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科技
作者:何少佳
2021-06-07 16:00
[亿欧导读]

零碳、减碳、负碳技术的研发推广以及产业的绿色转型成为碳中和科技创新规划重点。中国碳中和目标的实现少不了科技创新的力量。

碳中和

题图来自“公开图片”

2021年4月,科技部在《科技支撑碳达峰碳中和行动方案》编写专家组会议上指出,要抓紧落实七方面工作,一是要加强前沿颠覆性技术研发,围绕重点方向开展长期攻关;二是要大力推动低碳、零碳、负碳技术研发;三是要加强现有绿色低碳技术推广应用,支撑产业绿色化转型;四是要推动新型低碳产业发展;五是加强温室气体排放评估、核算等基础性研究;六要加强创新能力和示范体系建设;七要加强科普。

2021年是中国碳中和元年,为完成中国3060碳达峰碳中和的雄伟目标,社会各界均投入到碳中和事业。近两个月,科技部全速推动碳中和科技创新,撰写《碳中和行动方案》,将零碳、减碳、负碳技术的研发推广以及产业的绿色转型作为碳中和科技创新规划重点。中国碳中和目标的实现少不了科技创新力量,科技企业参与碳达峰、碳中和事业迫在眉睫。

碳中和技术分类

碳中和技术根据减排机理可分为减碳、零碳、负碳三类:

  •  减碳技术主要指节能减排技术,多应用于实现生产、消费、使用过程中高效能、低排放、低能耗、低污染的效果。减碳技术涉及电力、煤炭、石油化工、钢铁、有色金属、建材、建筑、交通运输等多个行业,涉及燃料替代、工艺替代与优化、处理效率提升、资源回收等技术。

  • 零碳技术主要指(几乎)零碳排放清洁能源技术,其中包含风力发电、光伏发电、零碳制氢、核能等技术,还包含储能系统的建立及技术开发。

  • 负碳技术即负排放技术(NETs),主要应用于从大气中捕获、封存、积极利用、处理二氧化碳。负碳技术主要分为两类,一是增加生态碳汇类技术,利用生物过程增加碳移除,并在森林、土壤或湿地中储存;二是开发以降低大气中碳含量为特征的二氧化碳的捕集、封存、利用、转化等技术。

国家于2017年发布的《国家重点节能低碳技术推广目录(2017年本低碳部分)》,根据技术特征将碳中和技术分为非化石能源类技术、燃料及原材料替代类技术、工艺过程等非二氧化碳减排类技术、碳捕集/利用与封存类技术、碳汇类技术。

结合上述信息,亿欧智库梳理了碳中和技术,进行了如下总结与分类:

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零碳技术应用情况与代表企业

风力发电与光伏发电将逐渐成为发电主力

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据统计,2020年全国风电、太阳能累计发电量7270亿千瓦,同比增长15.1%。风电、太阳能累计发电量占全部发电量的比重为9.5%。近日国家能源局提出2021年全国风电、光伏发电量占全社会用电量的比重达到11%左右,后续预计将逐年提高,确保2025年非化石能源消费占一次能源消费的比重达到20%左右。

风力发电——

2020年中国风电新增装机高达7167万千瓦,同比增长178%,创下历年新增装机的纪录。据全球风能委员会(GWEC)发布的《2021年全球风能报告》显示,2020年全球新增风电装机93GW,中国新增的陆上风电就占到了56.3%。

中国风电市场份额主要集中于图谱企业,其市场总占有率高达95%。2019年,金风科技、远景能源、明阳智能分别以29.9%、19.2%、13.5%的市场占有率位列前三。

目前,风力发电智能化已经成为行业发展的方向基于人工智能、物联网、大数据等技术,大型风电企业已陆续推出风电智能化解决方案:远景科技集团推出了应用智能控制技术的智能风机、提供风电场全生命周期整体解决方案的EnOS™智能物联网操作系统;上海电气集团的上海电气集团的全生命周期智能化管理平台“风云”系统,东方电气风能智选数字化平台等。

