我国“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的目标设定，对能源业提出了零碳要求，即在能源生产、使用过程中不增加二氧化碳的排放，光能、风能等可再生能源将走上电力主场。近日，在由科学技术部、中国工程院、清华大学联合主办，以“碳达峰碳中和关键技术问题和工程路径”为主题的长城工程科技会议2021年第一次主题大会上，中国工程院院士、清华大学建筑学院教授江亿指出，推动零碳能源发展，我国城乡基础设施建设将发挥重要作用，成为实现碳中和目标的重要技术载体。
低碳革命将拉动相关基础设施投资
“实现零碳能源，需要我们全面电气化，尽可能减少对化石燃料的依赖。”江亿认为，这一选择将推动我国的电力系统从集中变为分布式，形成新的电力网，同时，在用电终端上，将发展灵活用电的柔性负载，实现风电、光电的有效消纳。在燃料上，也将大力发展商品化生物质能源。以上这些能源方面的低碳革命将拉动相关基础设施投资和新的相关零碳产业。
以光能为例，我国可在广大农村地区推广以屋顶光伏为核心的新型农村能源系统。在山西省芮城县的试点显示，每户农民家庭的屋顶上都可架设一定数量的光伏设备，每户发电可达每年2.2万千瓦时，内部采用直流配电，优先自发自用。所产生的电能除满足做饭、采暖、生活热水等生活用能外，还可以供交通工具充电、农机具农产品加工，此外，还能外送1万千瓦时剩余电能。每户投资仅为10～12万元，具有很好的推广前景。江亿介绍，利用卫星高分图片，已识别出我国农村区域建筑屋顶区域面积达273亿平方米，保守估计可安装光伏20亿千瓦，年发电量可达2.95万亿千瓦时，可占未来我国电力总量的23%，“由此可见我国农村建筑屋顶的光伏开发潜力”。
在城镇建设上，“光储直柔”的配电方式也将有效消纳风电和光电。经过测算，我国城镇建筑屋顶光伏可开发量为8.3亿千瓦，年发电量可达1.23万亿千瓦时。这些电力可满足城镇建筑自身用电的30%～40%。同时，城镇建筑加上临近的停车场，“一位一桩”的智能充电桩与电动汽车连接，建筑内部配电也将改为直流系统，由此形成“需求侧响应”的用电模式，可成为电力的柔性负载。“在城镇百公里范围内有风电光电基地，这些光储直柔建筑就可以仅靠零碳电力运行。”江亿说。以上推动零碳能源的城镇基础设施也将有较大的建设潜力。
同时，在城乡发展商品化生物质能源也将大有可为。我国可开发利用的生物质能源共有8亿吨标准煤当量，但还远远未得到开发利用。具体包括麦秸、玉米秸、稻草等农业秸秆，果木、落叶等林业枝条，牲畜粪便和农副产品加工垃圾、餐厨垃圾等。对这些生物质材料的商品化能源加工方式，包括压缩颗粒供清洁燃烧、提高燃烧效率、可替代木炭，压缩成块供工业锅炉和发电，建设大型沼气池再分离出二氧化碳后，得到纯度95%以上的甲烷。此外，在北方沿海地区，基于核电余热的水热联产联供，可进行海水淡化生产95摄氏度的热淡水，采用单管输送热淡水，实现“水热同送”。在终端经过“水热分离”，可同时供应常温淡水和供暖热量。
全面的零碳改造更可助力建设制造强国
利用以上技术手段，对于我国的“双碳”目标，江亿提出了这样的设想：2035年之前，我国实现以零碳电力为目标的电力系统革命性改造，完成风电和光电的发展和消纳。配合电力系统改造，加速发展电动汽车、智能充电桩、建筑“光储直柔”。同时，发展农村新型能源系统和生物质商品能。完成对北方城市建筑供热零碳热源的改造。此外，大力发展相关的“朝阳产业”制造业，停止新建燃煤电厂、炼油等高碳项目，同时抓紧研究各个制造业未来零碳转型的具体技术路线和工艺。到2035年之后，再把低碳转型的重点放到制造业结构调整和工艺改造上，实现零碳的制造业生产。
江亿指出，零碳能源建设将拉动农村以光伏屋顶为基础的新型能源系统建设、生物质能源全产业链建设、城市建筑“光储直柔”配电的建设和改造、全覆盖的智能充电桩网络建设、跨区域热网的建设改造和大型跨季节蓄热装置的建设。“这些建设虽初期成本高，但主要为劳动力成本和国内成熟的制造业产品，后期运行维护成本低，可提供优质能源，由此实现能源安全，具有很高的建设潜力。”
此外，零碳能源系统建设需要大量新兴产业的产品，包括电池、电动汽车、充电桩、光伏产业、低压直流配电产品、大功率芯片和直流建筑电力产品等，江亿认为，我国这些新兴产业技术多数处在世界“领跑”或“并跑”水平，将得到有效拉动，成为未来制造业产业和工程的主要出口市场。
江亿指出，到2035年，零碳电力系统基本建成，制造业零碳化的相关研究和路径设计也基本完成。届时目前的大多数制造业产能也已经收回成本，该更新换代，这就为全面的制造业结构调整和零碳化改造提供了良好的内部和外部条件。零碳电力系统可为制造业提供充足的低成本电力，全面的零碳改造更可以助力我国制造业真正由制造大国上升为制造强国。
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