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新聞詳情

江億院士:能源,環境,氣候變化新形勢下,暖通空調行業怎麽辦

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  在由中國建築學會暖通空調分會和中國製冷學會空調熱泵專業委員會主辦的第二十二屆暖通空調製冷學術年會上,中國工程院院士、清華大學教授江億做了《我國能源的低碳轉型和對暖通空調製冷領域的影響》的演講。

  

 

  其中談到2060年實現碳中和,是一個很難實現的挑戰。對於暖通行業而言,應該怎麽做?詳細內容,請點擊文末“閱讀原文”,或參看下麵演講文字實錄——

  演講人:江億 中國工程院院士、清華大學教授

  文字整理:《熱泵市場》雜誌(小標題為編輯添加,未經演講人審稿)

  尊敬的各位來賓,早上好。兩年一度的盛會,大夥都聚到一塊了,利用這個機會,我想談談整個從國家的能源、環境、氣候變化新的形勢下,暖通空調製冷行業有哪些需要注意的問題。

  能源轉型,改變能源結構是唯一途徑

  9月22號,習主席在聯合國一般性辯論大會做了報告,談到了新冠疫情帶來的啟示。其中就講到,中國要提高自主貢獻,在《巴黎協定》的前提下,進一步深入的開展減排跟治理氣候的行動,力爭在2060年實現碳中和。這是世界上人口超過1億的大國裏第一個站出來講要舉國之力實現碳中和的。盡管歐洲很多幾千萬人口的小國都在說2150年實現碳中和,但像美國、日本這樣的經濟大國都還沒有做承諾。這件事表明了中國政府在氣候治理上的積極立場和大國責任,同時也明確給出了今後40年能源革命的目標、任務。到2060年實現碳中和,是一個很難實現的挑戰。能源轉型最後的目標,就是實現零排放。為什麽要搞能源轉型?是因為它能解決現在由於能源問題困擾sgsp永久备用网站地址的三大問題,解決這個問題唯一的途徑就是徹底改變能源結構。這些年來,中國能源安全存在諸多問題,例如國家油氣資源不足,石油對外依存度70%以上,天然氣對外依存度40%以上,而且,隨著天然氣進一步的增長應用,對外依存的比例還在不斷增高。對於中國這樣一個大國來說,在目前這種國際形勢狀況下,讓能源供應大比例依靠於進口,對於能源安全而言是一個很不踏實的因素,需要解決。其次是大氣治理問題。現在,解決霧霾問題關係到每一個老百姓的生活質量,所以要把霧霾治好,讓老百姓在藍天下生活。但是現在有研究環境科學的人指出來,要治理好霧霾,達到15微克的目標,必須要禁用化石能源,否則不可能實現15微克,所以這也要求咱們改變能源結構。第三個問題是氣候變化問題。隨著時代的發展,sgspvip丝瓜下载幸福宝越來越認識到,氣候變化不像有些人認為的那樣是個偽命題。大量的事實證明,由於人類排放的二氧化碳過高,導致大氣層二氧化碳濃度提高,改變了sgsp永久备用网站地址賴以生存的地球環境,所以人類必須團結起來,徹底把氣候治理好。而治理的必經之路,就是降低碳排放。現在,中國每年由於使用化石能源而形成的二氧化碳排放總量已經接近100億噸,是世界上排放總量第一的大國,離碳中和的目標相距甚遠,怎麽才能實現碳中和呢?隻能改變能源結構。所以,從前麵這三個問題來說,隻有把以化石能源為基礎的能源結構徹底改變,變成以可再生能源和核能等零碳能源為主的低碳能源結構,才能實現碳中和,才能解決sgsp永久备用网站地址現在麵臨的能源安全問題、大氣汙染問題、氣候變化問題,從而使得sgsp永久备用网站地址國家進一步強大,成為世界強國。實現碳中和,能源結構會是什麽樣?現在國內不少機構都在通過各種角度研究,在2060年實現碳中和時,sgsp永久备用网站地址的能源結構該是什麽樣的?這裏給出一種結果就是,水電從1.5萬億發展到2萬億,風電、光電、核電分別發展到2萬億、3萬億,1.6萬億,這樣合起來是8.6萬億。8.6萬億能夠占未來總用電量的78%,然後再用燃煤、燃氣、火電的解決重點地區的調峰、平衡,保證電力係統的穩定,解決剩餘2.4萬億度電的空缺,這樣能夠在未來實現年總用電量11萬度電。目前,sgsp永久备用网站地址的年用電量是7萬億度電,所以未來電還會再增加50%多。跟現在不一樣的是,現在的電力供應占30%,未來電力供應要達到65%;零碳能源目前占比不到20%,未來要漲到70%。設想的低碳能源結構形成後,仍有10億多噸的二氧化碳排放怎麽辦?