當萬(wàn)物皆可發(fā)電，碳中和還遠嗎?

新能源時(shí)代，在“碳中和、碳達峰”加速的背景之下，能源產(chǎn)業(yè)如何轉型？建筑節能如何實(shí)現？水、風(fēng)、氫、光等可再生能源如何按需調配？一系列問(wèn)題亟待解答。在此次對話(huà)中，江億院士與顏河教授圍繞碳中和科技創(chuàng )新思路、能源低碳轉型技術(shù)與應用，以及能源革命的風(fēng)險與挑戰等議題進(jìn)行了深入討論。

江億院士在建筑節能領(lǐng)域深入研究數十年，顏河教授也在有機太陽(yáng)能領(lǐng)域內有過(guò)長(cháng)時(shí)間的探索，同時(shí)也是第二屆“科學(xué)探索獎”能源環(huán)保領(lǐng)域的獲得者。兩位嘉賓分別從各自專(zhuān)業(yè)角度出發(fā)，重點(diǎn)分析了以光電普及為代表的能源革命可行路徑，以及如何通過(guò)能源革命推動(dòng)普及全新的用電文化。

實(shí)現碳排放目標

是推動(dòng)我國能源革命的重要機遇

2020年9月，我國在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì )一般性辯論上宣布，中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現碳中和。這是中國對國際社會(huì )的承諾，也是對國內的動(dòng)員令。問(wèn)題在于，我國在人均GDP增長(cháng)的目標壓力下，實(shí)現上述碳排放目標的挑戰和機遇是什么？

GDP與CO?脫鉤才能可持續發(fā)展

江億表示，人均GDP增長(cháng)的目標與碳排放目標的實(shí)現其實(shí)并不矛盾。從發(fā)達國家的經(jīng)驗可以看出，當社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展水平到一定程度的時(shí)候，社會(huì )經(jīng)濟的繼續增長(cháng)一般都會(huì )與碳排放量脫鉤。社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展不意味著(zhù)碳排放量的線(xiàn)性增長(cháng)，而打破線(xiàn)性方向實(shí)現“脫鉤”的關(guān)鍵，就是國家內部促成能源革命，改變人類(lèi)社會(huì )獲取和使用能源的方式，通過(guò)新的路徑獲取可再生能源。

這意味著(zhù)，碳排放目標的挑戰，核心是能源革命背后從能源消費結構到理念的全方位升級，進(jìn)而影響全社會(huì )經(jīng)濟增長(cháng)和社會(huì )理念變革。

讓可印刷的發(fā)電“報紙”無(wú)處不在

顏河則從能源革命的挑戰解讀出實(shí)現碳排放目標過(guò)程中的豐富機遇：一是可再生能源的普及空間很大，比如風(fēng)能、電能等再生能源發(fā)電占總發(fā)電量不到10%，光能的發(fā)電規模也可以再提升；二是相關(guān)科學(xué)技術(shù)的創(chuàng )新與研發(fā)很有前途。

首先在技術(shù)層面，顏河教授介紹了現在最新的太陽(yáng)能電池溶液制備生產(chǎn)工藝，“它不像傳統的硅太陽(yáng)能電池，還需要經(jīng)過(guò)高溫、耗電的工藝，而是可以用印刷的工藝來(lái)做，最終可以像印刷報紙一樣來(lái)印刷太陽(yáng)能電池。”可以想象，如果將來(lái)我們身邊所有的“報紙”都可以發(fā)電，我們把“報紙”貼在建筑上面，建筑自身就可以發(fā)電，停車(chē)棚也可以發(fā)電并給電動(dòng)車(chē)充電，城市所有的地方都可以放這種便宜的印刷出來(lái)的可以發(fā)電的“報紙”，這是可再生能源比較理想的應用場(chǎng)景，讓可以印刷的發(fā)電“報紙”無(wú)處不在，讓可再生能源無(wú)處不在。

其次，在突破卡脖子難題的人才儲備方面也較為樂(lè )觀(guān)，以有機光伏為例，目前在清華大學(xué)、北京大學(xué)和中科院化學(xué)研究所聚集了相當數量的強實(shí)力人才，下一代新興的太陽(yáng)能技術(shù)指日可待。

碳中和的科技創(chuàng )新體系：

技術(shù)普及與文化變革并重

農村光伏屋頂的開(kāi)發(fā)未來(lái)將貢獻1/4發(fā)電量

實(shí)現碳中和目標背后的能源革命，涉及能源消費結構改變，核心是用可再生能源替代化石能源。江億用若干具體實(shí)例說(shuō)明碳中和科技創(chuàng )新體系的目標，其一就是技術(shù)實(shí)際應用落地的可行性和能源需求側的平衡。比如在光電實(shí)際應用落地的場(chǎng)景中，多沙漠地帶的西部和中部地區比東部地區、農村比城市有更大范圍的安裝空間，但東部和城市地區是我國用電重負荷地區，因此現階段我國部署光伏的策略仍然以東、中部地區為主，但是可以通過(guò)技術(shù)革新更充分利用有限空間，增加資源開(kāi)發(fā)量。

