凝練聚智聚力的能源網際網路“朋友圈”

——專訪清華大學電機係副教授魯宗相

來源:中國網 時間:2021-09-29 15:10:28 編輯:劉婷婷 點擊:

在全球經濟社會大變革的關鍵時刻,“雙碳”目標進一步加速轉型和創新的步伐,面對新形勢下能源網際網路建設的機遇與挑戰,清華大學電機係副教授魯宗相認為,想要實現“雙碳”目標背景下的普惠能源未來,需要聚智、聚力,識變應變,以核心技術助力營造關鍵場景,方可闊步行穩,“希望通過能源網際網路國際創新峰會等平臺,聚攏更多的力量,比如電力、能源、固廢處理、綠色建築、社會治理等,促成與能源網際網路相關的各個領域形成一個大交叉、大融合的綜合體系,在這樣一個廣域的‘朋友圈’裏,各方明晰自身定位,充分發揮作用。”

魯宗相
魯宗相

“雙碳”演進機遇與挑戰
問:“雙碳”目標背景下,能源網際網路建設與發展面臨怎樣的機遇與挑戰?
魯宗相:“雙碳”是近年來談論較多的熱點話題,如若談及相關的機遇與挑戰,我想從一份國際上最新的關於轉型路徑的技術報告來展開。這份報告中提出很重要的一個觀點即是,未來有6條關鍵的實現碳減排或者説脫碳的技術路徑,第一條是可再生能源發電,貢獻可佔到25%,第二條是提高能效,貢獻佔到25%,第三條是電氣化,貢獻佔到20%,這三條路線已經佔據了脫碳目標70%的貢獻,而這70%的貢獻都可被視為能源網際網路建設的新機遇。
能源網際網路作為傳統電力系統到智慧電網的進一步發展的新階段,是電力系統向能源系統綜合融通的轉化,在物理層形成各種能源互通互濟的格局,在資訊層形成物理資訊深度融合的局面,在價值層其核心是建立創新能源的運營模式。不管是可再生能源發電,還是提高能效,還是電氣化,都是未來所面臨的機遇。從這個角度而言,未來的能源網際網路建設具有更好的機會,有著前所未有的廣闊市場。

但需要引起重視的是,所面臨的挑戰同樣巨大。現在大家談及未來電力系統建設所提到的關鍵詞,一個是“雙高”,未來電力系統會呈現出高比例可再生能源、高比例電力電子裝備接入的特點,這種“雙高”特性對傳統電力系統的規劃、運作和安全性帶來了極大的挑戰。我們面臨的第二個關鍵詞是“雙峰”,電網的夏、冬季負荷高峰給電源籌措和電網傳輸都帶來了巨大壓力。新形勢下如何做到電力電量平衡就成了整個行業運營的技術挑戰。第三個挑戰是關於市場方面的,從國發2002年5號文到中發2015年9號文,電力體制改革一直在努力前行,我們在努力建設中國的電力市場。隨著“雙碳”目標的提出,傳統的電力市場之外增加了關於碳市場的建設內容,如何把兩者融合起來達到相互促進的效果,也是很大的一項技術挑戰。
場景解析與技術賦能並行
問:第三屆能源網際網路國際創新峰會立足“智慧城市”、“流域”、“重工業”三大場景,在您看來,為何會把這三大場景做優先的解析?其中是否存在亟待解決的難點?
魯宗相:這三個場景都有其發展邏輯,也各有其特色及現實意義。
首先是“重工業”場景,我國目前處於工業化的後期階段,尚未完成工業現代化的全過程,與發達國家相比,我們處於工業化的關鍵階段。我國工業發展有幾個顯著特徵,比如擁有世界上最齊全的工業門類,基本屬於國際上獨一無二的存在。但這是既有利又有弊的事情,好的方面來看我國作為世界工廠,與他國競爭時具有相當優勢,壞的方面而言我們保留了部分産能較低、能耗較高的行業。那麼,如何在重工業領域將能源網際網路的場景建設好,解決能效的提升問題,便成為整個能源網際網路建設的關鍵點及難點。
再看“智慧城市”場景,這涉及到城鎮化的推進。數據顯示,我國的城鎮化率大約是60%,從戶籍城鎮化率的指標來看數值還會更低。城市化率代表著一個國家的先進水準,與能源的發展有著密切的關係。每提升一個百分點的城鎮化率,對應的各種能耗將增加8000萬噸左右,所增加的碳排放數值驚人,將達到約2億噸。這種情況下給我們帶來的壓力非常大,需要利用智慧城市建設實現提高城鎮化率的同時做到可持續的城市發展。此時結合成都公園城市建設,有很多內容可以探討。
第三個場景“流域”。這是很有四川特色的場景,並以此映射到全球範圍的類似場景。成都所在的川西平原,都江堰是數千年來水利綜合治理的標桿性工程,那麼現代水利工程如何在全流域為發電及綜合利用等方面做好保障,讓空氣、水、土壤不受污染前提下可持續發展?總體思路是在一邊治理一邊利用的條件下,實現更好的區域建設。從更全局的層面來看,目前全球風電、光伏是發展重點,但水電在整個清潔能源中還佔據著50%左右的份額,不能忽略。結合地域特點而言,智慧流域是必須關心和優先的場景。
問:本屆峰會聚焦智慧氫能、儲能及迴圈利用、能源半導體、能源數字化和金融科技五大核心技術,這些技術目前現況及發展趨勢如何?
魯宗相:應該説,這五大核心技術都有著非常高的潛力,或者説會成為未來能源支撐的五大技術驅動這樣的理念。當然,從現況來看,各個技術領域的發展並不均衡,需要將問題提出,聚攏各方智慧共同探討。
第一項核心技術“智慧氫能”,想要實現“雙碳”目標,就得努力在終端做到盡可能的電氣化,但電氣化做到100%並不現實,少量的非電氣化必然存在。在終端能源維持電氣化和氫能化的組合,構成了當前終端能源完全無碳化的最佳途徑,如此氫能的發展非常必要。如何從氫能的製備到傳輸轉換及至最終的終端運用都實現清潔低碳需要發展綠氫技術,以做到不涉及化石能源的參與。目前綠氫技術成本還偏高,如何實現成本控制很關鍵。此外從特性上看,氫既是材料又是能源,做好氫能全面推廣的價值對我國及至全球的各個領域發展都非常關鍵。
第二項核心技術“儲能與迴圈利用”,《能源技術革命創新行動計劃(2016-2030年)》中提到我們關注的幾項重點技術,太陽能利用、風電技術、先進儲能等,先進儲能的核心要素在於如何解決儲能材料的迴圈利用問題。比如大家所用到的電化學,除了關心其安全和成本,還得重點解決迴圈利用問題。動力電池退役後如何處置,加上鋰資源的制約,鋰電材料回收勢在必行。碳中和帶來的變化造成電動車和儲能市場的大幅增長,所涉及的需求非常巨大,綜合考慮環保和資源約束、價格成本,注重迴圈利用就非常必要了。
第三項核心技術“能源半導體”,剛才提到了“雙高”的問題,事實上去年年末國家提出以新內容為主體的新型電力系統,新的能源戰略下怎樣把新能源發展好成為重中之重。不管是風電還是光伏,都採用逆變器接入到電力系統,逆變器的基礎單元就是能源半導體。從這個角度來講,如何研製新型的功率半導體器件,再把其做成一個裝備再到系統構建,整個過程中的技術都會成為關注的重點。目前來看還有很多關鍵環節實際上對我國是“卡脖子”技術,需要予以重點解決。

