想要如期实现碳达峰和碳中和的目标,新能源技术的研发是强有力的支撑。那么新能源具体是指什么呢?新能源对于我们的未来的生活会有哪些影响?我国现在面临哪些影响新能源技术升级的瓶颈?中国科学家又提出了哪些解决问题的办法?氢能源又会发挥怎样的作用?我们专访到了汽车动力系统专家欧阳明高院士。
欧阳明高,中国科学院院士、清华大学教授,校学术委员会副主任,国际交通电动化期刊eTransportation创刊主编。
1993年在丹麦技术大学能源工程系获博士学位,2007-2021年任国家新能源汽车科技专项首席专家,2010-2022任中美电动汽车研究联盟中方首席科学家。先后从事混合动力与电控系统、燃料电池与氢能系统、动力电池与储能系统、电动汽车智慧能源与V2X系统等新能源动力系统相关研究与教学工作。
新能源目前主要是风电、光伏以及二次能源,比如氢能等。我们传统的可再生能源,比如水电也没包含在新能源里,因此并非全部的可再生能源都是新能源,主要是现在正在新兴发展的非化石清洁能源。
清洁能源可能包含的范围要更广一点,比如传统的化石能源,其中也有一些是清洁的化石能源,也称为清洁能源。比如天然气,它是清洁能源;甚至还有清洁煤技术等,所以清洁能源可能是更广泛的一个概念,我们可能会用排放的标准来界定它,满足什么样的排放标准,我们就叫清洁能源。
我国其实新能源资源是很丰富的,因为国土面积大,在西部有大片人口稀少的沙漠干旱地区,开发得也不够。如果按照年光照2200小时的标准,我国2/3的地区都满足标准,适合发展光伏。利用1%的国土面积,就可以安装30亿千瓦的光伏。另外我国的房屋面积也非常大。我国房屋满足装光伏条件的屋顶大概有250亿平方米,如果按照70%来装的话,可以装20亿千瓦的光伏,此类资源量在全世界也是最大的。
就风电而言,陆地风电加上近海100米高度以内的能装资源量大概是30亿千瓦。虽然风电不如光伏多,但也足够了。预计2060年达到碳中和的时候,我们的风电大约会达到15亿千瓦,集中式光伏大约也能达到15亿千瓦。风电都是集中式。所谓的集中式,比如说近海风电,以及北部的内蒙古、新疆、青海地区会做一些集中式的风电和光伏。
基本上风电光伏集中式的大概有30亿千瓦,另外还会有超过30亿千瓦是分布式的光伏,比如屋顶等。
我国新能源的风电光伏开发,在全世界都处于先进地位,尤其是光伏,差不多全球70%的光伏都是中国做的。另外我国风电机组近年来取得了重大技术进步,与国际的差距急剧缩小。总体看中国新能源的资源开发和利用技术,放眼全球并不差,而且表现相当亮眼。但是我们不能盲目自信,需要进一步提高创新能力,以免在下一阶段的竞争中处于被动地位。
中国碳排放的总量净排放大概是100亿吨,如果将100亿吨细分一下,会发现发电大概占了40%,其他非发电的能源活动要占接近60%。所以在减碳的过程中,我想首先是发电的碳排放要降下来,这就需要发展新能源发电,即风电光伏,但是还有很多领域如交通、建筑,尤其是工业的碳减排完全靠发电也不行。
到2060年碳中和的时候,估计终端电气化接近80%,余下的20%需要其他能源,这部分中百分之十几的能源需求要靠氢能来解决,剩余一些可能就是化石能源。想要实现近零排放以及碳中和,绿色的电占主体,绿色的氢作为补充。
在新能源方面,储能、氢能加智能是现在需要攻克的最重要的技术。虽然风电光伏已经比较成熟,可以大规模推广,但是由于其波动性,整个电力系统是不平衡的。负载波动,发电波动,为了实现二者的平衡必须要装备储能,目前新型储能技术的研发和推广正处于起步阶段,成本还不够低。除此之外,绿色氢能技术和智慧能源技术还需要进一步成熟并提高经济性。
氢不仅可以长周期储存,而且仅仅就储存环节而言,储氢比电池储电的成本要低至少一个数量级。当然,氢储能全链条的技术还需要攻关,经济性还需要提高。电化学储能技术、氢储能技术、电动汽车车网互动智慧储能技术其实都是来解决电网的灵活性以适应新能源的随机性和波动性,以便实现从传统能源向新能源的转型。
能源转型既是一次技术革命,又是一个经济模式的全方位转型,不仅会遇到技术问题,还有很多非技术问题,政策问题、理念问题、组织模式、商业模式问题,这些都是我们前进的道路上需要扳开的绊脚石。
中国现在大致分为两个阶段,一个叫碳达峰,一个叫碳中和。2030年之前是第一个阶段,2030年之后是第二个阶段。上述技术估计在2030年前会实现全方位突破和产业化,2030年之后全面进入大规模推广阶段。
这样才能实现2060年碳中和的目标。与此同时,碳中和跟中华民族伟大复兴目标在时间上基本上是重合的。能源转型可以说是第三次能源革命。实际上,以新能源为主体的绿色化与以网络和人工智能为基础的智能化就是第四次工业革命的主体。在2030~2060年期间,应该是第四次工业革命的一个爆发期,到本世纪中叶我国能够完成进入完全发达国家行列,实现中华民族伟大复兴的宏伟目标。
全球气候变化是全人类面临的一个共同挑战,虽然欧洲现在短期好像有点回潮,但是推进能源转型和碳中和的总体目标是没有变的,甚至变得更加激进。我们不能只看表面现象,欧洲的长期计划是要推进可再生能源,甚至很激进的氢能计划。像德国是以风电为主,要把风电变成氢,德国的碳排放法规、碳税比我国推进的更激进。比如说他们进口关税都是要加碳足迹,现在往欧洲出口电池,如果碳足迹超过标准,欧洲是不要的。
而且欧洲的碳税差不多是我国碳税的5~8倍,是很严格的。因此,我觉得我们现在所说的双碳战略、生态文明思想和“绿水青山就是金山银山”等思想实际上是具有重大战略意义的,我国既可以占据道义制高点,也可以带动经济的转型,实现和平地崛起。
氢能在未来碳中和、新能源革命中占有重要的战略地位。第三次能源革命发展出的一个重要的能源载体是氢。
能源资源最终要在终端应用,它需要一个中间载体,例如柴油、汽油、电、氢等,其并不是能源资源而是能源的载体,或者叫做二次能源,可以把能源变成动力。作为新一代最重要的燃料,氢占有重要的战略地位。除此之外就是电,电会占主体。只要电能解决的,当然用电去解决,但是电解决不了的问题,就必须要用氢,氢不仅用途很广,而且产业链很长。