部分专攻于工业互联网、数字孪生的科技企业也参与其中:树根互联利用根云平台覆盖风电设备全生命周期的故障预测和主动维修,千尧科技打造的漂浮式海上风电数字孪生系统庄蝶旨在解决海上风电设计验证、优化改进、科学决策等关键问题。

随着数字化、智能技术的辅助与规模效应的形成,风电的成本逐渐在降低,正在摆脱补贴价。对于不同时期建设的但未在规定时期并网的陆上风电项目,或2021年新核准的陆上风电项目,国家也不再进行补贴。但对于海上风电的补贴仍在进行中。可以看到,未来海上风电项目将成为风力发电的重点发展项目之一。

光伏发电——

2020年中国新增光伏发电装机达4820万千瓦,同比增长60%。其中光伏组件主要来源于图谱企业,其光伏组件出货量总和占全球组件产量的50%以上。

不少企业将光伏领域与互联网、大数据、人工智能深度融合,推出智能光伏解决方案,涉及光伏发电站建设、光伏发电运维、光伏储能等环节,并探索推进在建筑、水利、农业等领域的应用建设。

华为FusionSolar智能光伏解决系统最为领先,在发电侧将AI、云等新ICT技术与光伏融合,打造智能光伏电站,智能光伏电站可精确检测每路组串信息,监控关键部件状态,实现电场可视化管理,使用了华为海思芯片、操作系统、智能控制器等高效部件;同时构建智能光伏无线传输系统,并通过互联网集中统一管理全球电站。

核电——

无碳排放成本但拥有安全争议的核电技术也是中国可再生能源技术的重点关注对象。截至2020年12月底,我国共有核电运行机组49台,在建机组15台,商运核电机组累计发电量3662.43亿千瓦,占全国发电量的4.95%。中国已于广东、辽宁、山东、浙江、江苏、福建、海南、广西、江西、湖北、湖南建设核电站,核电站多为中国核工业集团、中国核能电力股份有限公司、大型电力集团出资建立,由中国核能电力股份有限公司运营管理。

绿氢技术为大势所趋

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氢能作为一种清洁、高效、可持续的二次能源,被认为是最具应用前景的能源之一,将在未来能源格局中发挥重要作用。

绿氢(通过利用太阳能、风能等可再生能源通过电解水方式获取的氢气)已成为大势所趋。但绿氢技术发展的主要驱动因素是可再生能源技术的大规模应用,我国现存的大部分制氢项目为灰氢(通过化石燃料燃烧产生的氢气)制取,且正在由灰氢制取向蓝氢(通过化石燃料燃烧同时使用碳捕集、利用与封存技术产生的氢气)制取转化。

图谱中的制氢企业为中国氢能源的重要来源,这些氢能源多为灰氢、蓝氢、工业副产氢。目前,中国海洋石油集团有限公司、国家能源投资集团有限公司、国家电力投资集团有限公司、中国华能集团、大唐国际发电股份有限公司等多家能源、电力央企正在布局绿氢项目。未来,将会有更多大型能源企业布局绿氢。

此外,氢能源的存储与运输技术也是影响氢能成本下降与形成规模效应的重要因素。目前中国正在使用的储运氢技术分为高压气态储氢、低温液态储氢、固态储氢、有机液态储氢,图谱中展示了正在布局的企业。

新型储能技术的发展同样不可忽视

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以风电光伏为代表的可再生能源自身具有间断性和波动性的特点,实现大范围的调度消纳,需要配合使用储能系统提高可再生能源的稳定性,平衡电能在时间上的供需关系。为此,新型储能技术的发展也成为了可再生能源技术发展的重要环节。2021年4月22日,国家能源局发布了《国家发展改革委国家能源局关于加快推动新型储能发展的指导意见(征求意见稿)》,提出了“到2025年,实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变,装机规模达3000万千瓦以上”的目标。

