中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：日前，中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)化工系教授金涌接受了中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)獨(dú)家專(zhuān)訪。金涌院士用化學(xué)家的思維路徑，深入淺出地分析了當(dāng)下人們十分關(guān)注的儲(chǔ)能、氫能、可再生能源替代化石能源等領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)，為受眾呈現(xiàn)了一次以?xún)?chǔ)能為主題的精彩訪談。
金涌院士與記者韓繼波
“實(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)，是我們中國(guó)人自己必須要做的”，習(xí)近平主席關(guān)于“雙碳”的重要講話，被金涌院士反復(fù)提及。那實(shí)現(xiàn)“雙碳”與可再生能源、儲(chǔ)能有什么關(guān)聯(lián)呢？
對(duì)此，金院士指出，“實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，不能過(guò)多依賴(lài)化石能源，必須依靠風(fēng)電、太陽(yáng)能等可再生能源，中國(guó)的可再生能源發(fā)展得非常好?！遍_(kāi)源數(shù)據(jù)顯示，2022年我國(guó)光伏組件出口154.8GW，同比上漲74%。2021年世界十大風(fēng)電整機(jī)制造商我國(guó)占6席。風(fēng)電、太陽(yáng)能對(duì)我國(guó)而言，無(wú)論是資源稟賦、技術(shù)實(shí)力還是產(chǎn)業(yè)規(guī)模都不至于被“卡脖子”。
為可再生能源發(fā)力，新型儲(chǔ)能亟需技術(shù)突破
“可再生能源加（新型）儲(chǔ)能技術(shù)的確是顛覆性創(chuàng)新技術(shù)，這是人類(lèi)使用能量的一次重大轉(zhuǎn)變。煤炭、石油、天然氣這些化石能源，都曾經(jīng)或正在對(duì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著極大推動(dòng)作用。當(dāng)前人類(lèi)進(jìn)入雙碳時(shí)代，不可再生的、有限的化石能源正逐步被風(fēng)電、太陽(yáng)能等可再生能源取代?！苯鹩空f(shuō)。
金涌表示，早前國(guó)際綠色和平組織發(fā)布的研究報(bào)告顯示，太陽(yáng)能提供的能源是目前全球能源需求的2850多倍，所以只要有性能好、價(jià)格低的太陽(yáng)能設(shè)施，理論上太陽(yáng)能是取之不竭、用之不盡的。
太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源對(duì)中國(guó)而言意義重大。我國(guó)的能源稟賦是缺油、少氣，所以重視可再生能源是必然選擇。開(kāi)源數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)煤炭已探明儲(chǔ)量?jī)H占世界煤炭總儲(chǔ)量的11%，人均煤炭占有量?jī)H為200噸，是世界人均煤炭占有量的50%，是美國(guó)人均煤炭占有量的20%。所以，從某種意義上說(shuō)，我國(guó)的煤炭資源并非媒體宣傳的那么豐富。
金涌表示：“如果我們中國(guó)真正不依賴(lài)石油、煤炭、天然氣了，依靠太陽(yáng)能、風(fēng)能，誰(shuí)也阻擋不了我們。所以可再生能源加儲(chǔ)能技術(shù)，對(duì)中國(guó)非常重要?！?
要想打造一個(gè)零碳、沒(méi)有二氧化碳排放的電力系統(tǒng)，欠缺的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)就是儲(chǔ)能?！坝捎陲L(fēng)電、太陽(yáng)能的波動(dòng)性與間歇性很強(qiáng)，可是電網(wǎng)、用戶(hù)又都需要穩(wěn)定的電能供應(yīng)，所以可再生能源須與儲(chǔ)能配合，才能組成一個(gè)智能電網(wǎng)。成功組建智能電網(wǎng)后，就可以代替化石能源了?！苯鹩吭菏空f(shuō)。
一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)是：儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展到今天，并沒(méi)有完全解決自身存在的不足，儲(chǔ)能技術(shù)本身還不完備。“目前，最大的儲(chǔ)能方法，無(wú)論是對(duì)中國(guó)，還是對(duì)世界來(lái)講都是一樣的，它就是抽水蓄能（傳統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)）。但是建設(shè)抽水蓄能電站的要求比較高，首先抽水儲(chǔ)能電站選址有一定難度；第二，抽水蓄能電站投資成本比較高，達(dá)到7000～8000元/千瓦?！?