按照衛星云圖的AI解析結果來(lái)看，中國廣大的農村屋頂，可以安裝的太陽(yáng)能光伏，按照20%的發(fā)電效率算，能裝20億千瓦，一年發(fā)電量能達到3萬(wàn)億度電（2019年中國總電力為7.5萬(wàn)億度），中國到2035年全面電氣化，每年預計需要12萬(wàn)億度電，農村光伏屋頂的開(kāi)發(fā)，未來(lái)將占比發(fā)電量的1/4。

從“源隨荷變”到“荷隨源變” 的供給側改革

其二是可再生能源供給側和需求側的平衡，改進(jìn)儲能技術(shù)以解決電源側和負荷側的矛盾。當前，自然發(fā)電的供給側與實(shí)際生產(chǎn)生活方式形成的需求側的電量曲線(xiàn)并不匹配，因此挖掘儲能潛力，成為碳中和科技創(chuàng )新的重要目標之一。已有的儲能手段包括蓄水儲能、以蓄電池為代表的化學(xué)儲能和氫儲能，是典型的“源隨荷變”思路，“末端用電多少，高低電場(chǎng)得跟著(zhù)調，跟著(zhù)改變發(fā)電量。”江億認為，基于電源側發(fā)電的不可控性，未來(lái)應該提倡“荷隨源變”的解決思路，“有電我多用，沒(méi)電我少用，這叫作需求側響應”。

以電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)發(fā)展為例，過(guò)去的電動(dòng)汽車(chē)強調賣(mài)點(diǎn)為“充電十分鐘，里程一千公里”，不僅在技術(shù)實(shí)現上存在困難，而且會(huì )對電源側的電網(wǎng)造成極大負擔，與零碳目標相去甚遠；而現在倡導的發(fā)展思路是采用智能充電樁，根據太陽(yáng)能變化電的產(chǎn)出情況進(jìn)行充電。顏河進(jìn)一步細化補充了未來(lái)在普及電動(dòng)汽車(chē)基礎上，廣泛應用智能電力系統可能解決“源”與“荷”的矛盾：在日常生活、工作期間，閑置的電動(dòng)汽車(chē)在接入智能充電樁的同時(shí)實(shí)際接入了系統電網(wǎng)，在電源側充足時(shí)可以為電動(dòng)汽車(chē)充電，電源側不足則不充或從電動(dòng)汽車(chē)中反向充電，反補電力系統。“未來(lái)如果有3億輛電動(dòng)小汽車(chē)，一輛車(chē)50度電，50千瓦時(shí)的儲電量，3億輛就是150億度電。未來(lái)中國風(fēng)電、光電要出7萬(wàn)億到8萬(wàn)億，以7.5萬(wàn)億為例，一年350天，一天250億度電，就能儲150億度電，從而可以把光電風(fēng)電的電量充分利用起來(lái)。”

“光儲直柔”，讓建筑更節能

同理，未來(lái)的建筑也可以借由建筑材料的革新，成為儲能放能的具體單元。根據江億的介紹，現在推廣建筑的新型配電方式目標為“光儲直柔”：“‘光’是光伏，‘儲’是建筑物里的儲能，‘直’是建筑物里配電要改成直流配電，柔是‘光儲直’三者的最終目的，實(shí)現柔性用電，或者叫做柔性負載。”根據電源側的情況，電源側有電則儲電，無(wú)則供給反補電源側或自行使用儲蓄的電能，緩解發(fā)電和用電之間的矛盾。而現階段有機光伏材料的發(fā)展很有可能讓這種設想成為現實(shí)。相比于無(wú)機材料（如硅），有機光伏材料更加柔軟，能夠將電轉化為光，在未來(lái)有望作為建筑材料完成發(fā)電和放電的功能；同時(shí)，相比于現在的硅材料，有機光伏材料有更豐富的顏色，可以更好地滿(mǎn)足人們的審美需求；還具備一定的可調節透明度，能根據需求過(guò)濾一定的陽(yáng)光光線(xiàn)，更好地適應城市建筑場(chǎng)景需求。

騰訊作為產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一部分，2013—2015年就開(kāi)始探索光伏太陽(yáng)能技術(shù)應用于智慧建筑領(lǐng)域。而顏河教授提到的有機光伏材料，以及江億院士的農村屋頂光伏鋪設思路，恰好能解決萬(wàn)超提到的轉化率低以及建筑體的（采光、通風(fēng)、美觀(guān)等）生動(dòng)匹配難題。

