媒体报道
能源转型的前沿创新

2018-11-17 来源:北京国际能源专家俱乐部
 



成立于1982年的美国落基山研究院(Rocky Mountain Institute,以下简称落基山研究院) 是一家以市场为导向的能源领域专业独立智库,旨在设计经济可行的市场化解决方案,加速全球范围内能效提高和可再生能源对化石燃料的规模化替代。

卢安武(Amory Lovins)博士是落基山研究院的联合创始人、主席和首席科学家,也是北京国际能源专家俱乐部成员。他曾于2012年10月19日在俱乐部作了题为“重新发明火—能源使用的伟大变革”的报告,为中国能源革命提供了很多新思路。

2018年10月30日,借卢安武博士再次来京访问之际,北京国际能源专家俱乐部在京举办《能源转型的前沿创新》晚餐会,听取卢安武博士6年来的新思考、新见解。现将他的主要观点总结如下:

1. 能效提升是座通往能源革命彼岸的富矿

在卢安武博士看来,能源创新在用能侧的意义更为重要。以泵送系统为例,终端节约一个单位能耗可以在燃料端节约10个单位。自1975至2017年的42年中,美国的可再生能源供应增长了两倍,但通过提高能效节约的能源却是这些可再生能源增量的30倍。

能效节约的储备极其丰富,且新的节能与能效提升手段的成本不断下降。与油气、铜等资源矿产中“保有储量往往数倍于经济可采储量”的概念一样,节能与能效提升领域由于可以进行组合,其技术、设计与方法的储备也常常是官方统计的多倍。与矿产资源保有储量不同的是,矿产资源的开发成本越往后越高,而通过多种组件与技术在精准度、时间、组合与顺序上的结合,能效节约的成本会越来越低。

2. “一体化全方位节能设计” 能够创造巨大的能效奇迹

卢安武博士将这种全方位整合所有适用理念和技术的设计系统称为“Integrative Design”(一体化全方位节能设计)。这种设计理念在建筑、交通、工业和电力四个领域都有很大的应用前景。

在建筑领域,卢安武博士1983年建造的位于在海拔2200米的落基山中的居所完美阐释了“一体化全方位节能设计”奥秘。卢安武居所可在零下44摄氏度的情况下不安装任何供热系统,仅依靠完美的设计来满足使用者对舒适度的需求:墙体超级隔热、通风系统回收热量、高密封窗户锁住热量、具有蓄热功能的地面维持室内恒温;屋顶光伏提供房屋电源,位于建筑物中心的开放式温室提供了良好的采光。

“一体化全方位节能设计”的经济价值非常可观。以卢安武居所为例,由于降低了99%的热能与水需求以及90%的用电需求,卢安武在10个月内就收回了由于一体化设计而增加的建筑成本。舒适性与良好的经济性推动这一创新设计理念更广泛地应用到欧洲180万栋“被动房屋”中。

纽约帝国大厦改造中采用了“一体化全方位节能设计”后,节约了38%的能源,三年收回投资。“一体化全方位节能设计”在美国丹佛市一个建筑翻新项目中的应用帮助这座建筑焕发新生,不仅节约了70%的能源,更令这座已存在半世纪之久的建筑比当时美国最新的办公楼单位面积能耗更低。从更大范围看,当今德国建筑的单位能耗仅为美国建筑的五分之二。全世界角度看,2015年采用的建筑节能方案都是已存在超过十年的技术或手段。因此,建筑物节能改进并非应用创新技术,而是通过设计,选择最适当的已有技术或技术组合,而这正是节能与能效提升的储备宝藏,也是实现能源转型革命的捷径。

“一体化全方位节能设计”在工业领域大有可为。在典型的泵送系统中,从煤炭在电厂中燃烧到终端用电这一链条上损失了无数能量,最终使用的能量只有十分之一。因此,在建筑物和工业的泵送系统中,终端用电节约一个单位能量可以在煤炭输入上节约10个单位。

由于能源浪费常常发生在各种电机、电泵等终端耗能设备上,“一体化全方位节能设计”能取得极佳的效果。上海的一家工厂应用了“一体化设计”概念后,其热链传输管道的布局由长、窄、弯的管道变得短、粗、直。这项花费不高的管道设备改造使得该工厂节约了86%的能量。

