“双碳”五大科技重点领域前景如何?浦江创新论坛发布智库报告

今天上午,《双碳科技及应用场景前瞻》在浦江创新论坛成果发布会上发布。这份由中国科学技术信息研究所、上海市科学学研究所联合编撰的智库报告,从政府关注重点、产业发展潜力、对经济社会的全局带动和引领作用等方面,遴选出“双碳”科技5个重点领域——氢能,碳捕集、利用与封存(CCUS),储能,光伏建筑一体化,智能电网,进行分析评估并提出了政策建议。

在氢能技术领域,基础研究和技术研发均在21世纪初快速增长。技术研发以氢燃料电池占绝对优势;在基础研究方面,还有光催化制氢、生物制氢、析氢反应、钼/镍/钴催化剂等持续的研究热点。“绿氢”(利用可再生能源分解水得到的氢气)目前由于生产成本过高,相关产业还处在缓慢培植期,然而通过光伏发电、风电和太阳热能等可再生能源电解水制造的“绿氢”,近期仍是最可行路径。

关于氢科技及其产业,《双碳科技及应用场景前瞻》提出了三条政策建议:一是加大技术攻关,攻克制约氢能产业链的质子交换膜、膜电极等关键技术,降低生产成本;二是开发建设长距离储运的掺氢天然气管道或纯氢管道等基础设施;三是政府根据“双碳”目标要求,进一步将氢能纳入能源体系统筹考量,并积极制订制氢和氢品质、储运、加氢站和安全等相关技术标准,健全基于氢能的家庭热电联控、汽车、无人机等应用环节的检测与认证服务。

在储能技术领域,基础研究以锂离子电池和超级电容储能技术居多,技术研发以锂离子电池和铅酸电池占主流,市场装机规模则以抽水储能、锂离子和钠硫电池为主。储能科技创新再次活跃,意味着城市在能源可持续发展上面临重大的战略机遇和挑战。城市一改过去单纯能源消费环节的角色,而成为能源生产、再生、利用、存储和平衡的重要节点。

未来,政府可在城市能源规划方面重视储能技术,从提升能源零碳效能和综合效率切入,对城市储能技术研发创新方面统筹研判、极优设计,特别是在城市新建区域及城市改造中,为储能技术集成应用提供场景驱动力。

在碳捕集、利用与封存(CCUS)技术领域,报告指出,这是唯一能使电力、钢铁、水泥等难以减排行业深度脱碳的技术,对实现“双碳”目标极其重要。CCUS是把工业生产过程中排放的二氧化碳进行提纯,继而投入新的生产过程,实现二氧化碳的循环再利用。这个领域的基础研究和技术研发在2008年后快速发展。低成本、大规模、集中的碳源供应是制约这种技术工业化推广的瓶颈之一,新型低能耗化学溶剂、膜加变压吸附和化学吸收法组合技术都是研发重点。

目前,有效的CCUS政策工具有待政府谋划,如具体的财税支持和激励机制,以及合理的碳定价。CCUS发展方向包括生物质与CCS(碳捕集与封存)、直接空气捕捉、高价值转化等,发展前景广阔。

光伏建筑一体化,指将太阳能光伏发电与建筑有机结合,并可与储能微网结合,是未来建筑节能发展的趋势。相关基础研究和技术研发成果从2009年开始迅速增长,目前的问题仍然是成本因素。长远看,光伏电池效率不断提高、产业规模不断增大等将使装机成本持续下降。如能加大电网市场化配置力度,加快光伏发电平价上网速度,将促进综合成本下降。目前,需建立完善的材料、工程等方面标准,保证光伏建筑的强度、安全性、防水、防火等建筑本体性能。同时,光伏建筑一体化技术障碍亟须突破,如光伏材料的筛选和创新、光伏组件的温度效应问题、发电不稳定以及不均衡连接损失等。

智能电网,指串联起发电、输电、变电、配电、用电以及调度等各个产业节点,与储能、信息通讯、高级计量体系等密不可分。智能电网涉及面广,多能源、多系统、多技术和设备整合入网,需要与时俱进地制订相关标准和协议。我国很多电力系统设备老化,小型风电、光伏和热电联产设备没有完全普及,智能电网的建设发展需要考虑区域特定场景需求。随着“双碳”举措的落实,能源结构、电网布局应随之调整,我国可强化针对电网的智能科技研发,针对在线监测和自愈控制、电网与互联网结合、分布式能源管理、柔性直流输电、持续安全等问题,提供强有力的技术保障。