可再生能源 如何“落戶”超大特大城市？

《城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實施方案》近日印發(fā)，城市作為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)活動的中心，其在應(yīng)對全球氣候變化與推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮的作用，愈發(fā)受到重視，方案中建設(shè)綠色低碳城市專設(shè)一章便是體現(xiàn)。

但具體實踐中，城市在推進(jìn)用能結(jié)構(gòu)調(diào)整等方面仍存在較多困難。現(xiàn)有氣候治理框架下，超大特大城市的可再生能源利用難點有哪些，未來低碳轉(zhuǎn)型之路該如何前行？對此，中國環(huán)境報記者專訪了香港理工大學(xué)建筑環(huán)境及能源工程學(xué)系可再生能源研究室教授楊洪興。

土地有限、波動明顯，可再生能源面臨挑戰(zhàn)

城市是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)活動的中心，也是最主要的能源、資源消耗者和主要的溫室氣體排放者。在我國，為數(shù)不多的超大特大城市占據(jù)著相當(dāng)比例的碳排放量。

中科院陳明星課題組曾對城市尺度下全國碳排放進(jìn)行了初步核算，結(jié)果顯示，2019年全國超大特大城市碳排放總量占比為19.45%。

國際能源署（IRENA）發(fā)布的《中國能源體系碳中和路線圖》指出，提高能效、發(fā)展可再生能源等是中國在2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰的重要領(lǐng)域。但楊洪興認(rèn)為，發(fā)展可再生能源在超大特大城市并不輕松，仍有眾多挑戰(zhàn)。

“風(fēng)能、太陽能是兩種較易大量推廣的可再生能源形式，是分布式可再生能源系統(tǒng)的兩個主要能量來源，但這兩種能源在超大特大城市的推廣并不容易。”楊洪興介紹，超大特大城市可利用土地資源有限，難于安裝大量的太陽能光伏系統(tǒng)，風(fēng)能資源也很有限。同時太陽能應(yīng)用推廣，還存在著屋頂可利用面積少、陰影遮擋以及安裝維護(hù)難、立面墻體發(fā)電效率低等限制。

同時，當(dāng)電網(wǎng)中有大量的可再生能源供電時，電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定是影響可再生能源廣泛應(yīng)用的又一阻礙。楊洪興指出，由于用戶對電力需求逐年提升，導(dǎo)致城市負(fù)荷需求大，用電尖峰負(fù)荷高。同時對電網(wǎng)蓄能、設(shè)備更新?lián)Q代、傳輸?shù)鹊囊笠蔡岣吡恕！爱?dāng)大量間歇、波動且受天氣情況影響大的可再生能源電力加入時，就對城市電網(wǎng)的蓄能、傳輸、調(diào)峰、設(shè)備更新等提出了更高的要求。”

此外，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整所帶來的，還有相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)成本和時間成本。楊洪興指出，低碳電力設(shè)備的投資建設(shè)、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施更新?lián)Q代成本等支出，會對地方及國家財政帶來相當(dāng)大的壓力。而作為參與者，市民對于低碳經(jīng)濟(jì)的接受程度與安全意識、培養(yǎng)正確使用新設(shè)備的操作能力等也需要一定的過渡時間。

綠色低碳取得進(jìn)展，香港經(jīng)驗有哪些？

目前，我國超大特大城市的可持續(xù)能源利用路徑仍在探索之中。但已有的城市經(jīng)驗?zāi)軌驗閱栴}解決提供借鑒，香港便是如此。

根據(jù)香港特別行政區(qū)政府統(tǒng)計處最新數(shù)據(jù)，2021年年底香港人口臨時數(shù)字已達(dá)到740.31萬人。盡管人口數(shù)量眾多，但香港的城市綠色低碳發(fā)展卻走在前面。2021年10月《香港氣候行動計劃2050》頒布，其中包括在凈零碳發(fā)電（分布式可再生能源建設(shè)推廣等）、節(jié)能綠建（新建與續(xù)存樓宇的節(jié)能、提高能源利用效率的能量需求管理等）、綠色運輸（汽車減碳與電氣化等）、全民減廢（廢棄物管理以減少城市廢棄物填充等）等多方面的行動指南，以應(yīng)對在2050年前實現(xiàn)碳中和的挑戰(zhàn)。

楊洪興介紹，香港的減碳計劃首先便是從能源、建筑方面入手。“在香港，發(fā)電所產(chǎn)生的碳排放量超過總量6成，而建筑能耗部分則超過9成的電力消耗。目前僅占1%左右的可再生能源電力，在2035年會增長到7.5%—10%，并在往后持續(xù)提升至15%，這對于可利用土地面積有限的高密度的超大特大城市來說，是一個相當(dāng)可觀的比例。其中，離岸風(fēng)電的開發(fā)勢在必行。同時，政府建筑節(jié)能規(guī)范與智慧能源管理系統(tǒng)也是香港推行節(jié)能建筑的兩大重點，建筑光伏補貼政策也將極大推動城市可再生能源利用的發(fā)展。”

