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江億院士：關于碳中和的30個思考
碳知未來 / 2022-07-26 / ：106
碳中和背后是一場高科技競爭，這場競爭的背后并非國際社會強迫我國實行低碳，而是我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要實現(xiàn)低碳。本文匯總了江億院士關于碳中和的30個重要思考和觀點，包含鄉(xiāng)村、建筑、能源、供熱等多領域實現(xiàn)碳中和的路徑。
江億：中國工程院院士、清華大學建筑節(jié)能研究中心主任、中國節(jié)能協(xié)會理事長
碳中和目標實現(xiàn)路徑
思考01：中國能源革命將倒逼工業(yè)、交通、建筑改變自身用能結構
第一步，中國能源革命最主要任務是建立零碳新型電力系統(tǒng)。圍繞整個能源結構的轉型，倒逼工業(yè)、交通、建筑改變自身用能結構。第二步是城市做光儲直柔改造，主要目的不是為了利用屋頂面積，而是解決柔性用電靈活調控，參與調控、成為電力系統(tǒng)的虛擬電廠。
思考02：碳中和背后是一場高科技競爭，是我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要實現(xiàn)低碳
江院士認為，碳中和背后是一場高科技競爭，這場競爭的背后并非國際社會強迫我國實行低碳，而是我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要實現(xiàn)低碳。
實現(xiàn)零碳熱源必須破解三大問題，分別是熱源產(chǎn)熱與終端用熱在時間上不同步、熱源的分布位置與用熱終端地理位置不一致、熱源輸出的參數(shù)與終端用熱需要的參數(shù)不匹配。
消費側的節(jié)能一方面靠發(fā)展創(chuàng)新的節(jié)能技術，提高用能效率；同時也不能丟掉我們 綠色用能綠色生活方式的傳統(tǒng)。一定要避免日常生活能耗隨收入增加后出現(xiàn)的大幅度增長。
思考03：加快建設智能有序充電樁系統(tǒng)，全面回收各類工業(yè)余熱
在他看來，實現(xiàn)能源革命，由化石能源全面轉為零碳能源需要關注三大投資領域：
新型城鎮(zhèn)建筑配電系統(tǒng)和智能有序電動車充電樁的建設。他建議，加快建設智能有序充電樁系統(tǒng)，充分挖掘利用電動車電池資源，同時盡快實現(xiàn)農(nóng)機具電氣化。
新型農(nóng)村能源系統(tǒng)的建設，使農(nóng)村有能源消費者變?yōu)榱闾寄茉吹闹匾a(chǎn)地。他建議，充分開發(fā)利用農(nóng)村各類閑置屋頂資源，發(fā)展光伏發(fā)電。
使流程工業(yè)低品位余熱供給系統(tǒng)成為建筑供暖和非流程工業(yè)生產(chǎn)用熱源。他建議， 全面回收各類工業(yè)余熱，為北方建筑冬季采暖和非流程制造業(yè)提供熱源。
思考04：采用“基準值法”開展生產(chǎn)側排放控制試點
直接碳排放、間接碳排放、碳排放責任方面的相關情況。僅以直接碳排放為評價指標是存在一些問題的。實現(xiàn)碳排放責任分攤有兩種方法：跟蹤全過程各個環(huán)節(jié)碳排放量、基準值法。
并提出了工作建議：進一步推進碳排放責任核算方法的深入論證和國際交流；建立產(chǎn)品基準值分類和數(shù)據(jù)統(tǒng)計體系；采用“基準值法”開展生產(chǎn)側排放控制試點；采用“基準值法”開展地區(qū)減碳工作評價和控制試點將“基準值法”用于各省市、碳排放責任的評價和控制，從而推進先進地區(qū)率先實現(xiàn)碳達峰碳中和。
