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論新能源汽車在碳達峰、碳中和目標實現過程中該如何發揮作用?

2021-01-05 13:51  來源:中國電動汽車百人會  瀏覽:  

用儲能電池在陽光充足、風力較大、豐水期發電高峰時,將電儲存起來,在風力減弱,陽光黯淡、枯水期時將電池中的電補充到電網上去,就可以維持電網穩定運行。無疑,這是個可行的辦法,但需要規模龐大、質量可靠、源源不斷的電池供應。誰有這個規模?惟電動汽車。

近日在北京舉行的中央經濟工作會議上,提出了2021年八項重點任務,其中第八項為:加快調整優化產業結構、能源結構,推動煤炭消費盡早達峰;大力發展新能源,實現減污降碳協同效應,提升生態系統碳匯能力;做好碳達峰、碳中和工作,力爭我國二氧化碳排放在2030年前達到峰值,2060年前實現碳中和。在此之前,國家主席習近平也承諾:到2030年,中國單位國內生產總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右,風電、太陽能 發電總裝機容量將達到12億千瓦以上。

但是,作為以煤炭為主要燃料的世界第一碳排放大國,我國要在10年內實現碳排放達峰、40年內實現碳中和的目標是十分艱巨的。如何兌現這兩個莊嚴承諾?汽車行業在碳達峰、碳中和過程中處于什么地位、該承擔多大責任成為業內外關注和討論的熱點。本文為百人會年終策劃系列第六篇,探討汽車行業在碳達峰、碳中和目標實現過程中該如何發揮作用。

增加非化石能源的開發利用是必由之路

我國能源結構的特點是多煤缺油少氣,且隨著經濟建設的快速發展呈現出長期快速增長的態勢。有數據顯示,1981年,我國能源消耗共約6億噸標準煤,2010年達到36.1億噸,30年增長30億噸,2011年之后,增速有所放緩,但到2018年增量依然達到12.5億噸。

2020年12月21日,國務院新聞辦發布的《新時代的中國能源發展》白皮書(以下簡稱為白皮書)顯示,得益于能源生產和消費結構的不斷優化,我國已基本形成了煤、油、氣、電、核、新能源和可再生能源多輪驅動的能源生產體系。初步核算,2019年,中國一次能源生產總量達39.7億噸標準煤,其中煤炭仍是基礎能源,見下圖。從圖中可以看到,自2012年開始,非化石能源的生產量在逐步提升。

要實現碳達峰、碳中和目標,除了碳減排,我國已無路可走。概括起來,實現碳減排的辦法主要有三種,第一,減少化石能源的使用;第二,增加非化石能源的使用;第三,種樹以增加碳匯。

開發新能源,我國已取得巨大成就

中國工程院院士、國家電網公司顧問黃其勵認為,改變我國以煤炭為主的能源結構主要有三種途徑:一是一次能源的清潔化,盡量少用煤炭、多用可再生能源;二是二次能源的電氣化,盡量多用電;三是全民節能。

白皮書顯示,我國就是沿著這條路走得。通過全面開展燃煤電廠超低排放改造,我國煤炭清潔利用水平大幅提高,建成了全球最大的清潔煤電供應體系。截止2019年底,實現超低排放煤電機組達8.9億千瓦時,占煤電裝機總量的86%。與此同時,我國也在積極開發可再生能源,截至2019年底,我國可再生能源發電總裝機容量7.9億千瓦,在全球占比約為30%。

此外,在能源消費結構調整與能源利用效率提升方面也取得了顯著的成績。

過去八年間,煤炭消費占比下降了10.8%,2019年比重為57.7%,天然氣、水電、核電、風電等清潔能源的能源消費占比為23.4%,非化石能源占能源消費總量比重達15.3%,提前完成到2020年非化石能源消費比重達到15%左右的目標。

能源利用效率方面,2012年以來,單位國內生產總值能耗累計降低24.4%,相當于減少能源消費12.7億噸標準煤。2012年至2019年,我國以能源消費年均2.8%的增長,支撐了國民經濟年均7%的增長。

