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可再生能源 如何“落户”超大特大城市?

2022-08-12 11:02来源:中国环境报关键词:可再生能源可再生能源发电碳排放收藏点赞

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《城乡建设领域碳达峰实施方案》近日印发,城市作为现代经济活动的中心,其在应对全球气候变化与推进可持续发展中发挥的作用,愈发受到重视,方案中建设绿色低碳城市专设一章便是体现。

但具体实践中,城市在推进用能结构调整等方面仍存在较多困难。现有气候治理框架下,超大特大城市的可再生能源利用难点有哪些,未来低碳转型之路该如何前行?对此,中国环境报记者专访了香港理工大学建筑环境及能源工程学系可再生能源研究室教授杨洪兴。

土地有限、波动明显,可再生能源面临挑战

城市是现代经济活动的中心,也是最主要的能源、资源消耗者和主要的温室气体排放者。在我国,为数不多的超大特大城市占据着相当比例的碳排放量。

中科院陈明星课题组曾对城市尺度下全国碳排放进行了初步核算,结果显示,2019年全国超大特大城市碳排放总量占比为19.45%。

国际能源署(IRENA)发布的《中国能源体系碳中和路线图》指出,提高能效、发展可再生能源等是中国在2030年前实现碳达峰的重要领域。但杨洪兴认为,发展可再生能源在超大特大城市并不轻松,仍有众多挑战。

“风能、太阳能是两种较易大量推广的可再生能源形式,是分布式可再生能源系统的两个主要能量来源,但这两种能源在超大特大城市的推广并不容易。”杨洪兴介绍,超大特大城市可利用土地资源有限,难于安装大量的太阳能光伏系统,风能资源也很有限。同时太阳能应用推广,还存在着屋顶可利用面积少、阴影遮挡以及安装维护难、立面墙体发电效率低等限制。

同时,当电网中有大量的可再生能源供电时,电网的电压稳定是影响可再生能源广泛应用的又一阻碍。杨洪兴指出,由于用户对电力需求逐年提升,导致城市负荷需求大,用电尖峰负荷高。同时对电网蓄能、设备更新换代、传输等的要求也提高了。“当大量间歇、波动且受天气情况影响大的可再生能源电力加入时,就对城市电网的蓄能、传输、调峰、设备更新等提出了更高的要求。”

此外,能源结构调整所带来的,还有相当的经济成本和时间成本。杨洪兴指出,低碳电力设备的投资建设、电网基础设施更新换代成本等支出,会对地方及国家财政带来相当大的压力。而作为参与者,市民对于低碳经济的接受程度与安全意识、培养正确使用新设备的操作能力等也需要一定的过渡时间。

绿色低碳取得进展,香港经验有哪些?

目前,我国超大特大城市的可持续能源利用路径仍在探索之中。但已有的城市经验能够为问题解决提供借鉴,香港便是如此。

根据香港特别行政区政府统计处最新数据,2021年年底香港人口临时数字已达到740.31万人。尽管人口数量众多,但香港的城市绿色低碳发展却走在前面。2021年10月《香港气候行动计划2050》颁布,其中包括在净零碳发电(分布式可再生能源建设推广等)、节能绿建(新建与续存楼宇的节能、提高能源利用效率的能量需求管理等)、绿色运输(汽车减碳与电气化等)、全民减废(废弃物管理以减少城市废弃物填充等)等多方面的行动指南,以应对在2050年前实现碳中和的挑战。

杨洪兴介绍,香港的减碳计划首先便是从能源、建筑方面入手。“在香港,发电所产生的碳排放量超过总量6成,而建筑能耗部分则超过9成的电力消耗。目前仅占1%左右的可再生能源电力,在2035年会增长到7.5%—10%,并在往后持续提升至15%,这对于可利用土地面积有限的高密度的超大特大城市来说,是一个相当可观的比例。其中,离岸风电的开发势在必行。同时,政府建筑节能规范与智慧能源管理系统也是香港推行节能建筑的两大重点,建筑光伏补贴政策也将极大推动城市可再生能源利用的发展。”

香港的减碳计划还涉及绿色运输与全民减废两方面,主要包括氢燃料电池巴士及重型车辆的试行、私家车电力化的推广与新能源轮渡的使用,城市固体废弃物收费、可降解塑料餐具规范与废弃物燃烧发电。

杨洪兴认为,香港与北京、上海等超大特大城市相比,有着众多相同点:存在着城市耗电量大,尖峰负荷需求大、电网调节压力大、可利用土地面积受限的难点。也有着一系列发展绿色低碳城市的基础条件,包括电力基础设施更新换代迅速、城市经济基础好、民众节能环保意识高。

“在这样的背景下,香港对于电力生产与建筑节能、交通运输绿色低碳化与废弃物减排回收等方面的措施,都是可以借鉴共通的。同时,一些对于地域、自然资源条件要求不高的新技术新应用探索,如建筑电气化、分布式能源系统推广、交通电气化、高压直柔输电、柔性用电负荷等,都可以在北京、上海等特大城市进行试验推广。”杨洪兴说。

开源节流,储能技术、能源管理需重视

杨洪兴认为,香港和内地超大特大城市的绿色低碳转型,需要从开源、节流两方面进行,针对不同行业部门进行可行的路径规划,是碳达峰、碳中和目标在各个城市的实现范式。

“开源主要是增加可再生能源,尤其是风电和光伏发电的使用。在可利用的城市屋顶,路边和可利用的地方修建分布式光伏电站,同时投资建设高压大容量输电线路,大量引进北方和西北的光电和风电。此外,海上风场的建立可以有效增加可再生能源发电情况,对于一些沿海特大城市来说是非常有利的碳中和路径。”相比于单一的城市内部分布式可持续能源,杨洪兴更强调对大区域和大电网等多样来源的风能、太阳能,生物能,水电和核能的综合利用。

考虑到未来可再生能源电力对于电网带来的传输和管理压力,杨洪兴着重强调了以抽水蓄能电站建设为代表的电力储能系统。但杨洪兴同时指出,尽管氢能正成为能源的储运、使用的新兴手段,但目前氢能储能技术高成本、安全性不足、商业化程度不完善,仍处于比较初期的阶段。

此外,杨洪兴指出,不同超大特大城市可以根据其自然条件的优势,开发不同的可再生能源,如用潮汐能、地热能供暖和发电,使用地源热泵降低采暖和空调耗能,因地制宜探索适合不同城市发展的具体碳中和路径。

“节流是实现碳中和路径中的另一关键,特别是内地大城市中的工业用电。”IRENA的路线图中对工业部门提高能效的技术着墨很多,并着重强调了建筑与交通部门的电气化。杨洪兴也指出,目前内地工业产品的单位能耗比先进国家的数值相比高得多,提高能源利用率是当务之急。

“小型智慧能源管理系统已经在很多研究团队、企业中有一定的探索,但大规模的智慧能源管理系统需要更大的平台合作、数据支撑与相当的试验。” 杨洪兴认为,虽然有多项能效提高的技术可选,但内地对于能耗数据的长期采集、系统维护的不足和气象等数据不能完全开放使用可能会对相关计划的落实、效果评估带来一定难度,对于智慧能源管理系统应当给予充分的重视。


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