思考05：全面的零碳改造更可以助力我國制造業(yè)真正由制造大國上升為制造強國
江億指出，零碳能源建設將拉動農(nóng)村以光伏屋頂為基礎的新型能源系統(tǒng)建設、生物質能 源全產(chǎn)業(yè)鏈建設、城市建筑“光儲直柔”配電的建設和改造、全覆蓋的智能充電樁網(wǎng)絡建設、 跨區(qū)域熱網(wǎng)的建設改造和大型跨季節(jié)蓄熱裝置的建設。
屆時目前的大多數(shù)制造業(yè)產(chǎn)能也已經(jīng)收回成本，該更新?lián)Q代，這就為全面的制造業(yè)結構調整和零碳化改造提供了良好的內部和外部條件。零碳電力系統(tǒng)可為制造業(yè)提供充足的低成本電力，全面的零碳改造更可以助力我國制造業(yè)真正由制造大國上升為制造強國。
思考06：先電力后其他、先農(nóng)村后城市、先建筑交通后工業(yè)
中國能源革命的整體順序應該是先電力后其他，重點就是電力；先農(nóng)村后城市，電力也是農(nóng)村先行；先建筑、交通后工業(yè)，因為建筑、交通改造不會影響我國經(jīng)濟發(fā)展，不會拖制造業(yè)后腿，還能形成新的工業(yè)產(chǎn)業(yè)的市場需求，所以能促進制造業(yè)。這些完成后再進行工業(yè)低碳轉型，就會特別順利。
思考07：充分利用農(nóng)村資源，實現(xiàn)以屋頂光伏為基礎的全民電氣化
我國能源低碳轉型要先立后破，要先建設起來零碳的新型電力系統(tǒng)，在通過市場逐步淘汰燃煤機組。此項任務的瓶頸在于儲電，在于解決電源側與用電側在時間上的不匹配問題。
在農(nóng)村建設新型的農(nóng)村能源系統(tǒng)，充分開發(fā)利用農(nóng)村的空間資源和儲能資源，實現(xiàn)以屋頂光伏為基礎的全民電氣化，并且把大量廢棄的生物質材料加工為零碳的生物質燃料進入能源市場；在城市則發(fā)展“光儲直柔”建筑配電和智能有序充電樁網(wǎng)絡，使建筑成為電網(wǎng)的柔性負載。
思考08：將我國的電力系統(tǒng)從集中變?yōu)榉植际剑纬尚碌碾娏W(wǎng)
“實現(xiàn)零碳能源，需要我們全面電氣化，盡可能減少對化石燃料的依賴。”江億認為， 這一選擇將推動我國的電力系統(tǒng)從集中變?yōu)榉植际?，形成新的電力網(wǎng)，同時，在用電終端上， 將發(fā)展靈活用電的柔性負載，實現(xiàn)風電、光電的有效消納。在燃料上，也將大力發(fā)展商品化生物質能源。以上這些能源方面的低碳革命將拉動相關基礎設施投資和新的相關零碳產(chǎn)業(yè)。
鄉(xiāng)村碳中和目標實現(xiàn)路徑
思考09：構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，農(nóng)村有著巨大優(yōu)勢
構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，光伏發(fā)電、風電等項目開發(fā)最需要空間資源，農(nóng)村地區(qū)恰恰有著特別大的優(yōu)勢。通過高分衛(wèi)星圖加人工智能等方式，全面分析了全國農(nóng)村屋頂狀況。經(jīng)統(tǒng)計識別，我國農(nóng)村區(qū)域各類屋頂面積共有273億平方米。” 這些屋頂為農(nóng)村發(fā)展光伏帶來機遇。
江億稱，以目前戶均可安裝屋頂光伏20-40千瓦計 算，農(nóng)村地區(qū)實際可利用的屋頂總安裝量達19.7億千瓦，預測年發(fā)電量接近3萬億千瓦時。“對照 2019年全社會用電量7.2萬億多千瓦時，3萬億千瓦時已超過 1/3的量。
