张永生教授在《科学通报》发表论文探讨碳中和条件下能源发展
碳达峰、碳中和是我国能源发展的重大需求和挑战。近日，《科学通报》出版论文“我国能源生产、消费、储能现状及碳中和条件下变化趋势”（ 66 (34)： 4466-4476 (2021)，）。
该论文由我校能源动力与机械工程学院张永生教授等撰写，以实现碳中和为目标，基于统计数据分析我国现有能源生产结构、电力装机、不同行业能源及电力消费等特点，进而讨论实现碳中和目标下的能源结构，以及我国未来电力系统结构调整面临的问题及瓶颈。
1990年以来，随着中国经济的快速发展，能源生产和消费基本上一直处于上升趋势，生产和消费都是以煤为主。可再生能源装机容量比例较少但发展迅速。风电装机、光伏发电装机规模都处于世界第一的水平，但总发电量占比仍然很低。工业用能占能源总消费比例最大，保持在65~75%之间，居民生活和交通能源消费也在不断增加。数据表明目前工业用电量与火力发电量保持一致。 由于火力发电调峰调频相对方便，工业生产流程工艺可以优化，对它们进行优化匹配有利于今后我国电力结构调整。
2060年实现碳中和时，在我国能源消费总量不会有大变化的前提下，化石燃料比例预计在20%左右，可再生能源比例在70%左右。实现碳中和需要有比现有电力总装机更大规模的装机容量，风电、太阳能发电装机将至少为目前火电装机的2倍。需要改变现有能源生产和能源消费模式适应今后能源结构的调整。
配置适当的储能装机容量是风电、太阳能发电承担主体发电责任的保证。现有技术水平下，抽水蓄能、电化学储能、氢能具有竞争力。不同于动力储能对电池高密度的追求，新能源消纳最重要的是规模足够。抽水蓄能受限于地理环境，规模不足以支撑风光发电对储能发展的需求。锂离子电池受限于锂资源，氢能燃料电池受限于铂资源，完全依赖锂离子电池、氢燃料电池即使解决交通问题也会面临资源瓶颈。未来的交通体系需要在现有基础上重新规划，比如加大轨道交通的范围、改变交通习惯等。
大规模消纳可再生能源，需要考虑多种储能技术储备，多元发展。氢燃气轮机、氢冶炼等相对成熟的路线技术，具有支撑今后大规模可再生能源消纳的潜在优势。分布式储热、压缩空气储能、非贵金属催化的氢燃料电池、钠/铅酸电池、液流电池、超级电容器及其他多种具有技术经济性、可实现大规模应用的储能技术也都具有良好的发展空间。
审核：张永生