当万物皆可发电,碳中和还远吗?|腾讯对话·Tencent Dialogue

|热点专题 作者:腾讯研究院 2021-07-06

​2021年6月29日,由腾讯研究院与腾讯新闻共同搭建的 “腾讯对话·Tencent Dialogue”【科技世界观】 举行了第三期对谈。 中国工程院院士、清华大学教授江亿,以及香港科技大学教授颜河与腾讯云副总裁万超,聚焦“ 碳中和之能源革命和技术创新 ”主题展开“云对话”,对话由腾讯研究院院长司晓担任主持。
新能源时代,在“碳中和、碳达峰”加速的背景之下,能源产业如何转型? 建筑节能如何实现? 水、风、氢、光等可再生能源如何按需调配? 一系列问题亟待解答。 在此次对话中,江亿院士与颜河教授围绕碳中和科技创新思路、能源低碳转型技术与应用,以及能源革命的风险与挑战等议题进行了深入讨论。
江亿院士在建筑节能领域深入研究数十年,颜河教授也在有机太阳能领域内有过长时间的探索,同时也是第二届“科学探索奖”能源环保领域的获得者。 两位嘉宾分别从各自专业角度出发,重点分析了 以光电普及为代表的能源革命可行路径,以及如何通过能源革命推动普及全新的用电文化。

 

实现碳排放目标是推动我国能源革命的重要机遇

 

2020年9月,我国在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布,中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。 这是中国对国际社会的承诺,也是对国内的动员令。 问题在于,我国在人均GDP增长的目标压力下,实现上述碳排放目标的挑战和机遇是什么?

GDP与CO₂脱钩才能可持续发展

江亿表示,人均GDP增长的目标与碳排放目标的实现其实并不矛盾。 从发达国家的经验可以看出,当社会经济发展水平到一定程度的时候,社会经济的继续增长一般都会与碳排放量脱钩。 社会经济发展不意味着碳排放量的线性增长,而打破线性方向实现“脱钩”的关键,就是国家内部促成能源革命,改变人类社会获取和使用能源的方式,通过新的路径获取可再生能源。

这意味着,碳排放目标的挑战,核心是能源革命背后从能源消费结构到理念的全方位升级,进而影响全社会经济增长和社会理念变革

让可印刷的发电“报纸”无处不在

颜河则从能源革命的挑战解读出实现碳排放目标过程中的丰富机遇: 一是可再生能源的普及空间很大,比如风能、电能等再生能源发电占总发电量不到10%,光能的发电规模也可以再提升; 二是相关科学技术的创新与研发很有前途

首先在技术层面,颜河教授介绍了现在最新的太阳能电池溶液制备生产工艺,“它不像传统的硅太阳能电池,还需要经过高温、耗电的工艺,而是可以用印刷的工艺来做,最终可以像印刷报纸一样来印刷太阳能电池。 ”可以想象,如果将来我们身边所有的“报纸”都可以发电,我们把“报纸”贴在建筑上面,建筑自身就可以发电,停车棚也可以发电并给电动车充电,城市所有的地方都可以放这种便宜的印刷出来的可以发电的“报纸”,这是可再生能源比较理想的应用场景,让可以印刷的发电“报纸”无处不在,让可再生能源无处不在。

其次,在突破卡脖子难题的人才储备方面也较为乐观,以有机光伏为例,目前在清华大学、北京大学和中科院化学研究所聚集了相当数量的强实力人才,下一代新兴的太阳能技术指日可待。

 

碳中和的科技创新体系:技术普及与文化变革并重

 

农村光伏屋顶的开发未来将贡献1/4发电量

实现碳中和目标背后的能源革命,涉及能源消费结构改变,核心是用可再生能源替代化石能源。 江亿用若干具体实例说明碳中和科技创新体系的目标,其一就是技术实际应用落地的可行性和能源需求侧的平衡。 比如在光电实际应用落地的场景中,多沙漠地带的西部和中部地区比东部地区、农村比城市有更大范围的安装空间,但东部和城市地区是我国用电重负荷地区,因此现阶段我国部署光伏的策略仍然以东、中部地区为主,但是可以通过技术革新更充分利用有限空间,增加资源开发量。