全新的用電文化，促成真正的能源革命

在此基礎上，江億提倡一種全新的用電文化以實(shí)現“荷隨源變”的技術(shù)邏輯：相比于過(guò)往投入大成本以蓄電儲能的思路解決需求側的用電需求，未來(lái)還應進(jìn)一步鼓勵用戶(hù)盡可能多用直接消納，“跟著(zhù)太陽(yáng)走，直接消納光電，盡可能少給電力系統調峰增加負擔”。其次，在發(fā)電成本與用戶(hù)貢獻上，逐漸引導用戶(hù)形成“自助餐”的理解方式：相比于通過(guò)技術(shù)手段強調用戶(hù)貢獻，用戶(hù)接受“用戶(hù)電價(jià)為定額，但用戶(hù)用電量存在差異”更有利于在更大范圍內新能源的推廣。上述技術(shù)邏輯的應用和用電文化的形成將會(huì )促成真正的能源革命：在技術(shù)落地的情況下，從建筑到衣服面料等材料均可利用太陽(yáng)能發(fā)電，用戶(hù)也得以從原本依賴(lài)于集中式管理到可能的自主分布式管理，從而發(fā)展出高度分布性自適應的能源使用方式。

科技企業(yè)如何助力碳中和目標的實(shí)現

中國設立長(cháng)期碳中和目標，無(wú)論對于中國還是世界都具有劃時(shí)代的積極意義。但作為全球第一排放大國，實(shí)現碳中和目標仍然任重道遠，因此亟須多方主體共同參與?？萍计髽I(yè)因其自身社會(huì )責任與技術(shù)優(yōu)勢，需要運用技術(shù)手段幫助自身、用戶(hù)以及供應鏈更好地實(shí)現碳中和目標。

司曉院長(cháng)表示，騰訊可以提供實(shí)踐的一個(gè)場(chǎng)景。用電文化的培養是非常重要的。前不久騰訊提出，要把可持續社會(huì )價(jià)值的創(chuàng )新作為公司新的戰略方向，也為此先期投入500億，其中很重要的方向之一就是碳中和。碳中和除了騰訊自身建筑物以及比較大的IDC計算部分的碳中和之外，更重要的是，作為是離用戶(hù)最近的產(chǎn)品，微信、QQ都是覆蓋上十億的用戶(hù)，如何在用電文化乃至能源革命方面起到助力，三位嘉賓也給出了自己的建議。

在未來(lái)，科技企業(yè)促進(jìn)能源革命可以從以下方向努力：

其一是人工智能技術(shù)的應用，助力實(shí)現“自調節、自融合、自適應”的能源使用方式。江億認為，人工智能技術(shù)一大重要應用場(chǎng)景，就是識別電源側和負荷側的用電規律，為用戶(hù)提供個(gè)性化的、優(yōu)化的充放電方案。

萬(wàn)超也贊同這一觀(guān)點(diǎn)，并給出了具體的實(shí)踐路徑：以云端、大數據作為學(xué)習工具，將建筑里的數據集合起來(lái)做相應的AI計算與分析，更深入地學(xué)習用戶(hù)的用電習慣后，提供優(yōu)化策略，最后下載到本地，實(shí)現本地化控制。

其二是企業(yè)內部用電方式的改進(jìn)。顏河認為，可以將科技企業(yè)耗電量大的計算設備直接放置在光伏發(fā)電較為充裕的位置，降低運輸過(guò)程中產(chǎn)生的耗能。同時(shí)綜合運用人工智能技術(shù)，合理安排計算設備的運轉率：在電量充足的時(shí)候充分運轉，在電量有限時(shí)采用部分運作的方式。江億提出科技企業(yè)可以首先從辦公大樓的應用場(chǎng)景增加光電、風(fēng)電等新能源的消納，比如停車(chē)場(chǎng)內聯(lián)動(dòng)管理智能停車(chē)樁，或是在大樓內率先安裝蓄能電池，提倡電能的使用。

其三是通過(guò)科技企業(yè)的影響力，引導用戶(hù)逐漸形成新的用電文化。司曉舉例說(shuō)，比如在社交產(chǎn)品上增加“綠色用電指數”，引導用戶(hù)在波峰波谷時(shí)更合理用電；或者通過(guò)類(lèi)似于碳積分，如碳足跡的量化計算，讓用戶(hù)感知到每一次用電動(dòng)作對碳中和目標實(shí)現的貢獻，比如把閑置的車(chē)輛放在智能充電樁上的時(shí)候，實(shí)際上就是在為智能電網(wǎng)作貢獻。