當萬物皆可發(fā)電，碳中和還遠嗎?

新能源時代，在“碳中和、碳達峰”加速的背景之下，能源產(chǎn)業(yè)如何轉(zhuǎn)型？建筑節(jié)能如何實現(xiàn)？水、風、氫、光等可再生能源如何按需調(diào)配？一系列問題亟待解答。在此次對話中，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(zhuǎn)型技術(shù)與應(yīng)用，以及能源革命的風險與挑戰(zhàn)等議題進行了深入討論。

江億院士在建筑節(jié)能領(lǐng)域深入研究數(shù)十年，顏河教授也在有機太陽能領(lǐng)域內(nèi)有過長時間的探索，同時也是第二屆“科學探索獎”能源環(huán)保領(lǐng)域的獲得者。兩位嘉賓分別從各自專業(yè)角度出發(fā)，重點分析了以光電普及為代表的能源革命可行路徑，以及如何通過能源革命推動普及全新的用電文化。

實現(xiàn)碳排放目標

是推動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年前實現(xiàn)碳中和。這是中國對國際社會的承諾，也是對國內(nèi)的動員令。問題在于，我國在人均GDP增長的目標壓力下，實現(xiàn)上述碳排放目標的挑戰(zhàn)和機遇是什么？

GDP與CO?脫鉤才能可持續(xù)發(fā)展

江億表示，人均GDP增長的目標與碳排放目標的實現(xiàn)其實并不矛盾。從發(fā)達國家的經(jīng)驗可以看出，當社會經(jīng)濟發(fā)展水平到一定程度的時候，社會經(jīng)濟的繼續(xù)增長一般都會與碳排放量脫鉤。社會經(jīng)濟發(fā)展不意味著碳排放量的線性增長，而打破線性方向?qū)崿F(xiàn)“脫鉤”的關(guān)鍵，就是國家內(nèi)部促成能源革命，改變?nèi)祟惿鐣@取和使用能源的方式，通過新的路徑獲取可再生能源。

這意味著，碳排放目標的挑戰(zhàn)，核心是能源革命背后從能源消費結(jié)構(gòu)到理念的全方位升級，進而影響全社會經(jīng)濟增長和社會理念變革。

讓可印刷的發(fā)電“報紙”無處不在

顏河則從能源革命的挑戰(zhàn)解讀出實現(xiàn)碳排放目標過程中的豐富機遇：一是可再生能源的普及空間很大，比如風能、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(guī)模也可以再提升；二是相關(guān)科學技術(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(xiàn)在最新的太陽能電池溶液制備生產(chǎn)工藝，“它不像傳統(tǒng)的硅太陽能電池，還需要經(jīng)過高溫、耗電的工藝，而是可以用印刷的工藝來做，最終可以像印刷報紙一樣來印刷太陽能電池。”可以想象，如果將來我們身邊所有的“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，停車棚也可以發(fā)電并給電動車充電，城市所有的地方都可以放這種便宜的印刷出來的可以發(fā)電的“報紙”，這是可再生能源比較理想的應(yīng)用場景，讓可以印刷的發(fā)電“報紙”無處不在，讓可再生能源無處不在。

其次，在突破卡脖子難題的人才儲備方面也較為樂觀，以有機光伏為例，目前在清華大學、北京大學和中科院化學研究所聚集了相當數(shù)量的強實力人才，下一代新興的太陽能技術(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(nóng)村光伏屋頂?shù)拈_發(fā)未來將貢獻1/4發(fā)電量

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

按照衛(wèi)星云圖的AI解析結(jié)果來看，中國廣大的農(nóng)村屋頂，可以安裝的太陽能光伏，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3萬億度電（2019年中國總電力為7.5萬億度），中國到2035年全面電氣化，每年預(yù)計需要12萬億度電，農(nóng)村光伏屋頂?shù)拈_發(fā)，未來將占比發(fā)電量的1/4。

從“源隨荷變”到“荷隨源變” 的供給側(cè)改革

其二是可再生能源供給側(cè)和需求側(cè)的平衡，改進儲能技術(shù)以解決電源側(cè)和負荷側(cè)的矛盾。當前，自然發(fā)電的供給側(cè)與實際生產(chǎn)生活方式形成的需求側(cè)的電量曲線并不匹配，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，高低電場得跟著調(diào)，跟著改變發(fā)電量。”江億認為，基于電源側(cè)發(fā)電的不可控性，未來應(yīng)該提倡“荷隨源變”的解決思路，“有電我多用，沒電我少用，這叫作需求側(cè)響應(yīng)”。