思考10：把農(nóng)村屋頂利用好，讓村民充分用電的基礎上結余至少1.5萬億度電
江億談到，如果好好把農(nóng)村屋頂利用好，就可以實現(xiàn)全面電氣化。不僅可以用電力替代現(xiàn)在農(nóng)村的燃油、燃煤、燃氣，還能在讓村民充分用電的基礎上，結余至少 1.5 萬億度電。
“農(nóng)村屋頂挺多，但是現(xiàn)在多數(shù)地方開發(fā)的方式都是企業(yè)到村里跟村民租屋頂，然后裝 上光伏，產(chǎn)權歸企業(yè)。村民日常仍需正常買電用。實際上除了這種方式，可以實現(xiàn)農(nóng)村用電 自發(fā)自用。”
江億稱，目前，農(nóng)村直流微網(wǎng)功能就是充分利用村里各種閑置屋頂，接收各戶 的富裕電量，儲存之后上網(wǎng)調蓄，把全村徹底電氣化，取消煤、油、氣和生物質燃料。
思考11：探討城鄉(xiāng)能源系統(tǒng)的碳中和路徑，首先要把邊界范圍定義清楚
探討城鄉(xiāng)能源系統(tǒng)的碳中和路徑，首先要把邊界范圍定義清楚。城鄉(xiāng)能源系統(tǒng)主要有工業(yè)、交通、建筑三大部門。
從工業(yè)來看，分成流程工業(yè)和非流程工業(yè)。流程工業(yè)以能源作為基本原料，非流程工業(yè)用能則主要是用它作為燃料提供熱量，再就是用電，間接的碳排放是用電造成的。
交通主要是貨運、客運，還有就是乘用車，未來乘用車將逐漸實現(xiàn)電氣化。從交通部門管理來看，以前比較多的關注營運車輛，包括貨運和客運。
從建筑領域來看，有公共建筑與居住建筑區(qū)分，城鎮(zhèn)建筑與農(nóng)村建筑區(qū)分，各自特點不同，應該把它們定義清楚。
思考12：一個個村就像是小型發(fā)電廠，輸出的是優(yōu)質電力
就是依托農(nóng)村直流微網(wǎng)，充分利用各類閑置屋頂，接收家家戶戶的富裕電量，儲存之后上網(wǎng)調蓄。”江億解釋，一戶有光伏，配上3-5千瓦時蓄電池，自用電量足以解決。
進而再滿足村里的公共用電、大型農(nóng) 機充電、農(nóng)業(yè)和農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)用電等。“多余電量經(jīng)儲存調節(jié)后，在與電網(wǎng)約定好的時段上網(wǎng)，或根據(jù)電網(wǎng)調度要求上網(wǎng)。
思考13：農(nóng)村通過發(fā)展屋頂光伏，可以徹底改變農(nóng)村能源結構
中央提出“雙碳”戰(zhàn)略給農(nóng)村的能源問題找到了新的解決途徑，也是一個新的機遇。從“雙碳”出發(fā)，未來的主要能源是電力。電力主要由風電、光電構成，而風電、光電的開發(fā)最需要的資源是空間。
恰恰在空間資源上，農(nóng)村有著特別大的優(yōu)勢，抓住這個優(yōu)勢好好發(fā)展以屋頂光伏為基礎的農(nóng)村新能源系統(tǒng)，可以徹底改變農(nóng)村的能源結構，使農(nóng)村的社 會發(fā)展、經(jīng)濟發(fā)展水平能夠實現(xiàn)跳躍式的飛躍。
思考14：零碳愿景下的能源供給方案
建立新型零碳電力系統(tǒng)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的革命，其中包括改變電源結構和調控方式， 這是一個革命性變化。要建設帶有跨季節(jié)儲能設施的跨區(qū)域熱網(wǎng)，以全面協(xié)調低品位熱量的供、需、儲。包括電源從現(xiàn)在集中電源改成集中和分布相結合的電源供給，現(xiàn)在電網(wǎng)調節(jié)靠電源側發(fā)電機組調節(jié)，未來要變成電源和終端聯(lián)合調節(jié)。
