9月底举行的2023全球能源互联网大会，聚焦全球能源互联网发展与新型能源体系建设，围绕解决世界能源、气候、环境、可持续发展和生物多样性等问题展开深入研讨。中国工程院院士、清华大学碳中和研究院院长贺克斌出席大会，并接受本刊采访。他表示，全球碳中和背景下，风电和太阳能发电的装机规模倍增式发展，既是趋势也是需求。世界经济发展模式将从能源资源依赖型走向能源技术依赖型——可再生能源规模化发展的核心在于技术突破，统筹运用供能侧风光优化互补、电网侧跨区域并网、用户侧电力需求的空间互补等举措，可以提高风电供电质量的稳定性，减少由可再生能源不稳定带来的问题。 

　　当可再生能源渗透率逐渐提升至中比例、高比例，甚至极高比例时，电力系统需要直面不同时间尺度的系统稳定控制、运行、规划等多重挑战。

　　碳中和激发倍增发展 

　　问：在全球可再生能源发展形成共识的背景下，我国走在了世界前列。截至今年上半年，我国累计可再生能源发电装机容量达到13.22亿千瓦，历史性超过煤电，10年增长约3倍。您如何解读这一现象？ 

　　答：最大的一个背景是在全球碳中和的进程中，能源结构的进展最为显著。为了应对全球气候变化，各国纷纷在《巴黎协定》下作出碳中和承诺。截至目前，全球已经有150多个国家和地区提出碳中和目标。据英国能源与气候智库（Energy & Climate Intelligence Unit）统计，全球92%的国民生产总值、88%的二氧化碳排放量、89%的人口被净零排放目标覆盖。 

　　9月上旬，二十国集团（G20）领导人第十八次峰会通过《二十国集团领导人新德里峰会宣言》，承诺到2030年将全球可再生能源产能增加两倍，并接受逐步减少煤炭发电的必要性。这意味着，世界主要发达国家在提高可再生能源目标方面达成共识。 

　　问：有专家表示，在全球变暖的背景下，出现破纪录高温并不意外。您认为升温会带来哪些新的危害？ 

　　答：2023年，全球高温纪录连续突破。全球气候变化带来的气象灾害，除了极端降雨和干旱，还有野火。1900年以来，由于消防技术的发展，全球野火发生强度逐渐下降，但是近来年气候变暖有使极端野火发生增加的趋势。根据各种模型的预测，未来全球气候持续变暖可能会促使野火，尤其是极端野火的强度持续加大、概率持续增加。 

　　联合国可持续发展面临的三大挑战：应对气候变化、生物多样性、环境污染，野火既增加了碳排放量，又破坏了生物多样性，还影响了环境的质量，所以一定要高度重视这个问题。 

　　问：能源作为主要的碳排放领域之一，未来如何承担减碳重任？ 

　　答：国际能源署（IEA）给出的分析表明，以风、光为代表的可再生能源的资源量足以支撑全球实现碳中和目标，并且是远远超过需求量。 

　　尽管当今的化石能源仍然支撑着全球经济发展，但其地域分布极不均匀。排名前五的储量国占据了全球煤炭的四分之三、油气的三分之二。各种发展的矛盾、地缘政治的矛盾、能源供应的矛盾，都和资源的极度分布不均匀有关系。 

　　尽管风、光资源在各国的分布也是不均匀的，但其不均匀程度远低于化石能源。这意味着，世界各国都拥有足以支撑经济发展的风、光资源。 

　　问：大规模利用以风、光为代表的可再生能源，将面临哪些技术挑战？ 

　　答：世界经济将从能源资源依赖型走向能源技术依赖型。从IEA对未来全球能源发展、国家发展改革委能源研究所对中国能源发展的分析来看，无论是风电还是太阳能发电的装机规模，倍增式发展的趋势是非常明显的。这既是趋势，也是需求。 

　　技术在很大程度上决定着可再生能源发展的方向，具体挑战如下： 

　　第一，电力系统的灵活性消纳。电力系统的固有灵活性可以消纳一定比例的间歇性可再生能源，当可再生能源渗透率逐渐提升至中比例、高比例，甚至极高比例时，电力系统需要直面不同时间尺度下的系统稳定控制、运行、规划等多重挑战。 

　　第二，未来气候变化会造成可再生能源资源的时空变化。以风电、光伏发电为主的可再生能源发电对于气象条件的变化敏感，温度、风速、辐射量及降雨量等气象因素在时间、空间上的变化，会反过来影响风、光发电出力和可再生能源布局战略。比如，热带、南亚热带的年平均风能增加超过25%，北部中高纬度减少超过10%；中国东部、印度、南美西部和西非的风能资源上升；美国东部地区风能资源的潜力未来呈下降趋势，这些都会影响未来风、光发电出力的布局。 

　　第三，极端天气事件将加剧可再生能源出力的间歇性和不稳定性。在当前的总量估算中，这一因素考虑得还不充分，还有赖于进一步的定量分析。电力系统需提高适应气候变化的能力，增强系统韧性。 

　　第四，可再生能源设备的关键矿产供应面临挑战。比如，光伏发电和风电设备所需要的矿产资源会分别达到气电的6倍和13倍，未来，可再生能源主要依赖的关键矿产资源会变得越来越重要。 