根据《储能产业研究白皮书2021》,截至2020年底,中国已投运储能项目累计裝机规模35.6GW,同比增长9.8%。抽水蓄能作为目前最成熟、成本最低的储能技术,其累计装机规模最大,为31.79GW。目前国家电网、南方电网、中国三峡集团等电力、水利公司均在布局抽水蓄能电站的建设。

电化学储能的累计装机规模位列第二,为3269.2MW,但其近几年增长迅猛,2020年同比增长91.2%。在各类电化学储能技术中,锂离子电池的累计装机规模最大达到2902.4MW。近年电化学储能商业化应用逐渐成熟,市场上涌现一批优秀的储能技术提供商与储能系统集成商。

新兴科技企业助力电网运维智能化发展

同样,为保障电力系统安全稳定运行,输电、配电过程中的运维工作尤为重要。新兴科技企业可以利用其技术,为电力输送、调配、管理等环节做出贡献。

商汤科技为例,其将AI+AR技术运用到电网智能巡检,能够提高电力运维效率、节省时间和人力成本,有效保障在新能源大规模并网后的电网运行安全。基于工业级AR技术试点,商汤科技SenseMARS可提供标准化的端到端解决方案。未来, 将在更多换流站及其他工业场景中规模化应用,加快能源电力行业的数字化转型。

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负碳技术应用情况与代表企业

碳捕获、封存、利用技术是负碳技术焦点

据公开资料表明,我国目前在运行的CCUS项目有21个,每年的捕集量在百万吨量级。CCUS发展状况仍处于能耗和成本过高、长期封存的安全性和可靠性有待验证等问题,政府仍在加大CCUS研发投入,支持CCUS工业规模的全流程技术示范。

自2006年以来,我国政府支持了央企国企与学术端主要参与的十余个CCUS项目,其中包含石油采收过程中温室气体资源化利用与埋存项目、煤制油工程高浓度二氧化碳捕集与封存项目、高炉炼铁二氧化碳减排与利用项目等多场景的二氧化碳捕集与封存项目。中电投、中石化、华能、神华、大唐集团等石化电力企业还在吉林、重庆、内蒙古等地建设捕集/封存/利用量超万吨甚至百万吨每年的示范工程。目前助力CCUS发展的主力军仍是政府与财力雄厚的中央企业、国有企业。新兴科技企业对于CCUS的发展智能

在全社会集中于二氧化碳的捕获、封存等关键技术的开发过程中,二氧化碳的资源化利用也不可忽视,可创造额外的经济和环境效益。二氧化碳的资源化利用需要创新、集思广益,值得科技企业的重视。

目前,国外已有不少企业正在布局,如CleanO2公司开发出了可以接到天然气锅炉上的碳捕捉设备,从烟道中回收二氧化碳,并转化为碳酸钾,用于制造洗涤液和肥皂;Newlight Technologies公司使用生物催化剂将二氧化碳转化为生物塑料;也存在不少将发电厂废气回收制成甲烷、二氧化碳分解为石墨烯、碳纤维等碳材料。类似企业在国内存在,但普遍处于研发试验期,商业化程度不高,亟待挖掘、大众关注、资金支持。

生态碳汇能力的提升是负碳基础

目前,大型林业、海洋集团多在进行生态保护修复,增强草原、绿地、湖泊、湿地等自然生态系统固碳能力的工作。部分新兴科技企业也有机会参与到增加生态碳汇的工作中,例如可以利用智能遥感技术科学地规划森林、农田等资源,智能监测大气、水、土壤等环境情况。商汤科技自研的SenseRemote遥感影像智能解译解决方案,广泛应用于各级地理信息中心和行业主管单位,未来有机会成为推动自然资源科学规划、促进生态碳汇增长的工具。