 “一体化全方位节能设计”在汽车行业中的应用帮助汽车大幅度节能。

在电动汽车的效率与经济性方面,由于汽车移动中三分之二的能量会被其自重消耗,减轻汽车自重成为关键一步。卢安武博士和落基山研究院一直致力于超轻汽车的“一体化全方位节能设计”,帮助丰田、福特等汽车厂商用超轻、超坚固的碳纤维复合材料取代钢铁,制造出更安全、轻便和更符合空气动力学的汽车。当前世界上1500个汽车型号中,已有100个型号在使用碳纤维复合材料。同时,落基山研究院也帮助沃尔玛卡车运输车队利用“一体化全方位节能设计”打造更智能的物流体系,并在十年内降低了一半的燃料消耗。碳纤维复合材料被应用到升降机、波音飞机和美国宇航局的航天器上,打造更高效的飞行器。

节能技术和设计在电力领域同样不断加速。与十年前相比,LED的效率提高了30倍,亮度提高了20倍,且价格只有原来的十分之一,而LED的应用具有帮助世界节约八分之一的电力消耗的潜力。

3. 可再生能源的发展前景广阔

卢安武博士指出,“一体化全方位节能设计”带来用能侧能源革命,可再生能源则是供应侧重新发现的“火”。

人类社会始终处于对能源枯竭的担忧中。1845年,鲸鱼油需求达到顶峰时,人们非常担心鲸鱼灭绝带来的能源消逝。此时出现了煤油的替代,石油的发现和使用带来的是接下来50年内鲸鱼油需求的消失,而非鲸鱼的绝灭。当人类担忧化石能源枯竭时,人们发现了更加高效的可再生能源。

全球可再生能源规模庞大,增长迅速。2016年,可再生的增长速度比核能还要快。对于能源转型的进展而言,最引人注目的是全球现代可再生能源装机容量用15年时间达到10亿千瓦级别,国际可再生能源署认为实现下一个10亿千瓦可再生能源的新增装机仅需4年。

首先,可再生能源电力成本不断降低。美国批发电价目前普遍超过了风能和太阳能的长期平价成本。在卢安武的家乡科罗拉多,2017年12月,不含储能的风能和光伏报价分别为18美元/兆瓦时和30美元/兆瓦时,包括储能的报价则分别为21美元/兆瓦时和36美元/兆瓦时(分别为度电0.21美元和0.36美元)。发电成本下降促进可再生电力需求增长,进一步扩大装机规模,推动光伏等上游设备成本下降,行业进入良性循环。这一良性发展使得可再生能源电力的成本在没有补贴的情况下也能急速下降,电价变得可与传统化石燃料供电方式竞争。世界的一些地区已经实现了可再生能源的平价上网,如果含储能的可再生能源平准化度电成本(LCOE)降到30美元/兆瓦时以下,可再生能源则将基本实现全球性的平价上网。

其次,现代可再生能源扩张速度更快。传统电厂需要花费多年时间审批和建设,而现在,每年投资一定光伏组件生产线,便可以马上生产出与传统电厂相当的电力。2013年,中国新增光伏发电量比美国前59年累计增加的发电量还多。中国在2017年6月新增的光伏装机超过了美国2017年一整年的新增量。从可再生能源的发展速度看,中国成为该领域当之无愧的领军国家。

第三,电网将很难再“一网独大”。人类无法离开化石能源的另一个主要原因是可再生能源的间歇性,需要通过电网提供可靠稳定的电力供应。但目前有许多方式,如有效利用需求侧管理、增加分布式储能、整合可调度的可再生能源、提高可再生能源发电的预报和预测等,这些都能够促进可再生能源电力的智能化和灵活性,最终达到重塑电网的目的。新能源发电被赋以更多灵活性后,消费者便拥有了更大的市场选择机会:此前消费者通过光伏发电,未及时使用而免费输送给电网的电量约占总发电量的50%;智能化控制之后,消费者可以自行消费掉80%以上的发电量,而不是白白浪费或者免费送给电网,因此促进了分布式电网的发展。