“現(xiàn)在，（新型）儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用規(guī)模最大的技術(shù)是電化學(xué)電池儲(chǔ)能，而電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)中，目前應(yīng)用廣、效果突出的是鋰離子電池。我國(guó)在鋰離子電池儲(chǔ)能領(lǐng)域有自己的優(yōu)勢(shì)，但是大規(guī)模鋰電池儲(chǔ)能的投資較大，這個(gè)問(wèn)題目前還未完全解決。其他儲(chǔ)能技術(shù)還包括物理儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能等，目前儲(chǔ)能技術(shù)還處在百花齊放的競(jìng)爭(zhēng)階段，還沒(méi)有一項(xiàng)儲(chǔ)能技術(shù)在經(jīng)濟(jì)性、安全性等方面均令人滿(mǎn)意，下大功夫突破（新型）儲(chǔ)能技術(shù)瓶頸顯得尤為緊迫與重要。”金涌表示，“儲(chǔ)能對(duì)中國(guó)來(lái)講是一個(gè)值得在人才培養(yǎng)、技術(shù)研究、工程開(kāi)發(fā)、大規(guī)模運(yùn)行上投資的新興產(chǎn)業(yè)，所以?xún)?chǔ)能產(chǎn)業(yè)大有前途，你們儲(chǔ)能協(xié)會(huì)（儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)）大有用武之地！”
儲(chǔ)能為綠電使用注入新動(dòng)能
工業(yè)、建筑、交通是化石能源消費(fèi)的最主要構(gòu)成，也是降低能耗、排放的重點(diǎn)對(duì)象，可再生能源加儲(chǔ)能技術(shù)是否可以在工業(yè)、建筑、交通三大高耗能、高排放行業(yè)發(fā)揮積極作用呢？
針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，金涌說(shuō)，“當(dāng)然了，鋼鐵業(yè)可以改用電爐煉鋼；建筑行業(yè)可以利用地?zé)崮?、風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源實(shí)現(xiàn)建筑能量自給?！彼又f(shuō)，歐美國(guó)家獨(dú)棟建筑比較普遍，通過(guò)自家的太陽(yáng)能、風(fēng)電裝置，可以實(shí)現(xiàn)電能的自給自足，這樣每戶(hù)的分布式儲(chǔ)能電源裝置就不需要從網(wǎng)上取電，而且還可將多余的電出售給電網(wǎng)公司。中國(guó)可能在特定場(chǎng)景能夠?qū)崿F(xiàn)，比如城市別墅區(qū)、農(nóng)村樓房可以實(shí)現(xiàn)分布式儲(chǔ)能?！?
據(jù)統(tǒng)計(jì)，通常情況下，每輛新能源車(chē)電池儲(chǔ)能60～100千瓦時(shí)，目前我國(guó)新能源車(chē)發(fā)展非?？?，保有量約為1300萬(wàn)輛，新能源車(chē)可作為分布式儲(chǔ)能裝置被廣泛應(yīng)用。
金涌表示，“國(guó)家可以出臺(tái)政策、標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一車(chē)用動(dòng)力電池等儲(chǔ)能裝置接口。我是中國(guó)石化的獨(dú)董，我曾經(jīng)建議中國(guó)石化逐步將他們的加油站改建成充電站或者換電站，這樣將來(lái)就可以盤(pán)活資產(chǎn)。中國(guó)石化的反饋是新能源汽車(chē)保有量還太小。”
“隨著儲(chǔ)能技術(shù)的快速發(fā)展，航空、鐵路、航海電氣化將逐步成為現(xiàn)實(shí)，2060年有望實(shí)現(xiàn)全部電氣化的零碳交通。”金涌表示。
探尋能源未來(lái)路徑，鋰電or氫能？
“我的觀點(diǎn)與很多人相同?，F(xiàn)在的鋰電池、將來(lái)的鈉離子電池技術(shù)進(jìn)步非常快，鋰離子電池、鈉離子電池的發(fā)展趨勢(shì)是不可阻擋的。鋰電池最大的優(yōu)點(diǎn)是給它充多少電，它就存多少電，轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到95%左右，效率非常高、非常劃算。”金涌說(shuō)，“氫對(duì)我這樣一個(gè)化學(xué)家來(lái)講，過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)都不是能源，它是個(gè)材料?！?