建筑碳中和目標實現(xiàn)路徑
思考15：建筑實現(xiàn)全面電氣化，要從目前的煤電轉化為綠電
減少建筑運行的直接碳排放：直接碳排放：由于燃燒或是能源導致的二氧化碳的直接排放；建筑運行相關的直接碳排放：全面電氣化，不再使用燃料。
減少建筑運行的間接二氧化碳排放：建筑實現(xiàn)全面電氣化，電力要從目前的煤電為主轉為綠電；綠電：核電、水電、風電、光電、生物質發(fā)電我國目前綠電占總電量30%，2030年達到一半，2045年全部綠電。
思考16：建筑配電系統(tǒng)將成為建筑實現(xiàn)‘雙碳’目標的重要支撐技術。
“光儲直柔”是在建筑領域應用光伏發(fā)電、儲能、直流配電和柔性用能四項技術的簡稱， 但并非簡單的組合，而是有機融合并構成一個整體來實現(xiàn)柔性用能，實現(xiàn)建筑與電網(wǎng)之間的 友好互動。建筑配電系統(tǒng)將成為建筑及相關部門實現(xiàn)‘雙碳’目標的重要支撐技術。”
思考17：推廣零碳會促進新的大量相關技術的發(fā)展進步，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展
江億描述了一個低碳的未來。隨著低碳社會的發(fā)展，熱量會越來越珍貴。“因為以前是燃料燒火提供熱量，再把熱量變成電，熱在前面，電在末端。推行零碳后，電在前面，風電、光電、核電、水電都是電，熱在末端，于是熱的珍貴性就凸顯出來了。”
而這個時候，大規(guī)?？缂竟?jié)儲熱在經(jīng)濟上、低碳發(fā)展上等各方面變得可行了，可以把全年的余熱收集起來，變廢為寶，實現(xiàn)零碳。由于有了儲能裝置，儲熱會比儲電更便宜。
他表示，通過技術革命，在2050年前后將實現(xiàn)建筑零碳運行，“而且很重要一點是， 推廣零碳并不是給自己增加障礙和成本，反而會促進新的大量相關技術的發(fā)展進步，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。”
思考18：建筑領域推進碳中和過程中要避免大拆大建
江億指出，優(yōu)化建筑碳排放管理需要從全生命周 期進行碳排放總量的核算與控制，而不是使用常用的清單法核算當年的碳排放。江億強調，在推進碳中和的過程中，要避免大拆大建，把建設的重點從新建轉為維修和功能提升，發(fā)展建筑低碳的延壽和功能提升技術，實現(xiàn)建設領域的戰(zhàn)略轉移；降低建筑運行中產(chǎn)生 的碳排放。
對于如何推進農(nóng)村零碳新型能源系統(tǒng)的建設，江億建議：建立適配的融資機制，梳理各類有關農(nóng)村的補貼政策，集中財力，建成農(nóng)村微網(wǎng) 和生物質加工能力，實現(xiàn)新型能源系統(tǒng)公共部分的建設；提供政府擔保，低息貸款方式 解決每個農(nóng)戶家庭屋頂光伏和戶內用電系統(tǒng)的改造，實現(xiàn)農(nóng)戶無償用電，解決生活、生產(chǎn)的全部用能，還能夠靠剩余電力上網(wǎng)還本付息。
思考19：全面電氣化是實現(xiàn)雙碳目標的主要途徑
建筑的低碳、降碳是指降低建筑運行過程中直接和間接排放二氧化碳量，全面電氣化是實現(xiàn)雙碳目標的主要途徑，當然還必須繼續(xù)開展建筑節(jié)能工作，這是實現(xiàn)雙碳目標的基礎。
除此之外，在全面踐行“雙碳”目標的背景之下，建筑行業(yè)應為電力系統(tǒng)“零碳化” 作出更多的貢獻。電力系統(tǒng)要實現(xiàn)革命性轉變，從目前以化石能源為基礎的集中式電力系統(tǒng) 轉為以可再生電力為主的集中與分布結合的新型電力系統(tǒng)。
