“节能的目的是减少化石能源的使用，能源低碳转型的目的是不再依靠化石能源。因此，节能和低碳紧密相关，二者既有共同的目标，采取的具体措施也有大量重合。”在近日举办的2023中国节能与低碳发展论坛上，中国工程院院士、清华大学建筑节能研究中心主任江亿讲述了他对节能与低碳发展关系的思考。
江亿认为，节能是实现碳中和目标的基础，在具体工作中需要建立零碳的电力系统，采用零碳热量并充分开发利用各类余热以满足热量需求，要以创新为驱动，建设新的低碳能源系统，为彻底解决能源问题、实现可持续发展贡献力量。
节能是重要的第一步
江亿表示，纵观人类发展历史，在近两百年时间里，化石能源的使用比例实现了飞速增长。随着化石能源消耗的增长，能源安全、大气污染、气候变化等问题接踵而至，严重影响了整个社会和人类的可持续发展。
在此背景下，以低碳为目标的能源革命将给人类带来巨大变化。江亿指出，能源革命就是改变用能来源与方式，实现能源领域的可持续发展，结束人类依赖化石能源的历史，建立全新的产能、用能模式，从而不再被能源问题所困扰，真正实现能源领域的可持续发展。
“节能和低碳发展有共同的目标，一方面是提高能源使用效率，另一方面是减少化石能源使用量。”江亿指出，在此过程中，要以风光水电为主，发展各类零碳能源。虽然零碳能源的初始投资成本大，但一旦建好了，运行费用极低；相对来说，化石能源最初投资不那么高，但是运行成本非常高，再考虑到环境成本，其综合成本更高。
江亿认为，节能是实现碳中和的基础，要想实现低碳发展，先要把节能做好。即便是零碳能源也需要资源，特别是空间资源，比如，建设水电需要合适的地理条件，建设核电站则需要足够大的空间，而一旦零碳能源超量发展，将导致成本的超线性增长。“因此，通过节能、降低需求总量，才有可能在可接受的成本下实现零碳能源供给，节能是非常重要的第一步，在这个前提下才能够更好地实现低成本的能源转型。”
建立零碳电力系统
如何做到节能和低碳发展“两手抓”？江亿提醒，在提高效率的同时更要考虑在低碳模式下，用电的灵活性和需求侧响应，并着重减少对燃料的需求。
在江亿看来，实现碳中和的主要任务之一是要建立零碳的电力系统。“我国城市屋顶光伏装机容量约8.7亿千瓦，一年能发一万亿度电，但农村屋顶，除了少数山沟见不着太阳，总计可以发电2.5万亿度，是2019年中国总发电量的1/3。因此，未来我国将以发展风电光电为主，集中与分布式相结合，风光电的60%以上将在我国中东部发展，屋顶光伏、零星空地的光伏将是光伏产业主要方向。”
需要注意的是，在风光电力逐步发展起来的同时，发电与用电二者在时间上不匹配、成本相差大等问题愈发凸显。“目前，不同时刻的电力成本相差10倍以上。风电光电充沛时，电力成本特别低，以山东为例，山东省午间电价可低至1.10元/千瓦时，而当风电光电不足时，要靠火电+CCS和储电设施放电，以满足用电需求，成本极高。”江亿说。
“因此，根据电力成本变化情况进行灵活用电，比提高效率减少用电更重要。”江亿认为，需要发展工业生产可中断的用电方式、直接和间接的储能，比如，充分利用电动车车载电池的储能资源等。“可以说，灵活用电、分布式储电是破解风光电消纳难题的重要方式，也是建立稳定可靠的零碳电力系统的关键和重点。”
为实现用电终端主动参与调节，解决末端需求的响应难题，江亿建议，让电力对应碳排放责任，而碳排放责任数值又跟电网的供需平衡关系、风电光电比例等诸多因素密切相关，由此充分调动起全社会对碳减排的热情，使用户主动实施在终端的调控。“面对不同的系统结构和调控模式，需根据现实状况重新设计政策机制，采用电力动态碳排放责任因子的方法或成为适应电源结构变化的一种简单可行的方法。”
充分开发利用各类余热
采用零碳热量并充分开发利用各类余热以满足热量需求，同样是实现碳中和的主要任务之一。我国未来需要240亿吉焦的热量，包括北方城镇建筑采暖、生活热水制备、工业生产用热等。在碳中和目标下，如何解决这些热源需求，同时解决污染物排放问题？江亿认为，余热是未来中国社会在零碳环境下最主要的热源。
根据江亿的测算，多种低品位余热资源是最好的零碳热源，将70%的余热利用起来，形成跨区域的多热源共享系统，就能解决用热难题。
江亿认为，我国发展零碳余热系统，有很好的条件。目前，多地正在建设大热网，具备丰富的热电联产经验，部分电厂已实现了热电联产余热的深度回收，也有大量工业余热回收的成功案例，相关的关键设备和技术都已具备。
需要注意的是，虽然开发余热资源是一个很好的路径，但其仍面临三大障碍。首先，是时间不匹配问题，总量虽然达标，但产出时间与用热时间不完全匹配；其次，位置不匹配导致供需失衡问题；第三，是品位问题，即各类热源输出品位不同，各类用户需要的热能温度范围也不同。
面对上述问题，江亿指出，必须实现三大关键技术，即大规模跨季节储热技术、热量的长距离低成本输送技术、基于热泵的热量变换技术的突破。这些问题的破解，涉及大量的新产品、新装备、新基建，可以创造巨大的市场需求，助力实现零碳供热和可持续发展。