双碳绿色风中,乘势而起了哪些新能源?

脑极体 2022-01-06

原标题:双碳绿色风中,乘势而起了哪些新能源?

近几年,极端气候的变化与灾难频繁发生,我们目睹和经历了许多痛苦的旅途。全球暴雨肆虐、洪水现象频发,高温、干旱等自然灾害应接不暇;澳洲七个多月的山火几乎烧尽了森林里的所有,数以亿计的动物被烧死;南北两极的温度不断上升,气温最高已经突破了20℃的极限值,很多冻土与冰架开始融化。

据 Nature Communications 今年发表的一项最新研究,到本世纪末,预计每年将有460万人死于气候变化。二氧化碳过度排放引发的系列气候和环境问题,已经严重威胁人类的生存。各国都在加快对碳排放的控制。我们也在联合国大会提出了“2030年碳达峰,2060年碳中和”的目标。

对于减少碳排放的举措,总结来说,一方面是在排放端降低碳排,比如降低化石能源在使用过程中的碳排放,研究用非碳类能源进行替代等;另一种方案是对已经排放出的碳进行捕获、固碳等,比如通过生态建设,土壤固碳,利用工程及技术进行固碳与封存。两种方案都是实现双碳目标的重要措施。今天我们讨论的也是有关双碳节能减排中,近年兴起发展的科技与绿色减碳产业。

兴起发展的可持续能源

国际能源署海洋能源系统发布的《2020年科学状况报告:世界海洋可再生能源发展的环境影响》称,作为一个新兴产业,海洋可再生能源还没有全面的商业部署,例如我们熟悉的潮汐能、兴起的海上风电、波浪能等。这些可再生能源无污染、储量大、全天候等诸多优点成为众多国家关注的焦点。

我们知道陆地常用的可再生能源设施是风光伏等,业界认为风能的开发潜力略小于光伏。各类能源大国的陆上风电技术基本成熟,正处于装机规模高速增长的阶段。而海上风电则仍处于技术完善期,更大功率、更加经济的海上风机是业界追求的方向。

根据 WFO 统计,截至2020年底,全球共有26个在建海上风电项目,容量接近10GW;其中约44%的在建容量来自中国。GWEC预计,全球海上风电的年装机容量将在五年内翻两番;其在全球新增风电装机中的份额,将从目前的6.5%增至2025年的21%。

海上风电场主要由一定规模的风电基础和输电系统构成。外观上,海上风电的机型较陆上风电的机型大,同一地区的扫风面积变大使得海上风机的发电容量也就越高。以10兆瓦风电机组为例,机组轮毂中心高度距海平面约115米,风轮扫风面积相当于3.7个标准足球场,满发时一小时可以发一万度电。

不过海上的各类设施都需要考虑恶劣自然条件和环境条件的影响,例如海洋地质条件、盐雾腐蚀、波浪荷载、海冰冲撞、台风破坏等。海上风电的建设成本是陆上风电的2-3倍,但政策会有补贴,这也是近几年海上风电抢装潮的主要原因之一。除了海上风力这类的能源获取外,波浪能也是很多国家与机构开始瞄准的目标。

波浪能发电可以应用于海水淡化、制氢等,帮助边远海岛、海洋平台打破电力困局,也可以为救援设备、水下航行器供电等,有助于人类更加安全、便捷地深入海洋。

海浪源源不绝的能量为海洋中的常用设备提供了充足“储备”。波浪能发电是通过波浪能的采集装置和转换装置完成,能量转换系统将波浪能转换为机械能,然后再转换成电能。据世界能源委员会的调查结果显示,全球可利用的波浪能达20亿kW,数量相当可观。在波浪能流密度高的地方,每1米海岸线外波浪的能流就足以为20个家庭提供照明。

无论是海上风电还是波浪能的大力研究与开发,都意味着在全球变暖、资源危机愈发严峻的大背景下,人们把目光聚焦于能源蕴藏丰富的海洋,海洋资源开发将是人类实现可持续发展的重要支撑。除了能源的开发,双碳目标战略的碳固定也是实现双碳目标的重要举措。

捕获未来的碳捕集

碳捕捉与封存对于高效减缓气候变化至关重要。我们知道咱们国家的经济发展高度依赖煤炭类化石燃料,尽管近期国家限制其在能源结构中的比例,但短期内煤炭仍旧将是主导能源。

碳捕是煤炭密集型产业(如煤化工、钢铁、水泥和炼油厂)减排二氧化碳的唯一选择,也是唯一能够大幅(可达90%)减排电力与工业二氧化碳排放的技术。如果不采用碳捕集与封存技术,达到国家减缓气候变化远期目标的整体成本将会上升25%。

