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国网张春雁:终端能源系统碳中和路径及技术需求展望

日期:2021-06-28    来源:国际能源网

能源资讯中心

2021
06/28
22:24
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关键词: 综合能源服务 电力用户侧技术 碳中和

6月17日,国网上海综合能源服务有限公司副总经理张春雁在“2021中国综合能源服务暨电力用户侧技术发展高峰论坛”上,根据国网上海综合能源服务有限公司近年的实践经验,提出了双碳目标引领下的终端能源系统转型路径,并对能源转型的关键技术提出展望。

张春雁认为,我国的碳中和实现路径,包括全社会能效提升,电力生产低碳化(大规模可再生能源发电),终端用能电气化、燃料零碳化(氢能和生物质燃料、液态阳光燃料替代等),以及碳汇和CCUS等等多方面。以新能源为主体的新型电力系统,在源端,是大规模可再生能源发电,在网侧是坚强的智能电网,在终端,则是一个能源高效利用、低碳利用的综合智慧能源系统,共同构成清洁低碳安全高效的能源互联网新生态。

张春雁强调:能效是第一零碳能源,当前,我国各领域能源利用效率普遍不高,双碳目标下,全社会公共能效提升是当务之急。电力零碳化,消费电气化,是碳中心和的基本路径,而加快推进全社会终端用能深度电气化是势所必然,我国电气化进程正在步入新阶段并将加速推进,现在全国的电气化水平地区差异大,电能占终端能源消费的比重平均已达25%,预计2035年电能占终端能源消费的比重将要达到38%以上,而2050年至少要大于50%!”

国家电网公司积极响应“碳达峰、碳中和”号召,发布了首个央企双碳行动计划,提出“在能源供给侧构建多元化清洁能源供应体系、在能源消费侧全面推进电气化和节能提效”的实践路径。

据张春雁介绍:国家电网公司正在推动“供电+能效服务”能源消费新模式,大力开展电能替代,需求响应和综合能源服务,致力推动终端能源消费的清洁化、高效化、低碳化和智慧化,助力双碳目标的实现。

能源服务由“单一”向“综合”加速演变,成为现代能源服务产业的重要方向。

张春雁介绍说:国网公司的“供电+能效服务”业务分为公共服务和市场化服务两个方面。公共服务主要包括电能检测、能效诊断、供电方案、交易撮合等,市场化服务则包括能效提升服务、多能供应服务、清洁能源服务、新兴用能服务、智慧能源服务、能源交易服务等服务。目前正在大力推动通过数字化发展赋能“供电+能效服务”,优化终端能源结构,提升电气化水平,可再生能源替代,大力开展综合能源服务,提高全社会用能效率,减低全社会碳排放边际成本,为实现碳达峰和碳中和目标提供重要支撑。

张春雁详细介绍了面向终端能源服务的六大主要领域任务:

在综合能效方面:重点做好余热余气余压利用、工业工一台艺等系统节能、建筑能源托管、能效评估诊断等服务。天然气虽然是化石能源,但在分布式供能应用上效率能达到80%~85%,是高效利用,所以在我国能源结构转型中的一定时期还有用武之地。

在多能供应方面:推广以电为中心的多能互补、清洁高效的终端一体化冷暖供应服务。

在清洁能源方面:大力推动分布式可再生能源和氢能利用,充分开发建筑太阳能资源,大力发展分布式光伏业务,加快试点生物质综合利用项目。上海最近提出“十四五”要力争上200万千瓦以上的光伏,这是一个很大的挑战,亟需技术进步和政策支持。

在新兴用能方面:开展有商业价值的电化学储能、超级电容,固态电池,水钠电池等新兴储能以及飞轮调频等业务,探索开展电制氢和终端氢电综合利用技术试点。

在智慧用能方面:开展智慧能源管控、智能运维等业务。这一领域涉及到园区,工商业,楼宇用能优化,实现能效提升、需求响应、虚拟电厂功能等。他认为说:互联网平台的构建跟能源系统、交易和服务的结合,都需要进行融合创新。