　　第五，全球可再生能源废弃物激增。大规模使用可再生能源，将形成新型工业废弃物。目前全球电子废弃物的回收比例仅为17.4%。如果保持同样的回收比例，在1.5摄氏度和2摄氏度温控目标下，到2050年，全球光伏的废弃物将分别达到612兆吨和352兆吨，分别超过2019年电子废弃物总量的10倍和5倍。可再生能源废弃物的循环利用也是未来碳中和社会必须要解决的问题。 

　　问：加快研发可再生能源的关键材料回收技术，有助于缓解可再生能源资源供应紧张形势，对此您有何建议？ 

　　答：应对可再生能源资源供应风险需多措并举。一是加快研发可再生能源回收利用技术生产线，推动回收成本降低，提升材料回收效率；二是优化可再生能源技术的发展路径，推动资源节约型技术的发展（如光伏中的钙钛矿技术、染料敏化技术等）；三是加快可再生能源产品及上游资源产业链的全球合作，降低对可再生能源设备生产国的资源贸易壁垒，加强对非常规矿产资源储量数据的全球共享，建立针对性的全球贸易协商组织。 

　　“能量流+物质流”合力破题 

　　问：从系统角度考虑，未来需要哪些技术突破，才能实现可再生能源装机容量倍增的目标？ 

　　答：这需要从供能侧、电网侧、用能侧多方合力、多措并举。 

　　首先，在供能侧，对风电跨区域的并网和装机容量空间的优化可有效提高风电质量；利用光伏出力和电力需求的空间互补效应可显著降低电力系统净负荷波动；通过合理配置风电、光伏发电装机，可发挥二者的时间互补特性；引入长时储能系统和区域能源共享方案能够进一步解决风、光资源禀赋的时空不均匀性，提升风、光互补发电系统可靠性。 

　　其次，在电网侧，牵头建设适应可再生能源倍增的新型电力系统。一是提出低成本高效率的能源转型方案，优化电厂建造的空间位置和发电量，统筹发展特高压线路和储能设施，协调各省份发电量和负荷，实现源荷互动，大幅降低发电成本。二是增加当前升级电力系统的投资，加大升级电力系统和基础设施的投资力度，具有多重利好。 

　　问：您认为，从用能侧该如何发力促进碳减排？ 

　　答：将可再生能源融入用能侧，将拥有广阔的碳减排空间。 

　　一是将可再生能源与交通融合。电动汽车的有序充电、V2G技术与可再生能源的协同运行可有效促进风光消纳、改善负荷特性；以虚拟电厂为载体整合电动汽车储能资源参与电力市场，可为系统中多方主体带来显著经济效益。 

　　二是将可再生能源与建筑融合。与常规建筑相比，“光储直柔”新型建筑的电能利用率要高出6%～8%，配套储能和柔性用电系统后，建筑会有15%～30%的调节能力，更适应未来高比例的风电、光伏发电系统。 

　　三是电氢融合。未来随着风、光电规模的提升，风、光电制氢有着很大的成本优势和发展潜力。到2030年，部分地区制氢成本将达到1.5美元/千克，低于当前天然气制氢成本。未来电为主、氢为辅的大格局下，应进一步探讨新型能源体系中氢在不同的时空范围如何发挥越来越关键的作用。 

　　四是将可再生能源与化工融合。煤化工的工艺流程，既牺牲了一氧化碳，又产生了二氧化碳，带来了高碳排放的问题。使用绿氢，就可以减少空气分离、取消变换装置，在降低能耗的同时提升产量。如果在合成气里，绿氢的比例达到70%，完全可以节省变换装置、空峰装置等，煤耗量仅为原有工艺流程的50%。 

　　问：在未来实现碳中和的过程中，负排放技术何时能够实现大规模部署应用？     

　　答：纯粹的负排放技术是生物质能碳捕集利用与封存（BECCUS）技术。从广义来说，还包括直接空气碳捕集（DAC）技术。 

　　从时间节点来看，尽管现在的碳捕集利用与封存技术研发和示范工程越来越多，但是要大规模应用这样的技术，还需遵循市场规律，待其减排成本和碳价之间形成一个合理的空间，才是市场大发展的时候。初步判断，要到2040年左右才能实现大规模发展。 

　　问：面对众多的技术选择，对于确定合理路径和方案，您有何建议？ 

　　答：合理的路径一定要有定量的分析。未来的能源体系应该重视“能量流和物质流”，建立新的能量流系统和物质流系统，对可再生能源进行精准化评估，进而制定出合理的方案。 

　　其一是进行能量流系统分析。需要对可再生能源做精准化评估，揭示可再生能源时空变动及其驱动因素，建立长时序变动性预测方法及风险预警机制。同时，对可再生能源的高效利用机制进行定量分析，包括从供给侧与需求侧阐释其协同利用机制与发展路径、评估氢能等绿色电力转化与存储技术在能源系统中的应用前景。 

其二是进行物质流系统分析。需要进行可再生能源全生命周期影响与效益评价，同时进行可再生能源产业风险分析，包括技术进步的动态预测，技术加速更迭下的组合优化，基于市场条件的回收技术、商业模式与支撑政策建模。