以電動汽車的技術(shù)發(fā)展為例，過去的電動汽車強調(diào)賣點為“充電十分鐘，里程一千公里”，不僅在技術(shù)實現(xiàn)上存在困難，而且會對電源側(cè)的電網(wǎng)造成極大負擔，與零碳目標相去甚遠；而現(xiàn)在倡導(dǎo)的發(fā)展思路是采用智能充電樁，根據(jù)太陽能變化電的產(chǎn)出情況進行充電。顏河進一步細化補充了未來在普及電動汽車基礎(chǔ)上，廣泛應(yīng)用智能電力系統(tǒng)可能解決“源”與“荷”的矛盾：在日常生活、工作期間，閑置的電動汽車在接入智能充電樁的同時實際接入了系統(tǒng)電網(wǎng)，在電源側(cè)充足時可以為電動汽車充電，電源側(cè)不足則不充或從電動汽車中反向充電，反補電力系統(tǒng)。“未來如果有3億輛電動小汽車，一輛車50度電，50千瓦時的儲電量，3億輛就是150億度電。未來中國風電、光電要出7萬億到8萬億，以7.5萬億為例，一年350天，一天250億度電，就能儲150億度電，從而可以把光電風電的電量充分利用起來。”

“光儲直柔”，讓建筑更節(jié)能

同理，未來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(jù)江億的介紹，現(xiàn)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，實現(xiàn)柔性用電，或者叫做柔性負載。”根據(jù)電源側(cè)的情況，電源側(cè)有電則儲電，無則供給反補電源側(cè)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(xiàn)階段有機光伏材料的發(fā)展很有可能讓這種設(shè)想成為現(xiàn)實。相比于無機材料（如硅），有機光伏材料更加柔軟，能夠?qū)㈦娹D(zhuǎn)化為光，在未來有望作為建筑材料完成發(fā)電和放電的功能；同時，相比于現(xiàn)在的硅材料，有機光伏材料有更豐富的顏色，可以更好地滿足人們的審美需求；還具備一定的可調(diào)節(jié)透明度，能根據(jù)需求過濾一定的陽光光線，更好地適應(yīng)城市建筑場景需求。

騰訊作為產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一部分，2013—2015年就開始探索光伏太陽能技術(shù)應(yīng)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(nóng)村屋頂光伏鋪設(shè)思路，恰好能解決萬超提到的轉(zhuǎn)化率低以及建筑體的（采光、通風、美觀等）生動匹配難題。

全新的用電文化，促成真正的能源革命

在此基礎(chǔ)上，江億提倡一種全新的用電文化以實現(xiàn)“荷隨源變”的技術(shù)邏輯：相比于過往投入大成本以蓄電儲能的思路解決需求側(cè)的用電需求，未來還應(yīng)進一步鼓勵用戶盡可能多用直接消納，“跟著太陽走，直接消納光電，盡可能少給電力系統(tǒng)調(diào)峰增加負擔”。其次，在發(fā)電成本與用戶貢獻上，逐漸引導(dǎo)用戶形成“自助餐”的理解方式：相比于通過技術(shù)手段強調(diào)用戶貢獻，用戶接受“用戶電價為定額，但用戶用電量存在差異”更有利于在更大范圍內(nèi)新能源的推廣。上述技術(shù)邏輯的應(yīng)用和用電文化的形成將會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能發(fā)電，用戶也得以從原本依賴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(yīng)的能源使用方式。

科技企業(yè)如何助力碳中和目標的實現(xiàn)

中國設(shè)立長期碳中和目標，無論對于中國還是世界都具有劃時代的積極意義。但作為全球第一排放大國，實現(xiàn)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)因其自身社會責任與技術(shù)優(yōu)勢，需要運用技術(shù)手段幫助自身、用戶以及供應(yīng)鏈更好地實現(xiàn)碳中和目標。

司曉院長表示，騰訊可以提供實踐的一個場景。用電文化的培養(yǎng)是非常重要的。前不久騰訊提出，要把可持續(xù)社會價值的創(chuàng)新作為公司新的戰(zhàn)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，作為是離用戶最近的產(chǎn)品，微信、QQ都是覆蓋上十億的用戶，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，科技企業(yè)促進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(yīng)用，助力實現(xiàn)“自調(diào)節(jié)、自融合、自適應(yīng)”的能源使用方式。江億認為，人工智能技術(shù)一大重要應(yīng)用場景，就是識別電源側(cè)和負荷側(cè)的用電規(guī)律，為用戶提供個性化的、優(yōu)化的充放電方案。

萬超也贊同這一觀點，并給出了具體的實踐路徑：以云端、大數(shù)據(jù)作為學習工具，將建筑里的數(shù)據(jù)集合起來做相應(yīng)的AI計算與分析，更深入地學習用戶的用電習慣后，提供優(yōu)化策略，最后下載到本地，實現(xiàn)本地化控制。

其二是企業(yè)內(nèi)部用電方式的改進。顏河認為，可以將科技企業(yè)耗電量大的計算設(shè)備直接放置在光伏發(fā)電較為充裕的位置，降低運輸過程中產(chǎn)生的耗能。同時綜合運用人工智能技術(shù)，合理安排計算設(shè)備的運轉(zhuǎn)率：在電量充足的時候充分運轉(zhuǎn)，在電量有限時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(yīng)用場景增加光電、風電等新能源的消納，比如停車場內(nèi)聯(lián)動管理智能停車樁，或是在大樓內(nèi)率先安裝蓄能電池，提倡電能的使用。

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