第四項核心技術“能源數字化”,數字化可實現廣譜施效,對能源系統及其他領域的應用都能很好的實效。能源領域必然利用其進行賦能,要推動全球的能源轉型,實現低碳化、清潔化、電氣化,要把數字化技術作為關鍵基礎,不可替代。在這個過程中,其作用一方面是通過自動化推動數字化進入新階段,提升效率、降低成本,讓整體競爭力得以提升;一方面是數字化技術的升級迭代,能夠讓整個能源行業的轉型具有更好的技術基礎,並且所有的用戶在數字化技術充分應用的基礎上將有更好的體驗。
第五項核心技術“金融科技”,撇開技術不談,金融的力量對整個社會經濟有非常關鍵的基礎性的促進作用。結合能源領域和氣候變化,提出氣候金融科技的概念,形成氣候金融和數字科技的交叉融合,這是一個跨行業的大交叉,搞技術的專家跟搞經濟學的專家以及搞社會治理的專家共同探討發展問題。從底層技術來講,大數據、人工智慧、區塊鏈、雲計算、物聯網等技術,疊加數字貨幣、移動支付、銀行、風險投資等場景,悉數融合起來才能夠更好解決問題。
能源網際網路與“人城境業”
問:在您看來,成都如何在借勢“雙碳”目標背景,在能源網際網路領域開闢新賽道?
魯宗相:成都是一個有特色的城市,特質標簽眾多,底蘊深厚。“雙碳”目標背景下,成都有一項非常重要的優勢是公園城市建設,即“人、城、境、業”高度和諧統一的現代化城市。若從能源網際網路建設的發展來闡述這四大核心,“人”即以人為本,依託高效、穩定的電網,為城市民眾和各種服務行業提供穩定的電力供應,以客戶需求為基礎促進技術發展;“城”即城鎮化,現代化城市需要構建泛在感知的智慧電網,準確調控整個城市的能源脈動,實現清潔綠色電力的高效利用,期間的智慧樓宇、智慧小區建設是每個民眾真實感受到的,是城市變化、發展的內涵所在;“境”即環境,緊扣公園城市理念將之建設實現,需要將電力設施有機融合到城市景觀的設計中;“業”即産業,此處應是在能源互聯領域開闢的新技術發展方向與産業再造,比如綠氫等,以及結合以智慧電網為樞紐的新型服務平臺,所延展出來的多元業務、新型市場等,都是可以積極拓展的新賽道。
問:政策與金融的利好之下,能源網際網路領域的相關企業如何探行發揮創新之力?
魯宗相:創新並非一個可以一概而論的話題。政策和金融的發力帶來了諸多利好,但如何利用好各項支援舉措,更好地借力施為,使能源網際網路領域的相關企業創新、煥新前行,考究的是企業的智慧與技巧以及執行力。
首先一定要把握能源網際網路的核心特點和思維,即“去中心化”,每一方都可以建立自己的“朋友圈”,凸顯自己的特色。然後是關鍵技術賽道的選擇,要抓住現在碳技術的發展趨勢,圍繞高效率、低排放的目標發揮創新要素,以科技和理念的創新促進企業的發展。厘清與碳相關的新技術發展脈絡,以此創造新的産品思維,此時若將視線轉至公園城市建設,可以圍繞公園城市來探索如何在智慧交通、智慧建築、智慧家居等領域發力,城市居民的衣食住行皆有可創新的點,只要有新的理念、新的想法都可以探索施行。最後是利用好金融政策,以之加速産品的轉化上市,儘快見到成效,讓創新步入穩步加速的軌道。最終,在“雙碳”目標背景下,多措並舉實現普惠能源的未來。(方昀瑋 圖片由主辦方提供)