凝练聚智聚力的能源互联网“朋友圈”

——专访清华大学电机系副教授鲁宗相

来源:中国网 时间:2021-09-29 15:10:28编辑:刘婷婷

在全球经济社会大变革的关键时刻,“双碳”目标进一步加速转型和创新的步伐,面对新形势下能源互联网建设的机遇与挑战,清华大学电机系副教授鲁宗相认为,想要实现“双碳”目标背景下的普惠能源未来,需要聚智、聚力,识变应变,以核心技术助力营造关键场景,方可阔步行稳,“希望通过能源互联网国际创新峰会等平台,聚拢更多的力量,比如电力、能源、固废处理、绿色建筑、社会治理等,促成与能源互联网相关的各个领域形成一个大交叉、大融合的综合体系,在这样一个广域的‘朋友圈’里,各方明晰自身定位,充分发挥作用。”

鲁宗相
鲁宗相

“双碳”演进机遇与挑战
问:“双碳”目标背景下,能源互联网建设与发展面临怎样的机遇与挑战?
鲁宗相:“双碳”是近年来谈论较多的热点话题,如若谈及相关的机遇与挑战,我想从一份国际上最新的关于转型路径的技术报告来展开。这份报告中提出很重要的一个观点即是,未来有6条关键的实现碳减排或者说脱碳的技术路径,第一条是可再生能源发电,贡献可占到25%,第二条是提高能效,贡献占到25%,第三条是电气化,贡献占到20%,这三条路线已经占据了脱碳目标70%的贡献,而这70%的贡献都可被视为能源互联网建设的新机遇。
能源互联网作为传统电力系统到智能电网的进一步发展的新阶段,是电力系统向能源系统综合融通的转化,在物理层形成各种能源互通互济的格局,在信息层形成物理信息深度融合的局面,在价值层其核心是建立创新能源的运营模式。不管是可再生能源发电,还是提高能效,还是电气化,都是未来所面临的机遇。从这个角度而言,未来的能源互联网建设具有更好的机会,有着前所未有的广阔市场。

但需要引起重视的是,所面临的挑战同样巨大。现在大家谈及未来电力系统建设所提到的关键词,一个是“双高”,未来电力系统会呈现出高比例可再生能源、高比例电力电子装备接入的特点,这种“双高”特性对传统电力系统的规划、运行和安全性带来了极大的挑战。我们面临的第二个关键词是“双峰”,电网的夏、冬季负荷高峰给电源筹措和电网传输都带来了巨大压力。新形势下如何做到电力电量平衡就成了整个行业运营的技术挑战。第三个挑战是关于市场方面的,从国发2002年5号文到中发2015年9号文,电力体制改革一直在努力前行,我们在努力建设中国的电力市场。随着“双碳”目标的提出,传统的电力市场之外增加了关于碳市场的建设内容,如何把两者融合起来达到相互促进的效果,也是很大的一项技术挑战。
场景解析与技术赋能并行
问:第三届能源互联网国际创新峰会立足“智慧城市”、“流域”、“重工业”三大场景,在您看来,为何会把这三大场景做优先的解析?其中是否存在亟待解决的难点?
鲁宗相:这三个场景都有其发展逻辑,也各有其特色及现实意义。
首先是“重工业”场景,我国目前处于工业化的后期阶段,尚未完成工业现代化的全过程,与发达国家相比,我们处于工业化的关键阶段。我国工业发展有几个显著特征,比如拥有世界上最齐全的工业门类,基本属于国际上独一无二的存在。但这是既有利又有弊的事情,好的方面来看我国作为世界工厂,与他国竞争时具有相当优势,坏的方面而言我们保留了部分产能较低、能耗较高的行业。那么,如何在重工业领域将能源互联网的场景建设好,解决能效的提升问题,便成为整个能源互联网建设的关键点及难点。
再看“智慧城市”场景,这涉及到城镇化的推进。数据显示,我国的城镇化率大约是60%,从户籍城镇化率的指标来看数值还会更低。城市化率代表着一个国家的先进水平,与能源的发展有着密切的关系。每提升一个百分点的城镇化率,对应的各种能耗将增加8000万吨左右,所增加的碳排放数值惊人,将达到约2亿吨。这种情况下给我们带来的压力非常大,需要利用智慧城市建设实现提高城镇化率的同时做到可持续的城市发展。此时结合成都公园城市建设,有很多内容可以探讨。
第三个场景“流域”。这是很有四川特色的场景,并以此映射到全球范围的类似场景。成都所在的川西平原,都江堰是数千年来水利综合治理的标杆性工程,那么现代水利工程如何在全流域为发电及综合利用等方面做好保障,让空气、水、土壤不受污染前提下可持续发展?总体思路是在一边治理一边利用的条件下,实现更好的区域建设。从更全局的层面来看,目前全球风电、光伏是发展重点,但水电在整个清洁能源中还占据着50%左右的份额,不能忽略。结合地域特点而言,智慧流域是必须关心和优先的场景。
问:本届峰会聚焦智慧氢能、储能及循环利用、能源半导体、能源数字化和金融科技五大核心技术,这些技术目前现况及发展趋势如何?
鲁宗相:应该说,这五大核心技术都有着非常高的潜力,或者说会成为未来能源支撑的五大技术驱动这样的理念。当然,从现况来看,各个技术领域的发展并不均衡,需要将问题提出,聚拢各方智慧共同探讨。
第一项核心技术“智慧氢能”,想要实现“双碳”目标,就得努力在终端做到尽可能的电气化,但电气化做到100%并不现实,少量的非电气化必然存在。在终端能源维持电气化和氢能化的组合,构成了当前终端能源完全无碳化的最佳途径,如此氢能的发展非常必要。如何从氢能的制备到传输转换及至最终的终端运用都实现清洁低碳需要发展绿氢技术,以做到不涉及化石能源的参与。目前绿氢技术成本还偏高,如何实现成本控制很关键。此外从特性上看,氢既是材料又是能源,做好氢能全面推广的价值对我国及至全球的各个领域发展都非常关键。
第二项核心技术“储能与循环利用”,《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》中提到我们关注的几项重点技术,太阳能利用、风电技术、先进储能等,先进储能的核心要素在于如何解决储能材料的循环利用问题。比如大家所用到的电化学,除了关心其安全和成本,还得重点解决循环利用问题。动力电池退役后如何处置,加上锂资源的制约,锂电材料回收势在必行。碳中和带来的变化造成电动车和储能市场的大幅增长,所涉及的需求非常巨大,综合考虑环保和资源约束、价格成本,注重循环利用就非常必要了。
第三项核心技术“能源半导体”,刚才提到了“双高”的问题,事实上去年年末国家提出以新内容为主体的新型电力系统,新的能源战略下怎样把新能源发展好成为重中之重。不管是风电还是光伏,都采用逆变器接入到电力系统,逆变器的基础单元就是能源半导体。从这个角度来讲,如何研制新型的功率半导体器件,再把其做成一个装备再到系统构建,整个过程中的技术都会成为关注的重点。目前来看还有很多关键环节实际上对我国是“卡脖子”技术,需要予以重点解决。

