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实现“双碳”目标,亟须多种技术“抱团”发力

来源:科技日报2021-11-12 09:11

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  “现在城市的交通拥堵还很普遍,带来的交通污染怎么解决?其中一个办法是把货运转到地下去,建设城市的地下智慧物流运输系统。这个系统如果建成,人们购买任何商品都只需要点一下鼠标,所购商品就像自来水一样通过地下管道很快‘流入’居住小区的自动提货柜……”

  近日,在江苏省科协主办的2021年江苏科技论坛的报告中,国家最高科学技术奖获得者、中国工程院院士、陆军工程大学教授钱七虎用这番畅想,分享地下空间开发利用与交通碳减排的远景。

  钱七虎认为,地下空间开发利用可以与交通碳减排、人工碳汇、建筑碳减排、能源的绿色转型“组团”,为实现碳达峰碳中和(以下简称双碳)提供解决方案。

  能源变革要循序渐进

  中国工程院院士、上海交通大学碳中和发展研究院院长黄震建议,要从供给侧和需求侧探索电力零碳化、燃料零碳化、再电气化、智慧化、高效化等方面,促进能源变革。

  中国科学院院士、西安交通大学教授郭烈锦则建议,以大规模低成本清洁发电制氢、二氧化碳还原与碳高值化循环利用,构建五位一体的能源体系。

  “当前,中国二氧化碳排放的最大来源是化石能源的燃烧。”作为深耕能源领域几十年的资深从业者,国家能源集团科学技术研究院有限公司副总经理朱法华认为:“控制二氧化碳排放,首当其冲的是要控制煤炭消费。中国煤炭约一半用于燃烧发电,减少电力行业的煤炭消费是减少二氧化碳排放的有效手段,但中国富煤贫油少气的资源禀赋,使得电力行业很难离开煤炭。”

  “面向碳中和的能源变革,要循序渐进,先立后破,先把新能源为主的新型电力系统建立起来,再逐渐减少化石能源比例。作为保障型能源,化石能源还会继续为国民经济作贡献,当然也要达到零碳的排放。”中国工程院院士、上海交通大学碳中和发展研究院院长黄震认为,迎接能源变革,需要同时在能源供给侧和需求侧推进革命。

  “重中之重是电力的脱碳和零碳化。”黄震解释,电力脱碳与零碳化,核心是构建以新能源为主体的新型电力系统。对此,德国的经验或有借鉴意义。

  此前,德国宣布将在2022年全面弃核,2038年前关闭所有煤电厂,2050年构建全部100%采用可再生能源的用能体系。

  德国在推进可再生能源发展中立法先行,建立起遍布全国的分布式光伏发电、风电、生物质发电及储能机组;通过基于大数据的电力供给侧和需求侧的预测与管理,以及基于互联网的电力交易和服务平台,有效促进可再生能源消纳,提高电网的供需平衡。在德国,高比例的可再生能源已使常规火电从基荷电力转变为调峰电力,成功实现了能源结构转型。

  “市场化的电价、电力系统的调节、基于互联网的电力交易等都是值得我们借鉴的。”黄震说。

  可再生能源制取助力零碳化

  电力的脱碳和零碳化,离不开燃料零碳化。燃料零碳化是以太阳能、风能等可再生能源为主要能量制取可再生燃料,包括氢、氨和合成燃料等。

  郭烈锦认为,发展大规模低成本的可再生能源的转化存储技术大有可为。

  “例如,太阳能光/热耦合制氢及碳氢燃料,以水为基,构建光/热催化耦合制氢、制碳氢燃料的碳氢循环,实现太阳能到燃料化学能的能量与物质的耦合转化。”郭烈锦解释。

  碳中和是一场绿色革命,如果没有颠覆性、变革性的技术突破,不可能实现碳中和,黄震认为,助推能源利用高效化、再电气化、智慧化也势在必行。

  黄震认为,在加速零碳电力供给的基础上,加快工业、建筑、交通等领域的再电气化,是提高能源利用效率、实现能源利用脱碳和零碳的重要途径。而如何通过互联网、物联网、人工智能、大数据、云技术等信息与控制技术,将人、能源设备及系统、能源服务互联互通,使电源、电网、负荷和能源存储深度协同,也值得深思。

  将碳“围剿”在城市地下空间

  “要实现‘双碳’目标,一定要聚焦城市。”钱七虎说,有数据显示,全球碳排放的三分之二或者四分之三来自城市,而中国三线以上城市总面积占到了国土面积的1/6。全球变暖的罪魁祸首是碳排放,应对之策是碳减排与碳汇。

  钱七虎解释,碳汇有生态碳汇和人工碳汇。生态碳汇是发展绿水青山的生态建设。而人工碳汇可以利用地下空间的封闭性、稳定性等优势,把捕捉到的二氧化碳永久封存地下。

  如果说地下空间是尚待开发的固碳“潜力股”,对建筑业和交通业的绿色转型,地下空间同样大有可为。

  钱七虎表示,交通的碳减排有两个途径:“一个是零碳燃料,最好用氢,但是氢要解决运输和储存的问题。另一个是交通转地下,用电动交通,不用直接燃料的交通,发展地铁为主的城市地下轨道交通、地下低真空高速磁悬浮的城际交通、发展地下物流系统。当然,光有轨道交通不够,还要有城市地下快速路系统,发挥私家车‘门对门’的优势。”(金 凤

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