很多读者知道碳捕捉技术可能是因为今年的一次新闻热搜,冰岛的碳捕机正式投入的新闻。这个碳捕捉厂坐落在冰岛西南部一个荒芜的熔岩高原上,由八个大型集装箱组成,采用高科技过滤器和风扇来提取二氧化碳,其外观类似于航运业使用的集装箱。通过这些设备被分离出来的碳与水混合,被泵送到地下深处,在那里慢慢变成岩石。

冰岛的碳捕机工厂每年可从空气中捕集4000吨二氧化碳,相当于大约800辆燃油小汽车一年的排放量,并且碳捕捉与泵送到地下的能源都是由附近的地热发电站提供的可再生能源驱动的。国际能源署称,目前全球有 15 家直接空气捕集厂在运营,每年捕集超过 9000 吨的二氧化碳。在全球300多亿吨的二氧化碳排放量面前似乎杯水车薪,但碳捕捉技术正在逐渐起步,聚沙成塔,大规模的普及也会带来碳排的变化。

冰岛的这类碳捕机是从空气中直接捕捉碳,碳捕类技术也有从能源开采应用的过程中施行。

举例来说,海上石油开采的过程中,二氧化碳会和原油一起产出地面,如果对这部分的二氧化碳进行有效的固碳处理,将会减少能源开采过程中的大量碳排。

去年8月中国海洋石油对外宣布,我国首个海上二氧化碳封存示范工程正式启动,项目设施预计每年可以封存二氧化碳30万吨,累计封存二氧化碳146万吨以上,相当于植树近1400万棵,或停开近100万辆轿车。这个海上平台二氧化碳捕集项目不仅仅是海上二氧化碳封存技术的突破,也开拓了海上二氧化碳封存的新产业和新业态,对海上油气田的绿色开发具有重要示范意义。

目前,碳捕获、利用与封存作为减碳固碳技术,已成为多个国家碳中和行动计划的重要组成部分。数据显示,截至2020年,全球正在运行的这类大型示范项目有26个,每年可捕集封存二氧化碳约4000万吨。

无论是在大气中凭空捕获还是这类对工业生产能源获取过程中的固碳方式,都对减少二氧化碳的排放作出有效的贡献。

齐上阵的“绿色”举措潜力爆发

目前,可再生能源发电降低成本的趋势十分清晰,国际能源署(IEA)发布的《2021年世界能源展望》称,到2050年,成功实现净零排放将为风力发电机组、太阳能电池板、锂离子电池、绿氢等行业创造每年超过1万亿美元的市场,其规模可与当前的石油市场相媲美。

拿蕴藏能源丰富的海洋来说,海洋能整体还在发展的初期,在探索诸多更清洁、更高效的新能源产品中,海洋能的潜力巨大。目前潮汐能和波浪能已成为电力成本高的偏远岛屿上可行的替代能源。全球在建的潮汐流和波浪项目有55%在欧洲。欧盟认为,相较于风能和太阳能,波浪能和潮汐能发电更加稳,可在欧盟脱碳和稳定电网中起至关重要的作用。

而我们国家也拥有丰富的海洋资源,海洋在国家减排增汇工作中也会发挥重要作用。我们知道海洋覆盖了地球表面约70%,但其储碳量则能达到陆地的近20倍、大气的50倍。以海岸带植物生物量为例,据悉尽管它只有陆地植物生物量的0.05%,每年的固碳量却与陆地植物相当。海洋不仅能够提供丰富的绿色可再生资源,也能够有效地减少碳排,生物类固碳方式与技术类固碳在海洋减碳排中都发挥出巨大的潜力。

当减碳排成为大多数国家举国之力都积极推进的重要事务,它不仅为能源行业带来巨大的发展空间与产业价值,也为生态环境的改善作出贡献。乘着双碳战略的催化作用,所有的国家、行业、产业都被绑定在同一个发展的目标下,人类命运共同体的目标变得空前的统一。

“天育物有时,地生财有限”这句老话从口号成为所有产业参与者的具体实践。在共同生存的生态环境下,绿色可持续能源与固碳成为低碳转型的砖砖瓦瓦,构建起覆盖全生态的绿色屏障,阻隔掉威胁生物生存的极端气候,培育出生物多样性成长的沃土,在这个绿色保护罩下,后世与万物山吟泽唱。

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