據白皮書介紹,2019年碳排放強度比2005年下降48.1%,超過2020年碳排放強度比2005年下降40%-45%的目標,扭轉了我國二氧化碳排放快速增長的局面。

可再生能源、新能源汽車成助推經濟發展兩大新興產業

自2009年 “十城千輛節能與新能源汽車示范推廣應用工程”啟動以來,經過十余年的發展,我國新能源汽車產業技術水平顯著提升、產業體系日趨完善、企業競爭力大幅增強。2015年以來新能源汽車銷量、保有量連續五年居世界首位,產業進入疊加交匯、融合發展的新階段。汽車產品形態、交通出行模式、能源消費結構和社會運行方式正在發生深刻變革,為新能源汽車產業提供了前所未有的發展機遇。

據公安部數據,截止2019年底,我國新能源汽車保有量達381萬輛。據中國汽車工業協會數據,2020年1-11月共銷售新能源汽車110.9萬輛,如不出意外,全年銷量可望超過120萬輛。兩數據相加,2020年全國汽車保有量將達到500萬輛,基本達到《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012—2020年)》制定的產業化目標。我國汽車電動化進程已取得階段性成果。

2020年10月27日,中國汽車工程學會發布了《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》,進一步確認了汽車技術“低碳化、信息化、智能化”的發展方向,提出了我國汽車產業面向2035年發展的六大目標,第一條就是:汽車產業碳排放于2028年先于國家碳減排承諾提前達峰,2035年碳排放總量較峰值下降20%以上。

為什么汽車產業要承擔碳減排、碳達峰的重任?

其實這是國家汽車電動化戰略的初衷。據當年參加我國新能源汽車產業發展政策制定的專家介紹,當時國家賦予新能源汽車三大任務:第一,解決我國石油對外依存度過高問題;第二,解決我國燃煤發電占比過大,大氣污染嚴重問題;第三,解決我國汽車產業技術長期落后于人問題,實現彎道超車。

《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》提出至2035年,新能源汽車市場占比超過50%,燃料電池汽車保有量達到100萬輛,節能汽車全面實現混合動力化,汽車產業實現電動化轉型的明確目標。這與國務院辦公廳印發的《新能源汽車產業發展規劃(2021—2035年)》的目標是一致的。有人測算,如果這一目標如期實現,到2035年,我國新能源汽車保有量將達到8000萬-1億輛,燃料電池汽車達到100萬輛。如今,新能源和新能源汽車兩大產業的興起,為實現國家從化石能源為主導向可再生能源為主導轉型的目標、為實現碳減排創造了兩大先決條件:上游有了以光電、風電為主的充足的可再生能源,下游有了可以大幅度消納可再生能源的新能源汽車。

可再生能源、新能源汽車已成為支撐我國國民經濟發展的兩大新興產業。

可再生能源輸送還是一道難解的題

上游有了以光電、風電為主的充足的可再生能源,下游有了可以大幅度消納可再生能源的新能源汽車,然而,在這上下游之間還缺一座將兩者聯通起來的橋梁——如何將大漠戈壁中發出的電,跨越千山萬水送到繁華都市中奔跑的汽車上。

當前,可再生能源發出的電能輸送還是一道難解的題。

我國幅員遼闊,經濟發展極不平衡,可再生能源發電多集中在西北邊遠地區,用電中心位于中東部地區,能源供應者和使用者相距遙遠。只是路途遙遠還不算什么,可以通過架設高壓輸電網解決,但令人頭疼的是,水、風、光發電,特別是風、光電具有波動性大、間歇性強的先天缺陷,這給電網穩定運行帶來極大風險,導致風電、光電上網難、輸送難。