隻能再用CCUS的方法,把二氧化碳捕捉、分離出來,然後再找到它的應用領域,變成工業產品的原材料,來解決二氧化碳排放問題。這也是未來規劃的低碳能源結構,變化的地方第一是終端用電量大幅度提高,而燃料用量大幅度降低。第二條是電力供應中,零碳發電的比例大幅度增加,占到了78%,隻有22%采用化石能源。那麽有沒有條件來實現這個目標呢?實際上,現在各種條件已經具備。最突出的變化,就是這20年來,太陽能、光伏和風電的裝備成本大幅度下降。如果說2005年光伏片發電功率一瓦是50多塊錢,去年是2塊多錢,現在是1塊3一瓦,這一下差出近40倍,風電也是一樣。那麽當光伏跟風電的成本變得特別低的時候,將為可再生能源利用做出巨大貢獻。那麽有些事的做法就跟以前不一樣了。比如說,如果光伏電池降到了1塊5一瓦,按以前的做法,拿光伏電池驅動空氣源熱泵,一瓦能帶三瓦的熱量,那麽空氣源熱泵還要掏錢,一瓦一塊錢,這加起來1塊5的光伏加上3塊錢的熱泵,加起來是3瓦熱量要花4塊5,其中3塊錢是買的熱泵的,1塊5是買的光伏的。如果不這麽做,直接裝三瓦的光伏電池片,然後在屋裏裝電熱膜,電熱膜的成本特別低,可以忽略不計,也是花4塊5,就可以直接發熱了,它的加熱性能可能比空氣源熱泵出熱風還要好,而且非采暖季時,電還可以用作其他用途。當光伏成本降低,就變成兩種不同的技術路線,這時候sgsp丝瓜app下载就該跳出原來的思維,想想新的用電方法了。包括太陽能的熱利用也是一樣。太陽能熱水器這套裝置按照功率算,加上線路、水箱這些,已經比光伏電池貴的多了。這樣一來,新的低碳能源結構的主要特點變成什麽了?第一就是以核電、風電、光電、水電等直接以電力形式輸出的電能為主,太陽能可以變熱,但是它不能長途輸送,生物質能以燃料形式輸出,這是唯一的零碳燃料,但是量不大,未來最多隻能占到總量的20%,而大部分都是直接輸出電的。以前,sgsp永久站点的能源係統是從燃料到熱量,或者直接用熱量發電,而現在是一出來就是電,如果需要熱量的話,需要把電高效轉化為熱量。整個能源傳輸轉換的鏈條發生了調換,這就需要sgsp丝瓜app下载在很多地方也相應做出改變,以電替代燃料,迎接新一輪的電氣化。未來主要的電力來源風電、光電,都屬於低能源密度的能源,一平米才出100多瓦電,而發電廠一塊小地方就能出幾十萬千瓦,兩者之間特點不同。這時候開發風電、光電最需要的資源是什麽?不是礦物,而是空間。所以從這一點出發,可能就不是以前的集中發電方式,更多的是分布式產能,尤其是分布式光伏,在未來會占很大比例。這跟以前集中生產、集中輸配、分散使用的路數又不一樣了,慢慢會變成自產自用、產用結合,甚至於出現產能建築,對於電網的要求也由單向變成雙向,功能就變成互通有無,這樣就導致電網係統要麵臨重大變化,包括架構、技術、定價機製得有全方位變化。對於暖通行業而言,應該怎麽做?那麽對於sgsp永久备用网站地址跟建築有關係的行業來說,就有這麽幾條——第一個就是充分挖掘可利用的空間,把建築表麵盡可能用上,做光伏發電,看得見太陽的空間,就是最寶貴的資源。sgsp永久站点國家未來要發展20~30億千瓦的光伏,這就要200~300億平米的安裝麵積,相當於兩三萬平方公裏。盡管sgspvip丝瓜下载幸福宝國土麵積很大,但是兩三萬平方公裏也是不小的麵積。城鄉建築總量七八百億平米,分析了一下,城市可以有大致50億平米的可安裝光伏的區域。而農村盡管房屋少,但是都是平房,大概有200億平米的屋頂,這塊加起來差不多夠發展光伏的地方了,隻需要裝上70%,就能解決三分之二的需求,所以建築光伏大有可為。第二個就是盡可能提高電力在建築用能上的比例,實現建築全麵電氣化。現在,很多地方都在使勁努力嚐試,取消天然氣做飯,改成電炊具,目前已經有了很大進展。還有就是燃氣的熱水器,用電動熱泵等方式來替代。第三個任務實際上更難解決,就是解決峰穀差調節問題。因為以前的化石能源電廠它是受人控製的,可以根據負載的情況調節輸送狀況,可是變成風電、光電占到總量的一半以上的時候,這些發電方式是隨著天氣變化走的,那麽天氣變化情況和終端用電的曲線不完全匹配,怎麽把不匹配問題解決了,這成為發展風電、光電麵臨的最大的挑戰。峰穀差調節,包括這幾塊,比如說,一天裏頭白天有太陽,晚上沒太陽,可是我用電不是這個用法,我有一早高峰一晚高峰,我五六點鍾還有一用電高峰。在一年裏麵,日總量也會逐日變化,比如說連陰天的時候,全天沒太陽,也就沒電可用。