二氧化碳總量的83%。要加快推進(jìn)氫基燃料等低碳技術(shù)和生產(chǎn)工藝創(chuàng)新,打造新型工業(yè)技術(shù)體系。

鋼鐵行業(yè)。據(jù)中鋼協(xié)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,2022年我國粗鋼產(chǎn)量超過10億噸,每噸粗鋼的碳排放量達(dá)到了1.8噸,鋼鐵行業(yè)碳排放總量超過18億噸。要大力發(fā)展氫還原冶金、直接電解煉鋼等技術(shù),充分利用鋼回收資源,發(fā)展電爐短流程煉鋼,推動(dòng)鋼鐵工業(yè)的深度減碳。

建材行業(yè)。碳排放量約15億噸,其中水泥、玻璃陶瓷等生產(chǎn)過程的排放量占60%以上,要通過電能替代和綠氫等低碳能源的應(yīng)用,加快建材行業(yè)的轉(zhuǎn)型步伐。

化工行業(yè)。碳排放量為11億噸,主要集中在化石能源燃燒、煤制甲醇、合成氨以及石油生產(chǎn)烯烴等環(huán)節(jié)。要通過電解、電加熱等工藝,發(fā)展電制氫、氨、甲醇等技術(shù),實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型。

(三)建筑電氣化

目前,我國建筑領(lǐng)域碳排放6億噸,占全國總量的5%。以電代煤、以電代氣是建筑領(lǐng)域主要的減碳方式。以北京市為例,使用天然氣的家庭大約是750萬戶,按每戶平均消費(fèi)200立方米,每年產(chǎn)生的碳排放為300萬噸。可利用電廚炊、電加熱等進(jìn)行清潔替代,加速減碳進(jìn)程。發(fā)展光電建筑產(chǎn)業(yè)、建筑附加型光伏、建筑光伏一體化等技術(shù),通過分布式能源為建筑提供清潔電力。挖掘暖通空調(diào)、分布式能源、建筑蓄電等系統(tǒng)靈活資源,提升柔性用電水平。

(四)交通電氣化

目前,交通領(lǐng)域碳排放為11億噸,占全國碳排放總量的9%。我國石油對外依存度超過70%,交通領(lǐng)域占了我國接近60%的石油消耗量。以燃油小汽車為例,我國有2.5億輛燃油小汽車,按百公里油耗8升計(jì)算,一年行駛7公里,每年消耗燃油超過1億噸,產(chǎn)生碳排放3.3億噸。

電動(dòng)汽車替代將大幅減少石油消費(fèi)量,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、降低我國石油對外依存度。加強(qiáng)充換電基礎(chǔ)設(shè)施和智慧車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè),實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車有序充放電。積極發(fā)展電氣化鐵路、城市軌道交通、港口岸電、電動(dòng)船舶等技術(shù)。突破氫燃料電池技術(shù)瓶頸,探索合成烴燃料、全電飛機(jī)等前沿技術(shù),加快打造綠色交通體系。

(五)農(nóng)業(yè)及其他行業(yè)電氣化

在生產(chǎn)、加工領(lǐng)域通過電氣化技術(shù)提供電力、熱力,提升智能控制水平,構(gòu)建智慧生產(chǎn)體系。重點(diǎn)在農(nóng)業(yè)耕作、灌溉、通風(fēng)、供暖等生產(chǎn)過程及食品加工環(huán)節(jié),拓展電氣化應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)農(nóng)林牧副漁綠色轉(zhuǎn)型。對于采掘業(yè)等其他行業(yè),聚焦開采、傳輸和加熱環(huán)節(jié),推動(dòng)電集熱、高溫蒸汽熱泵等技術(shù)進(jìn)一步成熟應(yīng)用。

結(jié)語

再電氣化是能源電力發(fā)展的必然趨勢,建立在化石能源基礎(chǔ)上的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、技術(shù)體系、產(chǎn)業(yè)體系正在發(fā)生深刻變革。發(fā)揮科技引領(lǐng)作用,強(qiáng)化前沿技術(shù)、顛覆性技術(shù)創(chuàng)新,大力推進(jìn)再電氣化進(jìn)程,為人人享有更充足的清潔能源供應(yīng)和更宜居的生活環(huán)境,推動(dòng)人類文明進(jìn)步作出更大貢獻(xiàn)。
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