《城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域碳達峰實施方案》近日印發(fā),城市作為現(xiàn)代經(jīng)濟活動的中心,其在應對全球氣候變化與推進可持續(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,城市在推進用能結(jié)構(gòu)調(diào)整等方面仍存在較多困難?,F(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建筑環(huán)境及能源工程學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)碳達峰的重要領(lǐng)域。但楊洪興認為,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),風能資源也很有限。同時太陽能應用推廣,還存在著屋頂可利用面積少、陰影遮擋以及安裝維護難、立面墻體發(fā)電效率低等限制。
同時,當電網(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,導致城市負荷需求大,用電尖峰負荷高。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??!爱敶罅块g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?!?/span>
此外,能源結(jié)構(gòu)調(diào)整所帶來的,還有相當?shù)慕?jīng)濟成本和時間成本。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大的壓力。而作為參與者,市民對于低碳經(jīng)濟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)驗能夠為問題解決提供借鑒,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?!霸谙愀?,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,是一個相當可觀的比例。其中,離岸風電的開發(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?!?/span>
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、柔性用電負荷等,都可以在北京、上海等特大城市進行試驗推廣。”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)流兩方面進行,針對不同行業(yè)部門進行可行的路徑規(guī)劃,是碳達峰、碳中和目標在各個城市的實現(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,大量引進北方和西北的光電和風電。此外,海上風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?!毕啾扔趩我坏某鞘袃?nèi)部分布式可持續(xù)能源,楊洪興更強調(diào)對大區(qū)域和大電網(wǎng)等多樣來源的風能、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、地熱能供暖和發(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?!盜RENA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國家的數(shù)值相比高得多,提高能源利用率是當務(wù)之急。
“小型智慧能源管理系統(tǒng)已經(jīng)在很多研究團隊、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?shù)脑囼灐!?楊洪興認為,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)應當給予充分的重視。