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我国光伏发电多次刷新电池转换效率世界纪录

能源效率提升是当前能源发展现实条件下实现高质量碳达峰的重要手段,也是未来实现碳中和的重要途径之一。

传统能源结构下占据主体的化石能源属于典型的可枯竭性自然资源,如何利用有限的能源资源支撑经济社会发展是全社会共同关注的重要问题。因此,传统能源效率侧重于描述经济产值与能源消费量之间的多种关系。

随着我国未来能源结构颠覆性转变、能源成本重新定义、环境成本日益受关注、脱碳效果要求更加严格,传统的主要关注能源消费总量(标准煤)和经济产值的能源效率评价方法已经不能满足我国“双碳”(即“碳达峰、碳中和”)总体目标下的能源效率评价需求。如何在新的视角下界定能源效率和如何提升能源效率是一个值得思考的问题。

区分新能源与化石能源商品属性

能效考量体系要有新内涵

“双碳”目标驱动下以风光为主的新能源将逐步代替传统的化石能源,而新能源与传统化石能源的商品属性具有显著差异,包括可获取性、获取成本、能源密度、碳排放量等。

在未来近乎无限的风光等可再生资源占据主导地位的系统中,我国能源经济应该更加关注能源全生命周期内的能源消费量、二氧化碳等温室气体排放量以及能源相关设备生产过程能耗等。

在此背景下,将“能源环境效率”与传统关注的“能源物理效率”和“能源经济效率”一同放入“双碳”能源效率的综合考量体系当中,更加有助于科学完整地评价能源生产和利用的效率,也更加有助于推动我国“双碳”目标的实现。

着眼产业实情

因地制宜提升城市能效

能源经济效率提升以产业升级和产业结构调整为主,不同发展阶段的城市有不同策略。

我国单位国内生产总值能耗自2012年以来累计降低24.6%,相当于减少能源消费12.7亿吨标准煤。但从2020年总体能源效率来看,我国单位GDP能耗仍然是世界平均水平的1.5倍、发达国家的3倍,能效提升仍存在较大空间。

大量研究指出,这是由于我国产业结构与OECD国家存在差距的原因。然而产业结构调整幅度与能源效率提升之间并非完全正相关关系,如何区分产业结构能效与产业链占比能效、因地制宜提升城市能源效率,是新时期能源指标需要思考的问题。

如一部分工业发展阶段较为落后的城市应促进第三产业的发展,重点关注结构能效。部分城市工业化进程落后于我国平均水平,存在第二产业落后产能过剩以及第三产业发展基础薄弱等综合产业发展困难。这类城市的能效提升过程应该着重关注城市整体产业结构能效,积极承接区域间产业转移,有效借鉴发展领先地区“退二进三”和“腾笼换鸟”经验,推动地区资本有低效率向高效率移动,产业结构由工业主导向服务业主导过渡。此外,勇于为新经济、新业态和新动能在政策和制度上创新突破也是这类城市实现跳跃式经济结构发展的机会,从而大幅提升区域整体能效水平。

另一部分城市适合通过发挥既有产业优势、推动产业升级、向上游改善产业链所处位置,重点关注产业链能效。这类城市承担了我国各类制造业基地和中心的重任,能源消费较高的同时也承担起了重要国际产业链支撑、国家基础行业领头人和区域实体经济基础的重要角色。这类城市切忌通过产业结构大幅度调整提升能效,明确产业调整“重质量”而非“重幅度”,重“产业链所处环节结构”而非“城市整体产业结构”,重同行业跨国家、跨城市横向对比而非同城市内跨行业能效水平对比。把握自身优势产业,通过科技创新促进产业向知识技术密集型环节(上游)拓展升级是这类城市向产业要能效的重要途径。

强化能源综合利用

消除跨网互济壁垒

从重点高耗能行业来看,我国单一环节的能源利用效率,例如发电效率、电网综合线损率、电池转换效率等基本处于世界领先水平。光伏发电多次刷新电池转换效率世界纪录,中国今年建设全球首座20万千瓦高温气冷堆发电效率可以达到40%以上。

但与单一环节能源效率领先的现状不同,我国系统能效水平目前仍处于较为落后的阶段,这主要是受不同能源品种协同壁垒较大、跨网互济深度有限所致。

一方面通过加强综合能源系统建设和应用着力解决能源系统协同能力弱的问题,从而提升系统能效。

以2020年源端新能源发电情况为例,全国风电量和光伏电量平均利用率已经高达97%和98%,但5.3亿千瓦的风电和光伏总装机规模对应的实际发电量其实不足2亿千瓦。传统“风火打捆”方式已经不能满足新的能效提升要求,风、光及绿氢、甲烷等能源有效整合是未来的趋势。

而从我国能源消费终端来看,虽然我国电力、热力和燃气系统自身能源效率水平已经栖身世界先进水平,但由于不同品类能源所属系统不同,相关基础设施和能源数据交互存在壁垒,终端电力、热力、燃气等不同供能系统集成互补、梯级利用程度不高,最终导致能源系统整体利用效率较低。快速以园区为突破口开展综合能源系统建设、推动冷热电协同互补,是提高全社会用能效率、减低全社会碳排放边际成本的有效路径。

另一方面通过完善产业生态链、推动产业数字化从而深度提升系统能效。

以我国电动汽车充电站发展为例,我国部分服务区已经开始陆续配套120kW的直流快充桩能够实现接近超级充电站的充电速度,充电效率已属于世界前列水平,但中国充电桩的平均使用效率不足5%,这背后凸显的是电动汽车产业生态化、数字化缺乏导致的另一种系统能效低表现形态。这类系统能效低的问题并非单纯技术落后、基础设施落后可以解决,还需在不断推进清洁能源汽车占比的同时将充电站、气站、油站与货运、客运等平台以及终端车主的需求信息共享化、平台化,从而有效提升交通部门整体能源效率,属于典型的向产业生态要能效和向数字经济要能效的情景。

从能源设备生产开始

建立全生命周期能效评价体系

随着可再生能源占比不断提升,可再生能源因其相对较低的使用成本有望大幅度降低社会用能成本总量,这也使传统的能源效率概念逐渐失去其度量作用。

一方面从能效对象来看,碳排放相关的能效水平将更受关注。相较于传统的单位GDP和度电能耗而言,“双碳”发展目标下能源转型应该更加关注单位GDP碳排放、人均碳排放和度电碳排放等指标。

另一方面从能效考量周期来看,从能源设备生产开始的碳排放量也应被纳入能源效率考量范围内。

以我国当前的光伏板的生产技术为例,光伏板碳回收周期约为6个月。这一类新能源设备的“生产过程能源消费回收周期”、“生产过程碳排放回收周期”应该与设备生产过程中的碳排放绝对值一同纳入未来的能源环境效率评价体系。

在此概念延伸基础之上,也可以通过使用“生产过程能源消费回收周期”或者“生产过程碳排放回收周期”等概念来补充度量CCS、CCUS等脱碳设备的全生命周期能源效率。

(作者 江海燕 王林钰)

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