新技術助力中國大陸能源更清潔更低碳
資料來源：人民日報《新技術助力能源更清潔更低碳》
來文單位：台灣貿易中心北京代表處
更新日期：2021/10/15
碳中和，是指人類活動排放的二氧化碳被人為作用和自然過程所吸收。研究顯示，當前全球每年排放約400億噸二氧化碳，其中14%來自土地利用，86%源於化石燃料利用。實現碳中和，必須變革以化石能源為主導的能源體系，構建以風、光、水、核等為主體的非碳能源新結構。
為降低化石能源使用過程中的碳排放，科研人員正在探索清潔化利用技術。同時，在交通、工業等領域，研究用氫能、電能等替代化石能源，多管齊下，支撐減排降碳。
推動氫能規模應用
研究高效、便利、低成本獲取“綠氫”的途徑
氫氣在自然界不存在，需要人工獲取，還要儲存、轉換和應用。所謂“綠氫”，是指通過風能、光能等可再生能源發電，再用清潔的電力分解水製備出的氫氣。這被認為是未來獲取氫能的主要方式。但電解水製氫的成本比較高，全球每年消耗的5000萬噸左右氫氣中，僅有4%來自電解水，而且所用電能也非全部來自可再生能源。大多數氫氣來自化石能源，其中又以煤製氫價格最便宜。但以煤製氫，又免不了排放二氧化碳。
科研人員正在開發高效、便利、低成本獲取“綠氫”的途徑。比如，發展大規模、低能耗、高穩定性的電解水製氫新技術，通過材料和過程的創新降低能耗和成本等。如果人們能夠比較經濟地獲得“綠氫”，未來就能形成一條比較完善的氫能產業鏈，推動氫能在各個行業的應用，最終甚至會形成一套獨立於石油天然氣和電力的新體系。
氫氣的價值遠不止助力煤炭清潔利用。氫能利用效率高、無污染，還能與多種能源耦合，可以說是實現碳中和目標的關鍵。當今能源體系是由化石能源產生電力、液體燃料，再到達最終用戶。在未來能源構架中，氫能將與電力一起居於核心位置，為終端用戶供能。在能量釋放效率上，氫燃料電池技術比內燃機更高，氫氣有潛力取代汽油，在交通領域有廣闊的應用前景。又如，氫能煉鋼利用氫氣替代一氧化碳做還原劑，其還原產物為水，從而極大降低煉鋼的二氧化碳排放。“以氫代煤”有望引領鋼鐵行業綠色轉型。
氫能要想大規模使用，除了需降低製備成本外，儲存和輸運也是必須克服的難題。經過多年攻關，中國大陸完成了全球首套直接利用太陽能“液態陽光甲醇”合成技術的規模化示範工程，正在推廣10萬噸級“液態陽光甲醇”合成技術的工業化應用。即將“綠氫”與二氧化碳結合製成液態甲醇。將太陽能等可再生能源儲存在甲醇中，提供了一條可再生能源儲存和輸運的新模式。不僅可以解決氫氣儲運問題，還能中和二氧化碳。此外，甲醇使用後分解得到的二氧化碳和水，又是下一輪循環的載體。
支撐可再生能源並網
探索大容量、安全、穩定的儲能技術
中國大陸火電裝機占比目前已降至56.6%，但2021年至今的電力供給有71.8%來自於火電；相應的，雖然中國大陸目前的風電和光伏裝機占比已達到24%，但是目前產出僅占發電量的8.7%和2.2%，對於火電的依賴較為嚴重，上半年由於來水不足，水電的產能受限，累計同比相對最低，僅占發電量的12.3%。
中國大陸太陽能資源十分豐富。據專家測算，在有條件的農村屋頂都裝上光伏，初步估計將有20億千瓦的安裝容量。這意味著一年能發電3萬億千瓦時，占到未來全國總電力需求的20%左右。
實現碳中和，必須構建以風、光、水等為主體的非碳能源新結構。風、光等為代表的可再生能源，有發電波動性和間歇性等短板，如果規模化並網，會影響電網穩定運行。為支撐大規模並網，可再生能源必須與有效的儲能結合起來。作為能源存儲轉換的關鍵，儲能系統能夠提高多元能源系統的安全性、靈活性和可調性。
專家表示，在電源側，儲能技術可聯合火電機組調峰調頻、平抑新能源出力波動；在電網側，儲能技術可支撐電網調峰調頻，在系統發生故障或異常時，保障電網運行安全；在用戶側，儲能技術可實現用戶冷熱電氣等方面綜合供應。
目前，大規模儲能技術存在一些缺陷。除了成本比較高之外，安全也是儲能產業的瓶頸。針對這些痛點，科技界和產業界正在探索大容量、安全、穩定的儲能技術。比如，在儲能材料上，朝著低成本、高儲能密度、高循環穩定性、長週期存儲的方向發展；在儲能裝置上，正從關注單體設備效率、成本，轉向滿足差異性需求的高品質供能、儲用協調方向。
業內專家表示，近年來，各種新型儲能技術不斷有突破，且嘗試了一些場景實現示範應用，包括氫儲能技術、電磁儲能和飛輪儲能等等。儲能技術路線不同，適合的場景也不一樣，未來還需進一步研究，綜合考慮技術成熟度與場景匹配度。
從碳達峰走向碳中和，發達國家一般要用45年至70年，中國大陸僅預留了30年時間，困難更大，富有挑戰性，但也是一個發展的機遇。
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