中國工程院劉中民：大型儲能技術(shù)可實現(xiàn)多種清潔能源間的電和熱的高效采暖

      近日，在全國鋼鐵與能源化工行業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展研討會上，中國科學院大連化學物理研究所所長、中國工程院院士劉中民如是說：“長期以來，我國包括煤炭、石油、天然氣、可再生能源和核能在內(nèi)的能源系統(tǒng)在不斷發(fā)展，但由于各能源分系統(tǒng)相互獨立，未能協(xié)調(diào)發(fā)展，產(chǎn)生了一些局部矛盾，整體效率并不高?！?/u>


        在劉中民看來，目前我國這種“九龍治水”的能源發(fā)展格局已不能適應(yīng)“清潔低碳、安全高效”的總體發(fā)展要求，亟待探尋出一條能源系統(tǒng)之間互補及耦合利用的新道路，破除能源系統(tǒng)板塊分割、互相獨立的體制壁壘。


        那么如何破除能源系統(tǒng)壁壘，從而探索出一條新道路呢？


        目前現(xiàn)狀：受限于資源稟賦特點，當前化石能源仍是我國能源生產(chǎn)和消費的主體。電力規(guī)劃設(shè)計總院《中國能源發(fā)展報告2018》顯示，2018年，我國能源生產(chǎn)37.7億噸標準煤，其中原.煤占比69.1%，同時非化石能源生產(chǎn)占比逐年增加，已成為世界水電、風電、太陽能發(fā)電裝機大國；2018年能源消費中，煤炭占比59%，非化石能源占一次能源消費的比重為14.3%，這一比例預(yù)計在2030年達到20%。




        因此，當前我國能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一些局部矛盾，煤炭多用于發(fā)電且利用率低，同時缺乏新技術(shù)支撐，是大氣污染的主要來源；石油資源短缺且油品質(zhì)量不高，對外依存度不斷攀升，難以提供化工基本原料，嚴重制約下游精細化工行業(yè)發(fā)展；太陽能、風能等可再生能源并網(wǎng)率低，難規(guī)?；?，水能、核能相對過剩等。


         “原則上要想減少二氧化碳排放就要減少化石能源的利用量，但這并不意味著同比例增加可再生能源就可以彌補，因為利用方式不一樣；既要鼓勵清潔、可再生能源，但同時又要在國家的整個能源結(jié)構(gòu)里發(fā)揮更大的作用，就牽涉到怎么設(shè)計各能源系統(tǒng)之間關(guān)系的問題。”劉中民說。


        最佳方法：急需突破能源互補及耦合利用的核心技術(shù)


        在劉中民看來，我國現(xiàn)有的煤炭、石油、天然氣、可再生能源（風能、空氣能熱泵、地源）與核能5大能源類型之間，存在通過相對優(yōu)勢的互補融合、對沖消除各種能源種類劣勢、形成整體優(yōu)勢的發(fā)展需求和巨大技術(shù)創(chuàng)新空間。


         “我們的思考是化石能源這塊要優(yōu)化，實現(xiàn)資源的清潔高效利用，煤、石油和天然氣應(yīng)該統(tǒng)一考慮，交叉耦合替代，原理上是可行的?！眲⒅忻裾f，以化石能源為例，煤化工大多屬于低碳分子重構(gòu)的放熱過程，石油加工屬于大分子裂解的吸熱過程，兩者的耦合不僅可以大幅提高能效，也可以彌補各自的不足。


        劉中民進一步表示，在清潔能源領(lǐng)域，水能、風能、光能、空氣能以及核能之間，可以通過大型儲能技術(shù)實現(xiàn)電和熱的高效利用；另外利用可再生能源、核能等制取的氫，可以補充煤化工之所缺，也可以與二氧化碳通過催化耦合而制取油品和大宗化學品，實現(xiàn)可再生能源與傳統(tǒng)化石能源的耦合，總體上實現(xiàn)碳減排。“多種技術(shù)的結(jié)合可以因地制宜地形成低碳化清潔能源供應(yīng)系統(tǒng)，促進能源消費革命?！?/u>



        在劉中民所暢想的新型能源體系中，可再生能源與新能源將部分替代化石能源供電、供熱，并通過富余電力生產(chǎn)氫能，為交通燃料生產(chǎn)、化工品合成提供氫源；化石能源將通過物質(zhì)轉(zhuǎn)化，滿足交通燃料、化工品、焦炭、電石、新型碳材料等產(chǎn)品生產(chǎn)需求。而要構(gòu)建這種低碳化多能融合的新型能源體系，關(guān)鍵在于關(guān)聯(lián)各分系統(tǒng)的核心技術(shù)突破。




        “區(qū)域的能源體系多了，就構(gòu)成了全國的能源體系”



         “技術(shù)是首先需要解決的問題，技術(shù)突破之后，我們才能構(gòu)建技術(shù)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)，才能進一步做戰(zhàn)略分析和研究。我們要做一套國家能源決策的技術(shù)支撐體系，把所有與能源相關(guān)的技術(shù)都編到數(shù)據(jù)庫里，使不同能源之間通過技術(shù)可以連在一起。做能源規(guī)劃時，可以對比能效、二氧化碳排放、經(jīng)濟效益，優(yōu)選方案?！眲⒅忻癖硎?。


        鑒于我國復(fù)雜的能源應(yīng)用場景，很難有一種通用的模式去實現(xiàn)多能融合的新能源體系構(gòu)建，因此劉中民表示，可選擇典型的、具有代表性的能源區(qū)域，通過具體區(qū)域場景的分析、綜合性的示范，研究技術(shù)之間怎樣合理搭配和有效優(yōu)化。“區(qū)域的能源體系多了，就構(gòu)成了全國的能源體系?！?/span>


        據(jù)介紹，中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院目前已選定了山西大同、陜西榆林、甘肅武威、青海西寧4個各具特色的典型區(qū)域做能源綜合利用的示范?！按笸忻骸L電、光伏，是中國典型的能源區(qū)，資源很多；榆林是世界的大型煤化工基地，區(qū)域內(nèi)還有石油、天然氣、風能、光伏，這是一個綜合性的規(guī)劃?！?/span>


        正旭對此解讀：



        空氣能熱泵作為一種節(jié)能用電型的制熱采暖設(shè)備，需要使用電量而非生產(chǎn)電量。因而，當中科院實現(xiàn)多種清潔能源打破壁壘的技術(shù)時，能夠?qū)崿F(xiàn)電量體系化管控，有助于提高電量利用。屆時有著更高管控電量作為后盾，空氣能采暖可大力推廣至中國華東、華南、華北、東北、西北、西南、華中七大區(qū)，配合煤改電清潔取暖工程，將二氧化碳排放量降低，以及PM2.5污染顆粒的減少，還給子孫后代一個美好環(huán)境。