香港的減碳計劃還涉及綠色運輸與全民減廢兩方面，主要包括氫燃料電池巴士及重型車輛的試行、私家車電力化的推廣與新能源輪渡的使用，城市固體廢棄物收費、可降解塑料餐具規(guī)范與廢棄物燃燒發(fā)電。

楊洪興認(rèn)為，香港與北京、上海等超大特大城市相比，有著眾多相同點：存在著城市耗電量大，尖峰負(fù)荷需求大、電網(wǎng)調(diào)節(jié)壓力大、可利用土地面積受限的難點。也有著一系列發(fā)展綠色低碳城市的基礎(chǔ)條件，包括電力基礎(chǔ)設(shè)施更新?lián)Q代迅速、城市經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)好、民眾節(jié)能環(huán)保意識高。

“在這樣的背景下，香港對于電力生產(chǎn)與建筑節(jié)能、交通運輸綠色低碳化與廢棄物減排回收等方面的措施，都是可以借鑒共通的。同時，一些對于地域、自然資源條件要求不高的新技術(shù)新應(yīng)用探索，如建筑電氣化、分布式能源系統(tǒng)推廣、交通電氣化、高壓直柔輸電、柔性用電負(fù)荷等，都可以在北京、上海等特大城市進(jìn)行試驗推廣。”楊洪興說。

開源節(jié)流，儲能技術(shù)、能源管理需重視

楊洪興認(rèn)為，香港和內(nèi)地超大特大城市的綠色低碳轉(zhuǎn)型，需要從開源、節(jié)流兩方面進(jìn)行，針對不同行業(yè)部門進(jìn)行可行的路徑規(guī)劃，是碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)在各個城市的實現(xiàn)范式。

“開源主要是增加可再生能源，尤其是風(fēng)電和光伏發(fā)電的使用。在可利用的城市屋頂，路邊和可利用的地方修建分布式光伏電站，同時投資建設(shè)高壓大容量輸電線路，大量引進(jìn)北方和西北的光電和風(fēng)電。此外，海上風(fēng)場的建立可以有效增加可再生能源發(fā)電情況，對于一些沿海特大城市來說是非常有利的碳中和路徑。”相比于單一的城市內(nèi)部分布式可持續(xù)能源，楊洪興更強(qiáng)調(diào)對大區(qū)域和大電網(wǎng)等多樣來源的風(fēng)能、太陽能，生物能，水電和核能的綜合利用。

考慮到未來可再生能源電力對于電網(wǎng)帶來的傳輸和管理壓力，楊洪興著重強(qiáng)調(diào)了以抽水蓄能電站建設(shè)為代表的電力儲能系統(tǒng)。但楊洪興同時指出，盡管氫能正成為能源的儲運、使用的新興手段，但目前氫能儲能技術(shù)高成本、安全性不足、商業(yè)化程度不完善，仍處于比較初期的階段。

此外，楊洪興指出，不同超大特大城市可以根據(jù)其自然條件的優(yōu)勢，開發(fā)不同的可再生能源，如用潮汐能、地?zé)崮芄┡桶l(fā)電，使用地源熱泵降低采暖和空調(diào)耗能，因地制宜探索適合不同城市發(fā)展的具體碳中和路徑。

“節(jié)流是實現(xiàn)碳中和路徑中的另一關(guān)鍵，特別是內(nèi)地大城市中的工業(yè)用電。”IRENA的路線圖中對工業(yè)部門提高能效的技術(shù)著墨很多，并著重強(qiáng)調(diào)了建筑與交通部門的電氣化。楊洪興也指出，目前內(nèi)地工業(yè)產(chǎn)品的單位能耗比先進(jìn)國家的數(shù)值相比高得多，提高能源利用率是當(dāng)務(wù)之急。

“小型智慧能源管理系統(tǒng)已經(jīng)在很多研究團(tuán)隊、企業(yè)中有一定的探索，但大規(guī)模的智慧能源管理系統(tǒng)需要更大的平臺合作、數(shù)據(jù)支撐與相當(dāng)?shù)脑囼灐！?楊洪興認(rèn)為，雖然有多項能效提高的技術(shù)可選，但內(nèi)地對于能耗數(shù)據(jù)的長期采集、系統(tǒng)維護(hù)的不足和氣象等數(shù)據(jù)不能完全開放使用可能會對相關(guān)計劃的落實、效果評估帶來一定難度，對于智慧能源管理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)給予充分的重視。