按照卫星云图的AI解析结果来看,中国广大的农村屋顶,可以安装的太阳能光伏,按照20%的发电效率算,能装20亿千瓦,一年发电量能达到3万亿度电(2019年中国总电力为7.5万亿度),中国到2035年全面电气化,每年预计需要12万亿度电, 农村光伏屋顶的开发 ,未来将占比发电量的1/4。

从“源随荷变”到“荷随源变” 的供给侧改革

其二是可再生能源供给侧和需求侧的平衡,改进储能技术以解决电源侧和负荷侧的矛盾。 当前,自然发电的供给侧与实际生产生活方式形成的需求侧的电量曲线并不匹配,因此挖掘储能潜力,成为碳中和科技创新的重要目标之一。 已有的储能手段包括蓄水储能、以蓄电池为代表的化学储能和氢储能,是典型的“源随荷变”思路,“末端用电多少,高低电场得跟着调,跟着改变发电量。 ”江亿认为,基于电源侧发电的不可控性,未来应该提倡“荷随源变”的解决思路,“有电我多用,没电我少用,这叫作需求侧响应”。

以电动汽车的技术发展为例,过去的电动汽车强调卖点为“充电十分钟,里程一千公里”,不仅在技术实现上存在困难,而且会对电源侧的电网造成极大负担,与零碳目标相去甚远; 而现在倡导的发展思路是采用智能充电桩,根据太阳能变化电的产出情况进行充电。 颜河进一步细化补充了未来在普及电动汽车基础上,广泛应用智能电力系统可能解决“源”与“荷”的矛盾: 在日常生活、工作期间,闲置的电动汽车在接入智能充电桩的同时实际接入了系统电网,在电源侧充足时可以为电动汽车充电,电源侧不足则不充或从电动汽车中反向充电,反补电力系统。 “未来如果有3亿辆电动小汽车,一辆车50度电,50千瓦时的储电量,3亿辆就是150亿度电。 未来中国风电、光电要出7万亿到8万亿,以7.5万亿为例,一年350天,一天250亿度电,就能储150亿度电,从而可以把光电风电的电量充分利用起来。 ”

“光储直柔”,让建筑更节能

同理,未来的建筑也可以借由建筑材料的革新,成为储能放能的具体单元。 根据江亿的介绍,现在推广建筑的新型配电方式目标为“光储直柔”: “‘光’是光伏,‘储’是建筑物里的储能,‘直’是建筑物里配电要改成直流配电,柔是‘光储直’三者的最终目的,实现柔性用电,或者叫做柔性负载。 ”根据电源侧的情况,电源侧有电则储电,无则供给反补电源侧或自行使用储蓄的电能,缓解发电和用电之间的矛盾。 而现阶段有机光伏材料的发展很有可能让这种设想成为现实。 相比于无机材料(如硅),有机光伏材料更加柔软,能够将电转化为光,在未来有望作为建筑材料完成发电和放电的功能; 同时,相比于现在的硅材料,有机光伏材料有更丰富的颜色,可以更好地满足人们的审美需求; 还具备一定的可调节透明度,能根据需求过滤一定的阳光光线,更好地适应城市建筑场景需求。

腾讯作为产业互联网的一部分,2013—2015年就开始探索光伏太阳能技术应用于智慧建筑领域。 而颜河教授提到的有机光伏材料,以及江亿院士的农村屋顶光伏铺设思路,恰好能解决万超提到的转化率低以及建筑体的(采光、通风、美观等)生动匹配难题。

全新的用电文化,促成真正的能源革命

在此基础上,江亿提倡一种全新的用电文化以实现“荷随源变”的技术逻辑: 相比于过往投入大成本以蓄电储能的思路解决需求侧的用电需求,未来还应进一步鼓励用户尽可能多用直接消纳,“跟着太阳走,直接消纳光电,尽可能少给电力系统调峰增加负担”。 其次,在发电成本与用户贡献上,逐渐引导用户形成“自助餐”的理解方式: 相比于通过技术手段强调用户贡献,用户接受“用户电价为定额,但用户用电量存在差异”更有利于在更大范围内新能源的推广。 上述技术逻辑的应用和用电文化的形成将会促成真正的能源革命: 在技术落地的情况下,从建筑到衣服面料等材料均可利用太阳能发电,用户也得以从原本依赖于集中式管理到可能的自主分布式管理,从而发展出高度分布性自适应的能源使用方式。