新型電力系統(tǒng)中風電光電將占發(fā) 電裝機容量的 80%以上，發(fā)電量的 60%以上。有效消納風電光電將成為發(fā)展風光電的最關鍵問題，通過一系列建筑用能技術進行削峰填谷、實現(xiàn)柔性用電，可以為風電光電的發(fā)展起 到重大作用，這就要求建筑在配電模式方面進行變革。
思考20：把建筑物的性能提高，比把建筑物外面看著更漂亮點，可能重要得多
要是有一個30年建成的房子，該怎么做？首先肯定我說不會給它拆了，推倒重來，這事跟我剛才說的就矛盾了。那么提升它的質量，如果沒有電梯，把電梯給補上，這個對我們老年人太有好處了。
然后維護結構的改造，尤其是在北方地區(qū)，把房子保溫好了，門窗做好了，對改善屋子里的，尤其是冬天的性能，節(jié)約用能會有特別大的作用，起很大的好處。所以，把建筑物的性能提高，比把建筑物外面看著更漂亮點，可能重要得多。
思考21：公共建筑低碳轉型要從四個方向發(fā)力
作為建筑節(jié)能重點領域的公共建筑，需要從強化能耗總量和強度雙控，發(fā)展為能耗與碳排放總量和強度雙雙控；從進一步節(jié)能和提升建筑與系統(tǒng)能效，發(fā)展為提升建筑 用能系統(tǒng)的柔性和韌性、建設光儲直柔的建筑、社區(qū)、園區(qū)能源系統(tǒng)，提升可再生能源利用量和吸納電網(wǎng)可再生電量；從制定規(guī)章制度和標準體系，到更加科學和嚴格的措施；要建立全過程節(jié)能低碳管理體系，盡快大幅度降低各類公共建筑的碳排放強度。
思考22：電池會是未來最寶貴的儲能調節(jié)的資源
零碳電力發(fā)展面臨的 兩大困難，一是空間在哪，風電、光電安裝需要空間，建筑屋頂實際是一個非常好的資源， 應該好好加以利用，開發(fā)屋頂光伏發(fā)電；另一個問題在于，發(fā)展風電、光電是電源側跟用電 負荷二者的匹配，燈一關，電廠就得少發(fā)電，二者要保持平衡。
但風電、光電不能人為控制，就得對用電側進行相應的調節(jié)，在這方面，建筑能起到很大的作用，尤其將來全面推廣電動車，電池會是未來最寶貴的儲能調節(jié)的資源。
能源碳中和目標實現(xiàn)路徑
思考23：在新型電力系統(tǒng)的運作規(guī)則下，終端用能設施將變成電力系統(tǒng)中不可或缺的一部分
談到海南省實現(xiàn)零碳島的關鍵，江億院士指出建立零碳的新型電力系統(tǒng)是整體目標實現(xiàn)的關鍵因素。在新型電力系統(tǒng)的運作規(guī)則下，終端用能設施如建筑和汽車將變成電力系統(tǒng)中不可或缺的一部分。
一些節(jié)能技術的應用使建筑和汽車的性質發(fā)生了轉變，在未來的能源結構中，建筑設計和汽車的選擇將不僅僅要考慮其使用的效果，還要考慮為投資和使用者可以 帶來什么樣的經(jīng)濟效益。
思考24：怎樣處理消納秸稈，是實現(xiàn)碳中和必須解決的重要任務
對于生物質，我們普遍認為是零碳的，但是不同的消納方式都會產(chǎn)生氧化亞氮還有甲烷，這兩種氣體屬于非二氧化碳溫室氣體，而且比二氧化碳產(chǎn)生的溫室效應更厲害。
在中國生物質消納方式中，水稻秸稈還田產(chǎn)生的非二氧化碳溫室氣體占我國的非二溫室氣體排放中的很大比例。因此，怎樣處理消納秸稈，使其排放最少，是實現(xiàn)碳中和這一目標中必須面對和解決的重要任務。
思考25：未來建筑將是一個集發(fā)電、用電、儲電于一身的新型能源綜合體。