第四项核心技术“能源数字化”,数字化可实现广谱施效,对能源系统及其他领域的应用都能很好的实效。能源领域必然利用其进行赋能,要推动全球的能源转型,实现低碳化、清洁化、电气化,要把数字化技术作为关键基础,不可替代。在这个过程中,其作用一方面是通过自动化推动数字化进入新阶段,提升效率、降低成本,让整体竞争力得以提升;一方面是数字化技术的升级迭代,能够让整个能源行业的转型具有更好的技术基础,并且所有的用户在数字化技术充分应用的基础上将有更好的体验。
第五项核心技术“金融科技”,撇开技术不谈,金融的力量对整个社会经济有非常关键的基础性的促进作用。结合能源领域和气候变化,提出气候金融科技的概念,形成气候金融和数字科技的交叉融合,这是一个跨行业的大交叉,搞技术的专家跟搞经济学的专家以及搞社会治理的专家共同探讨发展问题。从底层技术来讲,大数据、人工智能、区块链、云计算、物联网等技术,叠加数字货币、移动支付、银行、风险投资等场景,悉数融合起来才能够更好解决问题。
能源互联网与“人城境业”
问:在您看来,成都如何在借势“双碳”目标背景,在能源互联网领域开辟新赛道?
鲁宗相:成都是一个有特色的城市,特质标签众多,底蕴深厚。“双碳”目标背景下,成都有一项非常重要的优势是公园城市建设,即“人、城、境、业”高度和谐统一的现代化城市。若从能源互联网建设的发展来阐述这四大核心,“人”即以人为本,依托高效、稳定的电网,为城市民众和各种服务行业提供稳定的电力供应,以客户需求为基础促进技术发展;“城”即城镇化,现代化城市需要构建泛在感知的智慧电网,准确调控整个城市的能源脉动,实现清洁绿色电力的高效利用,期间的智慧楼宇、智慧小区建设是每个民众真实感受到的,是城市变化、发展的内涵所在;“境”即环境,紧扣公园城市理念将之建设实现,需要将电力设施有机融合到城市景观的设计中;“业”即产业,此处应是在能源互联领域开辟的新技术发展方向与产业再造,比如绿氢等,以及结合以智慧电网为枢纽的新型服务平台,所延展出来的多元业务、新型市场等,都是可以积极拓展的新赛道。
问:政策与金融的利好之下,能源互联网领域的相关企业如何探行发挥创新之力?
鲁宗相:创新并非一个可以一概而论的话题。政策和金融的发力带来了诸多利好,但如何利用好各项支持举措,更好地借力施为,使能源互联网领域的相关企业创新、焕新前行,考究的是企业的智慧与技巧以及执行力。
首先一定要把握能源互联网的核心特点和思维,即“去中心化”,每一方都可以建立自己的“朋友圈”,凸显自己的特色。然后是关键技术赛道的选择,要抓住现在碳技术的发展趋势,围绕高效率、低排放的目标发挥创新要素,以科技和理念的创新促进企业的发展。厘清与碳相关的新技术发展脉络,以此创造新的产品思维,此时若将视线转至公园城市建设,可以围绕公园城市来探索如何在智慧交通、智慧建筑、智慧家居等领域发力,城市居民的衣食住行皆有可创新的点,只要有新的理念、新的想法都可以探索施行。最后是利用好金融政策,以之加速产品的转化上市,尽快见到成效,让创新步入稳步加速的轨道。最终,在“双碳”目标背景下,多措并举实现普惠能源的未来。(方昀玮 图片由主办方提供)