减碳技术应用情况与代表企业

在实现碳中和目标的过程中,节能减排技术是相对较易实现的,也是我们自始至终不可缺少的,广泛而科学地利用便能产生极大能量。

燃料、原料替代

示例——低电压隔离式分组接地技术

为保护建筑物与保护人身安全,在建筑、通信、电力、水利等行业中均需要使用到接地技术。以此为例,传统接地技术需要采用大量金属材料、降阻剂在地下建设大面积的接地网。我国每年接地网建设约需消耗300万吨钢材和500万吨降阻剂,污染土地60万亩。低电压隔离式分组接地技术采用电子设备替代接地网建设,不需要使用钢材和降阻剂,不占用土地,显著减少了环境污染。

目前该技术已在基站建设、楼宇建设中大量应用。在湖南省移动公司14个地市的3G、4G网络3120个基站建设中将接地网换成了阻断型交流保护箱和通信局站接地分配箱,年碳减排量约为2577吨二氧化碳当量;中国联通集团青海省玉树州公司综合大楼在总配电室安装“防雷接地综合保护柜”,年碳减排量约14吨二氧化碳当量。

工艺优化、替代

示例——智能连续式干粉砂浆生产技术

建材行业中干粉砂浆生产线曾采用称重计量、大功率搅拌机搅拌的间接式生产方式。智能连续式干粉砂浆生产技术替代了传统间断式生产方式,通过动态计量系统、三级搅拌系统及计算机控制系统,并利用物料自重,实现了连续下料、连续搅拌、连续出料,替代传统间歇式生产方式,减少电机功率和数量,显著降低电耗。许昌金科、南通邦顺等年产40万多吨干粉砂浆的生产企业,在使用智能连续式干粉砂浆生产技术后,每年二氧化碳减排量达2000-2200吨二氧化碳当量。

能效提升

示例——商汤人工智能计算与赋能平台

商汤投资56亿元在上海兴建新一代人工智能计算与赋能平台(以下简称AIDC),全部建成后AI计算峰值速度将达到3740 Petaflops(1 Petaflop等于每秒1千万亿次浮点运算),——作为参照,OpenAI的千亿参数模型GPT-3完整训练一次需要3.14E23次浮点运算,而商汤科技临港AIDC的算力仅在一天内即可完成。在拥有极高性能的同时,商汤同样注重AIDC的能耗情况:AIDC项目的建设统筹考虑了华东地区所能采用的多样化节能优化措施,进行了如下的项目优化,预计达到每年节约5000多万度电的效果。

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商汤还将其服务运用到了各领域,帮助各行各业降本增效,如SenseOffice智能办公平台系统助力低碳建筑运营,利用其精准的图像识别技术助力能源、工业等数字化转型等。

 

在十二五、十三五期间,已经涌现出一批拥有“绿色+产业”意识,利用AI、物联网、大数据等新兴技术服务低碳社会,打造低碳交通、低碳建筑、低碳供应链等的科技企业。但拥有意识的企业是少数派,这些企业的力量不足以撼动“90多亿吨二氧化碳当量”这棵大树。

在此情况下,社会需要集中人工智能、大数据、云计算、5G、物联网、区块链等新兴科技企业,以其技术优势与科技创新能力在实现自身低碳、零碳发展的同时,助力其他行业提高效率、减少能耗、优化工艺,从而实现全社会碳中和。新兴科技企业值得更多关注。

类似商汤科技、拥有独特技术优势与资金基础的新兴科技企业还有很多,当这些企业的碳中和意识被激活,在实现自身碳中和与赋能百业低碳发展的道路上主动作为之时,我们距离零碳社会就又进了一步。


亿欧智库正在撰写《2021中国商业建筑碳中和实施路径研究报告》与《2021中国科技出行企业碳中和发展研究报告》两份研究报告,我们诚邀产业链上中下游相关企业、协会、专家、高校、研究机构等参与其中。联系方式:huangqingqi@iyiou.com(商业建筑报告),lihaocheng@iyiou.com(科技出行企业报告)。

未来,我们还将开展有关于碳中和技术的研究,欢迎碳中和技术相关企业、机构共同探讨碳中和技术研究方向与发展趋势。联系方式:heshaojia@iyiou.com。

本文来源于亿欧,原创文章,作者:何少佳。转载或合作请点击转载说明,违规转载法律必究。

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