在能源交易方面:布局电力中长期、电力现货、电力辅助服务、碳排放权等交易代理服务。他解释说:能源互联的关键是能源能被有价值地自由调动使用,跨时空的能源交易是可再生能源高效利用的关键。

张春雁介绍,目前国网上海综合能源服务有限公司结合上海实际,开展有自身特色的“1+N”综合能源服务,在提供一个安全可靠的供电方案的同时提供N个可供客户选择的定制化个性化差异化综合能源解决方案。具体主要包括工商业能源托管和能效提升服务、区域能源优化运维服务、综合能源解决方案服务、新能源综合利用投资和建设运营服务、能源和碳交易服务、能源数据资产增值服务、能源产业金融服务等七大方向三十余专项内容。

终端能源系统亟需开发6项技术

张春雁认为,终端能源消费的模式在不断演化,用户不仅仅是消费能源,而是在向清洁低碳分布式高效利用和数字化智慧化发展,甚至本身也是源网荷储一体化的综合能源系统,双碳目标下,其中的效率问题、清洁低碳问题就是需要引起重视的核心问题。

而解决这些关键问题,需要技术创新来支撑,张春雁列举了六方面技术,并认为这是终端能源系统双碳转型的重要需求。

第一,终端综合能源系统构建技术:综合能源系统的提出与发展,响应了当前能源的去碳化和数字化的整体发展趋势,通过多元协同和多能互补,实现“两高三低”的发展目标:两高是指综合能源效率提高、综合功能可靠性提高,三低是指综合能源系统运行成本降低、碳排放水平降低、空气污染物排放水平降低。

他强调,这需要打通电、气、热(冷)、储能及可再生能源、氢能等新兴零碳能源之间的信息壁垒,实现信息流、能源流、业务流和价值流的交汇贯通,构建清洁高效安全低碳、零碳的综合能源系统,这牵涉到高效低碳零碳用能技术和大云物移智等新兴支撑技术的应用。

张春雁表示:终端能源系统必须要是以安全高效、碳中和为导向,和欧盟国家比起来,这一块我国的综合能源利用效率不高、差距不小。

第二,终端能源系统综合规划仿真技术。综合能源规划是综合能源建设的首要任务,科学优秀的规划是综合能源系统建设成功的决定性因素,科学的综合能源规划可有效实现能源系统的“多规合一”,实现国民经济和社会发展规划、土地利用规划、电力系统规划、热力系统规划、燃气系统规划、供水系统规划、交通系统、通信系统规划、园区或区域工业系统、分布式能源规划、需求侧资源规划等多个专项规划的融合,从而实现区域内各种能源系统的优化集成,提高能源利用效率,有效缩短能源链、降低用能和服务成本,带动能源产业向实现双碳目标发展。

国网上海综合能源服务有限公司近年先后在上海城市建设规划中基于城市能源绿色低碳转型理念利用先进规划工具开展了中国自由贸易试验区临港新片区、外高桥自贸区、张江科学城、杨浦滨江、长三角绿色生态一体化、G60科创走廊等城市重要区域推动综合能源规划,全面布局综合能源项目开发。他以中国自由贸易区临港新片区为例,展示了向世界高水平的综合能源利用接轨的未来城市级综合能源规划,十四五区域一次能源消费中非化石能源占比将超51%,终端电能消费占比将达49%以上。

第三,构建储能+太阳能(风)充一体化终端高效利用系统。他说:“储能是智能电网、“互联网+”智慧能源不可或缺的重要组成部分,是构建新能源为主体的新型电力系统的关键支撑技术,在终端能源系统尤其如此。”储能可以用于解决终端能源系统分布式能源和微网的间歇性、不稳定性,提高能源供应可靠性和灵活性,大大推动终端能源系统太阳能、风能等可再生能源的高效应用。就地分布式光(风)储充一体化项目的发展有利于终端能源系统的清洁化、减碳化和智能化。双碳目标计划中,2030年风光装机要达到12亿千瓦以上,2060年风光装机甚至要达到70多亿,需要大规模储能的技术支撑,而支撑城市可再生能源终端规模化开发利用的技术目前是瓶颈和挑战,光伏光热在城市建筑的大规模消纳应用急需技术突破和政策驱动。