智能化建筑將不止要滿足綠色低碳的用能需求，還要滿足電力系統(tǒng)靈 活電力平衡的需求。大型建筑從上至下的使用面積，從屋頂、外立面甚至到地下空間都將成 為寶貴的資源，通過更科學和系統(tǒng)的設計開發(fā)，不斷提高利用效率和擴展應用場景，為用戶 提供新的價值體驗和服務。從目前的技術發(fā)展趨勢可以預測光電技術、儲能技術與建筑設計 的融合會大有可為。
思考26：生物質合理化消納需從干、濕兩方共同發(fā)力
從碳中和角度看待生物質的合理化消納，最好的方式是——對于干生物質，就是先制成成型燃料，再燃燒，整個過程就不再有非二氣體排放；對于濕生物質來說，就是沼 氣發(fā)酵，再分離出二氧化碳，利用或填埋這部分二氧化碳，剩下的甲烷是生物燃氣，沼渣、沼液是有機肥，可以頂替一部分化肥，這么綜合起來，可能就是最好的處理方式。
思考27：糧食和能源的“雙生產(chǎn)雙輸出”，成為我國解決三農(nóng)問題的重要措施
我們就要建立以屋頂光伏為基礎的農(nóng)村新型能源系統(tǒng)，實現(xiàn)全面電氣化，替 代所有的化石能源。全面解決環(huán)境、固廢、健康問題，置換出生物質能源，與光伏電力合作 制成零碳燃料，供應能源市場，給農(nóng)區(qū)、林區(qū)農(nóng)民增加新的收入來源，實現(xiàn)農(nóng)村土地糧食和能源的“雙生產(chǎn)雙輸出”，成為我國解決三農(nóng)問題的重要措施。下沉到生物質發(fā)展方向來說，就是發(fā)展商品化生物質燃料，用來替代化石燃料，減少化 石能源燃燒產(chǎn)生的直接碳排放。
供熱碳中和目標實現(xiàn)路徑
思考28：通過海水淡化制備熱淡水，實現(xiàn)水熱聯(lián)產(chǎn)、水熱同送
談及我國北方城鎮(zhèn)零碳供熱的實現(xiàn)，江億特別指出：
要開發(fā)利用沿海地區(qū)核電、火電、鋼鐵廠余熱，通過海水淡化制備熱淡水，實現(xiàn)水熱聯(lián)產(chǎn)、水熱同送、水熱同蓄、水熱分離。
開發(fā)利用北方保留下來的3億千瓦火電，獲取4億千瓦熱量，通過蓄熱裝置和全部回收余熱， 為80億平方米建筑供熱。
部分鋼鐵、有色、化工產(chǎn)業(yè)和垃圾焚燒等余熱，也可供熱10億平方米，建立跨季節(jié)蓄熱裝置，充分利用全年排放的余熱。
對于30億平方米難以連 接集中熱網(wǎng)的建筑，通過集中的中水水源、以及分散的空氣源等多種電動熱泵方式供熱。
思考29：開發(fā)利用沿海地區(qū)核電、火電等，可為城鎮(zhèn)80億平方米建筑進行供熱
開發(fā)利用沿海地區(qū)核電、火電、鋼鐵廠余熱，通過海水淡化制備淡水，實現(xiàn)水熱聯(lián)產(chǎn)，再加上建設若干個大型跨季節(jié)蓄熱裝置，可為城鎮(zhèn)80億平方米建筑進行供熱；
開發(fā)利用北方地區(qū)保留下的3億千瓦火電，通過蓄熱和余熱回收，可為80億平方米建筑供熱；
利用部分鋼鐵、化工產(chǎn)業(yè)和垃圾焚燒及其排放余熱，也可為 10 億平方米建筑供熱；
通過多種電動熱泵方式供熱，如集中的中水水源、分散的空氣源等，這些可為 30 億平方米難以連接集中熱網(wǎng)的建筑供熱。
思考30：社會減碳量的15%靠熱泵，余熱回收同時還能大幅降低煙氣里的污染物
江億院士在報告中指出，實現(xiàn)碳中和目標，須實現(xiàn)以可再生能源為基礎的零碳能源和低碳能源結構。熱泵技術的新挑戰(zhàn)第一是做高效，第二是高溫和干燥，第三是綠色工質。
整個社會減碳量的15%靠熱泵。熱泵在建筑領域大概能替代3.5億噸，在集中供熱大概能替代1~1.5億噸，工業(yè)生產(chǎn)中能替代10億噸。余熱回收同時還能大幅降低煙氣里的污染物，改善大氣環(huán)境， 實現(xiàn)碳污共治。