与此同时,电动汽车市场的壮大和电池组件价格的逐年下降,也将有助于打破电网“一网独大”的局面。全球的充电电动车已经达到400万辆,并继续以每年50%的速度增长,其中中国贡献突出。中国2017年一年的电动汽车销量就超过2016年全世界的总销量。印度、德国也确立了2030年前在新出售汽车中100%普及电动汽车的宏大目标。此外,电动车电池组的技术日益先进,使得电池组成本已经下降到200美元/每千瓦时以下,增加了人们利用电动汽车作为需求侧调峰的手段,进一步弱化了燃气电厂的价值,对其造成巨大冲击。

4. 中国成为能源革命的领导者

2011年,卢安武博士和落基山研究所的六十多位同仁一起出版了《重塑能源:新世纪的能源商业解决方案》,并于2015年出版了该书的中文版。该书聚焦于美国如何在2050年传统能源枯竭之前,在交通、建筑、工业和电力四个领域重塑能源消费与生产模式,实现向新能源时代的全面转型。通过200%的能效提高和四倍于2010年的可再生能源装机规模,美国到2050年可以实现158%的经济增长,而可以不再使用煤炭、石油与核能,仅依靠少于2010年三分之一的天然气消费。同时,美国可以节约5万亿美元(2010价)的能源服务成本,并降低85%的碳排放。到2050年,由于美国80%的电量将由可再生能源提供(其中50%为分布式能源),能源的高自给率也进一步增强其国家能源安全。更重要的是,这一能源重塑过程将主要通过节能与可再生能源项目的经济性而由企业自发完成。

受美国能源重塑成果的鼓舞,国家发改委能源研究所联合美国劳伦斯伯克利国家实验室、落基山研究所和能源基金会(中国)三家国际机构的50多名行业专家,经过通力协作,于2016年的杭州G20峰会上发布了《重塑能源:中国——面向2050年能源消费和生产革命路线图研究》报告,这一历时3年的创作成果已于2017年出版成书。

该报告的研究结果表明,中国完全有可能以技术可行、经济合理、社会可接受的方式,通过重塑能源生产和消费体系,在2050年实现经济总量增长587%,化石能源消费降低62%(其中83%来自电力部门),煤炭消费降低80%,碳排放减少42%,单位化石能源创造的GDP提高12倍,合计降低21万亿元人民币(2010年价)的能源成本。
卢安武博士认中国的起点与美国不同,中国经验表明中国能够以非凡的速度推广创新技术。过去十年内,强补贴和政府支持帮助中国可再生能源装机增加了223GW;今年年底,中国计划建设多条特高压连接三北可再生能源至负荷中心。未来,中国有望通过电力市场化改革提高电力系统效率。落基山研究院的仿真调度已帮助吉林省的弃电率从31%降到17%,如能将这种市场机制扩大至全国,将帮助中国将弃风率降低至5.5%,弃光率降低至2.8%,为中国电力部门每年节约100亿美元。

与会者感谢卢安武博士的精彩分享。俱乐部总裁陈新华博士对卢安武博士的发言进行了总结。他指出,与6年前的演讲相比,卢安武博士带来了几个新的进展:

一是美国正在沿着他2011年“重新发明火”所描述的路径前行,并在能源安全与碳排放方面取得了很大成就;
二是在美国能源重塑的基础上,落基山研究院团队也做了中国和印度的路径设计,给出了非常乐观的能源革命前景;
三是鉴于可再生能源、储能技术、材料技术以及数字化技术的最新进展,中国与世界的能源革命拥有了更好更多可以选择的技术。
四是能源创新理念的更新。传统的能源创新大都集中在供应侧,对终端用能侧重视不够,而终端节能能够在资源端产生巨大的倍增效应。卢安武博士基于终端用能侧的“一体化全方位节能设计”理念给全球能源转型和中国能源革命提供了新思路。

俱乐部名誉理事会副主席周大地等近30位嘉宾就能源转型相关的各种技术问题与卢安武博士开展了讨论。