 

科技企业如何助力碳中和目标的实现

 

中国设立长期碳中和目标,无论对于中国还是世界都具有划时代的积极意义。 但作为全球第一排放大国,实现碳中和目标仍然任重道远,因此亟须多方主体共同参与。 科技企业因其自身社会责任与技术优势,需要运用技术手段帮助自身、用户以及供应链更好地实现碳中和目标。

司晓院长表示,腾讯可以提供实践的一个场景。 用电文化的培养是非常重要的。 前不久腾讯提出,要把可持续社会价值的创新作为公司新的战略方向,也为此先期投入500亿,其中很重要的方向之一就是碳中和。 碳中和除了腾讯自身建筑物以及比较大的IDC计算部分的碳中和之外,更重要的是,作为是离用户最近的产品,微信、QQ都是覆盖上十亿的用户,如何在用电文化乃至能源革命方面起到助力,三位嘉宾也给出了自己的建议。

在未来,科技企业促进能源革命可以从以下方向努力:

其一是人工智能技术的应用,助力实现“自调节、自融合、自适应”的能源使用方式。 江亿认为,人工智能技术一大重要应用场景,就是识别电源侧和负荷侧的用电规律,为用户提供个性化的、优化的充放电方案。

万超也赞同这一观点,并给出了具体的实践路径: 以云端、大数据作为学习工具,将建筑里的数据集合起来做相应的AI计算与分析,更深入地学习用户的用电习惯后,提供优化策略,最后下载到本地,实现本地化控制。

其二是企业内部用电方式的改进。 颜河认为,可以将科技企业耗电量大的计算设备直接放置在光伏发电较为充裕的位置,降低运输过程中产生的耗能。 同时综合运用人工智能技术,合理安排计算设备的运转率: 在电量充足的时候充分运转,在电量有限时采用部分运作的方式。 江亿提出科技企业可以首先从办公大楼的应用场景增加光电、风电等新能源的消纳,比如停车场内联动管理智能停车桩,或是在大楼内率先安装蓄能电池,提倡电能的使用。

其三是通过科技企业的影响力,引导用户逐渐形成新的用电文化。 司晓举例说,比如在社交产品上增加“绿色用电指数”,引导用户在波峰波谷时更合理用电; 或者通过类似于碳积分,如碳足迹的量化计算,让用户感知到每一次用电动作对碳中和目标实现的贡献,比如把闲置的车辆放在智能充电桩上的时候,实际上就是在为智能电网作贡献。

 

腾讯对话·Tencent Dialogue

“腾讯对话·Tencent Dialogue" ,始于2020,是腾讯研究院与腾讯新闻共同搭建的交流平台,旨在面向公众、面向行业、面向世界,把公众的担心与全球视野、企业视角更好地进行结合。

 

2020年,腾讯研究院推出了第一季“全球战疫”系列直播。 面对新冠疫情这一近百年来人类历史上最严重的公共卫生危机,腾讯对话通过一系列深度对话交流,探讨疫情的冲击与应对,思考科技如何在此过程中发挥更大的作用。

 

2021年,“腾讯对话·Tencent Dialogue"第二季“科技世界观”正式开启,讨论重点聚焦于引导技术善用,为人类提升福祉。

前沿杂志
互联网前沿42

无人驾驶汽车正从科幻变成现实。作为第二次机器革命(即如今的人工智能变革)的重要产物和标志,无论从未来5年、10年抑或20年来看,无人驾驶汽车都可能产生巨大影响,这些影响牵扯到人类生活的方方面面,需要政策制定者现在就开始绸缪无人驾驶汽车的未来并应对其潜在影响。

2018-07-11

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