此外冬天夏天太陽高度角不同,電能產量不同,夏天比冬天要高,可是夏天冬天用電負荷差不太多,要怎麽填補這一塊?這是光,此外風電也存在這樣的問題。下麵分別說這三個問題,先是季節差的事兒,不光是風電、光電有季節差,水電也有挺大的季節差,北方黃河水冬天水量太大了,但是有冰淩問題,南方處於枯水期,所以水電在冬天不到夏天的40%,可是冬天的用電量可不少。那麽再看負荷側,南方跟北方冬夏的用電負荷差別並不是那麽大,這就導致冬天有一個4~5億千瓦的用電缺口,這塊靠蓄能之類的都不能解決,蓄能幾個小時、幾天還湊合,如果是蓄半年,5毛錢一度電蓄半年之後相當於5塊錢,所以現在看還得靠火電來調峰,這是為什麽還得滿足一小塊火電的要求,重點是解決季節差別。既然有這塊火電,就不能讓它白有。冬天用火電調峰產電,可是冬天火電還有餘熱,就可以把這塊餘熱用上,解決咱們冬天采暖問題。也可以通過核電調峰,從丹東沿著渤海灣,接著到黃海,一直到連雲港,這是1400公裏,縱深150公裏,這片國土在沿海邊星羅棋布的布置了一堆核電站,還有火電站,現在年產電8000萬千瓦,未來規劃會裝到1億以上。那麽這些核電、火電站裝在海邊,就是為了用海水冷卻,因為有1億千瓦的發電量,就有1.2~1.3億千瓦的餘熱,原來都往海裏排,如果sgsp永久备用网站地址拿這塊餘熱做海水淡化,用餘熱通過蒸餾法製造出110℃熱淡水,把熱淡水通過管路輸送到城市去,再通過換熱將熱量取出來,還能留下15℃到20℃的涼水,這是優質的淡水,再交給自來水公司。這樣通過一路管就解決了熱輸送問題和淡水供應問題,所以通過水熱聯產,就能把這些餘熱充分利用起來,解決沿海地區0.8億人口40億平米的冬天供熱問題和40%的喝淡水的問題。而且並不是說全年運行,隻要冬天運行那三四個月就行了。除沿海地區外,內陸北方和偏西一點的區域,上麵說到,隻要用2.5億千瓦的火電,就可以為110億平米的建築提供基礎熱源,平均每平米33瓦,再加上燃氣調峰,耗費100億立方米天然氣,這樣110億平米的供熱就解決了。另外還有20%左右的城鎮建築和農村建築,它不太容易接入大的集中供熱係統,怎麽辦?可以用電動熱泵。如果是特別冷的地方,可以直接用電熱作為熱源來解決這些地方的供熱。說完季節調節,再看幾天內的波動。連陰天或者靜風天拿核電調節行不行?行,但是不好,核能能調,但經濟性很差,相當於發多少電的成本都一樣,所以不應該用核能做調節熱源。現在的調節方法很多,比如說空氣壓縮蓄能,解決幾天裏的電能波動問題效果很好。此外還有用電做電解水製氫,用氫當燃料再發電也可以。有人會問用燃煤、燃氣、火電去調不行嗎?是可以,但是這樣又導致碳排放增加了。所以發展抽水蓄能電站跟空氣壓縮蓄能可以應對幾天裏邊的風電、光電的波動。再有就是一天裏麵的調峰,一般典型的城市的用電負荷,白天和晚上能差35%,越是第三產業大的地方,沒有工業的地方,白天晚上負荷差得越多,這塊當然可以用抽水蓄能和水電站來調,但是容量不夠,中國沒有那麽多地方去建水電,所以這時候用化學蓄能,也就是電池就特別適合。尤其是如果以後發展2億輛電動小汽車,一輛電動汽車,充電功率4000瓦,蓄電70千瓦時,所以它就能夠有效地把風電、光電的變化吸收了,或者是在沒有的時候釋放出來。此外,跟咱們有關係的,是建築本身也具有巨大的蓄能能力,未來如果有700億平米的建築,每平米要是有30瓦的用電可調節能力,他也能把風電吸收、釋放。其實,城市一天裏麵的用電變化,都是因為建築用電,所以建築用電在城市用電比例越大的地方,負荷側峰穀差更加顯著,那麽就應該變搗亂者為貢獻者,改變sgsp永久站点建築的用電方式,由剛性變為柔性,這樣就幫著電源側去做峰穀差的調節,從而為更好地用好風電、光電來做貢獻。建築係統的四個任務這樣一來建築的係統就至少有幾個任務。第一個是燃料改成電,包括煤改電、氣改電、油改電。第二,集中和分布相結合,充分利用表麵空間資源,光伏發電。第三,打造蓄能跟需求側響應的用電模式,從而把咱們建築變成電力係統的虛擬靈活電源。能夠幫助調節,而不是給他搗亂。第四,建築跟電動汽車充電樁連一塊,就變成連接電動汽車的橋梁。先說燃料改電,做飯、生活熱水製備,現在是公建燃氣消耗的主要原因。還有很多地方,例如像南方的一些醫院、賓館還是用燃氣鍋爐做蒸汽。據sgspvip丝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