據人民日報海外版2019年的報道,2018年全年棄水電量691億千瓦時,棄風電量277億千瓦時,棄光電量54.9億千瓦時,“三棄”電量超過同期三峽電站的發電量。2019年棄風、棄光率實現了雙降,但平均棄風率仍達4%,棄光率達2%,全國棄風電量169億千瓦時。同時為了降低棄電率,風電、光電裝機量也受到嚴格控制。2018、2019年風電與光伏 發電新增裝機量均呈下跌態勢,分別為6500千瓦、5600千瓦,而2020年1-10月新增裝機約4600萬千瓦,預計全年也將是下降狀態。

誰能解決發出的電被迫扔掉,國家嚴控裝機規模、企業裝機積極性下降的難題?遍尋國內所有產業,唯有純電動汽車和氫燃料電池汽車可擔此重任。

作為從“十一五”起連續三個五年規劃擔任國家新能源汽車科技專項首席專家、深度參與我國新能源汽車研發示范與產業化全過程的科學家,中國科學院院士、中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高,給新能源汽車下了一個新的定義:傳統汽車只有一個交通工具的功能,而新能源汽車則是交通工具、儲能裝置和智能終端三位一體的產品。新能源汽車即可以消納可再生能源,也能儲存上不了網的可再生能源(智能終端本文不議)。新能源汽車之所以有此能力,是因為其具有與傳統汽車動力不同的動力電池,既可以驅動汽車前進,又可以當做移動的“油箱”儲存電能,必要時還可以將電能回饋給電網。

電池儲能、風光電制氫,可架西電東送之橋

國務院辦公廳發布的《新能源汽車產業發展規劃(2021—2035年)》提出,促進新能源汽車與可再生能源高效協同,統籌新能源汽車能源利用與風力發電、光伏發電協同調度,提升可再生能源應用比例。可見,國家已經從頂層設計層面將新能源與新能源汽車結成了“夫妻”,實際上,二者亦應該成為天設地造的一對。

西電東送工程是我國西部大開發戰略的一項重要任務。2000年,貴州、云南的第一批西電東送電力項目開工建設,標志著我國西電東送工程全面啟動。經過幾十年建設,西電東送工程取得了巨大成就。然而這一工程主要解決的是水電的輸送,為了平衡電網的不穩定性問題,又配建了一批燃煤電廠作為備用電源。這就形成了矛盾:一方面要減少煤電,多用可再生能源;另一方面,為了多用可再生能源,我們又要多用煤電。

用燃煤電廠平衡電網顯然不是最好的辦法,于是電網人想到了儲能電池。用儲能電池在陽光充足、風力較大、豐水期發電高峰時,將電儲存起來,在風力減弱,陽光黯淡、枯水期時將電池中的電補充到電網上去,就可以維持電網穩定運行。無疑,這是個可行的辦法,但需要規模龐大、質量可靠、源源不斷的電池供應。誰有這個規模?惟電動汽車。如果我國電動汽車保有量達到3億輛,車上電池儲存的總電量就將達到200億度。而現在,中國每天消費的總電量正好是200億度。大量的電動汽車將用以平衡電網、支持電網供電。

氫燃料電池則是消納可再生能源的另一條途徑,不依賴電網是它的一大特點。它可以把電變成氫,通過車輛、管道等方式輸送到用戶手中,還可長期儲存,也能在電網需要時還原成電回饋給電網。也就是說,可再生能源變成氫可以實現大規模用能和長周期的儲能。所以歐陽明高認為,最終儲能第一要靠純電動汽車的電池,第二要靠燃料電池汽車的能源—氫能。

在此方面,發達國家已經行動起來。歐美已經有14個國家制定了各自的能源發展規劃,歐盟去年發布的氫能戰略計劃,到2030年生產1000萬噸綠氫。日本在福島建立了一個光伏發電基地,用光伏取氫900噸,2020年已經建成投產,是目前全球最大規模的制氫工廠。

中國電動汽車百人會理事長陳清泰說:未來的汽車是存貯和消納間歇性可再生能源的強大載體;是把綠色能源、智能電網、未來出行、新一代移動通信鏈接在一起的紐帶,是智能交通、智慧城市的基本單元。

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