张春雁认为,虽然近期在国内发生了严重的电化学储能不安全事故,但不能因噎废食。走向碳中和的终端能源系统以可再生能源为基础,它的波动性、间歇性必须以储能来解决,才能发挥风光应用的效率和灵活性。但是他认为,电化学储能只能是阶段性的存在,它终将被环保友好型的新兴储能所替代。在被替代之前,应通过改进技术、规范标准来保证安全利用。

第四,全面推动深度电气化技术发展和应用,大大提升终端电气化水平。需要加强材料等基础研究和系统集成创新研究,特别是加快工业领域高温蒸汽电能替代关键技术研究,加快核心装备自主研发并示范应用。他提出的重点是各类分布式热泵、高温蒸汽热泵、高温相变储能和供能系统,低温膨胀和深冷利用,余热、余压、余气等电能往能效提升关键技术。

张春雁分析说,“十四五”期间电能替代要达6000亿到10000亿的目标,但是这些电能替代涉及到不同场景新技术应用,比如工厂里面用蒸汽的场景,需要绝对零度以下的低温场景等如何进行电气化等等。

第五,终端资源聚合和优化利用技术。挖掘需求响应潜力,推动开展虚拟电厂交易。构建基于需求导向的能源现货市场,推动健全市场机制和政策体系,以时变的价格机制引导供需平衡,优化需求侧响应模式,大力开展虚拟电厂交易,打造利益多元化的综合能源数字经济共享平台,培育能源能源互联网新生态。他说,上海今年目标要聚合终端能源系统168万之多的可调节负荷,将占上海电网最大负荷的近5%之多。

第六,构建电氢能源体系、推动氢能的多场景应用。作为迈向碳中和的重要能源的氢能,随着规模化可再生能源电制氢及燃料电池、氢燃气轮机等技术的不断成熟和成本的下降,氢能将在电力、交通、工业、建筑等领域发挥重要作用。电氢协同将成为新能源为主体的新型电力系统的重要组成部分,高效率、低成本、长寿命的固体聚合物电制氢技术、双向可逆的高温固体氧化物电解和发电技术,电解CO2制氢制甲醇等技术,将为氢在终端能源系统的灵活应用创造碳中和的条件,未来发展前景可期。

他说,面向3060双碳目标,我国大规模的可再生能源可能要通过大量的氢能就地制取和利用及远距离输送,来实现能量转化,在能源消费终端发挥作用。而可再生能源电制也是终端能源系统进行深度零碳电气化,实现碳中和的重要环节,绿氢是绿色的能源、友好的能源、和平的能源,碳中和图景中绿氢地位重要。

『报名』2021第七届山西省清洁能源峰会!

报到时间:2021年7月8日下午13:30-21:00

会议时间:2021年7月9日(08:00-18:00)

指导单位:山西省能源局、山西省住房和城乡建设厅、山西省乡村振兴局

支持单位:太原市能源局、大同市能源局、朔州市能源局、忻州市能源局、阳泉市能源局、晋中市能源局、吕梁市能源局、长治市能源局、晋城市能源局、临汾市能源局、运城市能源局

主办单位:山西省太阳能协会

承办单位:国际能源网/光伏头条

会议地点:山西省太原市花园国际大酒店

会议议题:“双碳”目标下山西省光伏产业发展、山西省分布式光伏市场机遇与整县屋顶光伏试点、先进光伏系统助力“乡村振兴”、清洁能源制氢等热点话题。

报名方式:长按图片识别二维码报名,或点击阅读原文,在线报名

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