【专家视角】清华大学教授王保国:“储能+氢能”支撑清洁能源可持续发展

发布时间:2021-03-12 16:03 点击数:602

清华大学长聘教授、博士生导师王保国

从新时代的中国能源发展、储能技术对清洁能源发展的作用、氢能支撑能源结构调整与能源可持续发展、能源转化与储能技术的愿景四方面来进一步探寻能源体系可持续发展道路。

 

一、新时代的中国能源发展方向

根据2020年12月国务院新办公室发布的《新时代的中国能源发展白皮书》显示,截至2019年底,我国可再生能源装机7.9亿千瓦,占全世界可再生能源发电装机的总量30%。其中,水电、风电、光伏发电装机容量分别达到3.56亿千瓦、2.1亿千瓦、2.04亿千瓦,均位居世界首位。在优异成绩背后,我国清洁能源发展实际上还有很多提升空间。目前我国人均用电量量与美国、日本等国家尚有差距,在我国未来经济发展过程中,随着人民生活水平的提高,能源消费增长仍存在巨大发展空间。

对于我国能源可持续发展前景来说,面临两个挑战,一是资源因素,中国整体能源分布属多煤少油缺气状态。数据表明,截至2019年底,我国原油产量1.9亿吨,消费6.4亿吨,进口量占70.3%。天然气生产1762亿立方米,消费2900亿立方米,进口量占39.2%;核电原材料铀进口占80%。风电、光伏等清洁能源方面,由于利用小时数低、弃水、弃光现象仍然显著存在。

二是环境因素方面,中国作为煤炭大国,2019年煤炭产量、进口量、消费量均居世界第一,随之产生的二氧化碳排放量达到60亿吨之多,对环境气候产生严重影响,面对全球变暖这种气候趋势,带来的绝不仅是天气的单向变化,而是越来越多的双向效应。诸多事实表明,可再生清洁能源是我国经济社会的必然选择,能源转型是实现经济可持续发展的强大驱动力。

 

二、储能技术对清洁能源发展的作用

风电、光伏发电的基本特征表现为:随机性、波动性、低置信度。这就需要储能的介入来解决上述问题。

储能对电力生产过程的深远影响可概括为4点:储能是智能电网、可再生能源高占比能源系统、“互联网+”智慧能源的重要组成部分和关键支撑技术;能够为电网运行提供调峰、调频、备用、黑启动、需求响应支撑等多种服务,是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段;能够显著提高风、光等可再生能源的消纳水平,支撑分布式电网及微网,是推动主体能源由化石能源向可再生能源更替的关键技术;能够促进能源生产消费开放共享和灵活交易、实现多能协同,是构建能源互联网,推动电力体制改革和促进能源新业态发展的核心基础。

 

三、氢能支撑能源结构调整与可持续发展

早在1874年就有人曾预言:水是未来的煤炭,水将成为燃料,其组成元素氢和氧可单独或共同使用,提供无穷无尽的光和热。地球表面71%是海洋,利用氢气作为能源载体符合地球生态环境状况,美国、日本等多个国家都在推动氢能经济。

在电解水制氢技术发展过程中,面临着电极材料不稳定、安全隐患等,研究高性能催化电极和膜材料,发展新型电解水制氢装置,降低制氢能耗,减小设备成本,成为清洁能源制氢与氢能产业亟待解决的课题。如何在可再生能源规模化电解水制氢生产中实现低能耗、大规模、高稳定性的三者统一,是氢能规模化发展的关键核心。

目前制氢分为三个方面:通过化石燃料,产生二氧化碳和硫化物排放,称为灰氢;经过二氧化碳和硫化物捕集称为蓝氢;通过电解水、生物质制氢,称为绿氢。真正的绿色氢能目前只占4%,未来有大规模发展潜力。

 

四、能源转化与储能技术的愿景

在讨论“十三五”能源发展规划过程中,我们曾提出能源转化与储能的四个基本原则:安全性原则、资源可持续发展原则、全生命周期的环境友好原则、社会经济效益原则。

今年2月,国务院发布关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见,明确提出绿色循环、低碳的是解决我国资源环境生态问题的基础之策,坚持节能优先,完善能源消费总量和强度双控制度,提升可再生能源利用比例,加快大容量储能技术研发推广。

纵观人类能源发展史,从钻木取火,到煤炭、石油、天然气、脱碳是发展的大趋势。发展清洁能源要因地制宜,氢能技术的发展与产业推进程度要合理匹配,同时加快大容量储能技术研发推广,提升电网汇集和外送能力,以储能和氢能支撑清洁能源可持续发展。

来源:智慧能源产业创新联盟


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