目前，我國(guó)氫的年生產(chǎn)量全球最大，年產(chǎn)灰氫4000多萬(wàn)噸，其中3000多萬(wàn)噸用于合成氨或者做化學(xué)品。據(jù)了解，我國(guó)電解水制氫產(chǎn)量很低，原因是成本居高不下。雖然電解水制氫很清潔，但是經(jīng)濟(jì)性偏低，而且電解水制氫技術(shù)有待進(jìn)一步創(chuàng)新與提升。
金涌指出，“氫燃料電池是將氫氣、氧氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的電池，氫燃料電池的實(shí)質(zhì)是化學(xué)電池，而且氫燃料電池的轉(zhuǎn)換效率比較低。電是高質(zhì)量能源，轉(zhuǎn)換成氫，它的能量只有原來(lái)的一半，能源轉(zhuǎn)化率只有50%，在還沒(méi)使用的前提下，就已經(jīng)丟掉50%。制備好的氫氣加注到氫燃料電池后，氫氧反應(yīng)再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茯?qū)動(dòng)車(chē)輛行駛，這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程又會(huì)損失約50%的能量。也就是說(shuō)，把電變成氫，再把氫變成電，整個(gè)過(guò)程會(huì)丟掉75%能量，整體轉(zhuǎn)化效率不高。”
不過(guò)金涌指出，氫燃料電池在特殊情況之下是可以得到應(yīng)用的，比如重載車(chē)、潛水艇，但是成本較高。他強(qiáng)調(diào)指出，安全性阻礙了氫燃料電池車(chē)的推廣應(yīng)用。氫燃料車(chē)配備的高壓氫氣瓶氣壓大于300公斤，而且氫氣分子太小，非常容易滲透、擴(kuò)散，所以氫燃料電池的安全性并不是很理想，不管是氫燃料車(chē)，還是加氫站都是如此。
可再生能源+儲(chǔ)能，為能源需求添彩
有研究數(shù)據(jù)顯示，到2060年，我國(guó)能源消費(fèi)總量約為23.73億～47.46億噸標(biāo)煤，折合用電量19.3萬(wàn)億～38.6萬(wàn)億千瓦時(shí)，人均用電1.3萬(wàn)～2.6萬(wàn)千瓦時(shí)，大致是現(xiàn)在的2.5～5倍。哪種能源、何種能源結(jié)構(gòu)才能滿(mǎn)足我國(guó)如此大規(guī)模的用電量呢？
金涌認(rèn)為，為了實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，為了滿(mǎn)足未來(lái)用電需求，可再生能源配儲(chǔ)能、（可控）核聚變都可能是未來(lái)能源的主要解決方案。金涌院士表示，核聚變電站提供的能量是足夠多的，每升海水中可以提取30毫克重氫，將其作為燃料放到核聚變電站，釋放的能量相當(dāng)于燃燒300升汽油釋放的能量。核聚變?nèi)剂蠚鋪?lái)源于海水，可以使用幾萬(wàn)年，而且不會(huì)產(chǎn)生放射性廢料，不過(guò)這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在還不成熟，但核聚變電站的前景很好。
金涌指出，有預(yù)測(cè)認(rèn)為到2060年，我國(guó)可再生能源加儲(chǔ)能約可滿(mǎn)足能源總需求的80%，其余是天然氣、石油和煤炭，分別占7.4%、7.3%和1.7%。屆時(shí)，仍然會(huì)有化石能源發(fā)電站存在的價(jià)值。前提是他們能夠靈活地調(diào)節(jié)與調(diào)度，可配合可再生能源組網(wǎng)。
