【特刊】“澳門有條件成為中國率先實現碳中和的城市”

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作為澳門減碳道路上最權威人士之一,宋永華教授認為,要實現這一目標,需要推行多項措施,包括發展低碳甚至零碳建築。

《商訊》2023年3月特刊 | 減碳:何時?如何?

文:João Paulo Meneses


宋永華現任澳門大學講座教授、智慧城市物聯網國家重點實驗室主任,同時兼任這所澳門最大型公立大學的校長。他享有國際聲譽(曾任中國電機工程學會副理事長、歐洲科學院院士、英國皇家工程院院士)外,長期從事電力系統和智能能源領域的研究。他帶領團隊完成了一項題為《Typical Pathway to Carbon Neutrality for Urban Smart Energy Systems—Case Study of Macao Special Administrative Region(智慧城市能源系統邁向碳中和的典型路徑研究——以澳門為例)》(2022 年)並發表了學術論文。記者就此採訪了宋教授。

澳門政府最近坦言,未有如內地或香港一樣制定具體的減碳計劃或年度目標。您最近發表有關主題的論文,是否希望在這方面作出貢獻?

宋永華 – 是的,我們期待為澳門實現碳中和作貢獻,至少從技術角度而言。

澳門致力建設智慧城市,可持續發展是其中的一大特色。在本地所有行業中,能源行業是最大的碳排放源之一。為了打造可持續發展的智慧城市,能源系統的可持續/可再生是最終實現碳中和必經的階段。過去十年,澳門政府致力推動城市環境保護、節能減排,並取得了舉世矚目的成就。我們相信,澳門有條件成為中國率先實現碳中和的城市。

在澳門,實現碳中和是一個長期的、系統的且複雜的目標,有賴全社會在特區政府的帶領下共同努力。要順利、成功地實現這一目標,就必須提前做好全面的技術路徑規劃。因此,我們建立了專門的小型研究團隊,致力探索城市能源系統碳中和的技術路徑,並以澳門為目標,進行研究。我們希望此項目能夠成為政府和公眾的有用參考,推動實現這一目標(詳見本期報道)。

在智慧城市物聯網國家重點實驗室,我們設立了智慧能源研究室,致力開展前沿研究,促進智慧城市清潔、高效、安全的能源供應。具體而言,我們致力開發與可再生能源發電、交通電氣化、低碳建築、靈活配電系統等相關的創新技術,積極與本地企業合作,為澳門社會提供低碳解決方案。

“碳中和是一項長期任務”

您的研究認為情況將於 2025年開始發生變化,結果似乎非常樂觀,但我們目前幾乎從零開始。您同意這個評價嗎?

宋永華– 一方面,我不同意“目前幾乎從零開始”的看法。事實上,澳門政府一直努力推動澳門的減碳工作,例如推廣電動車輛、分佈式光伏並網發電系統的使用等。

另一方面,我們的研究並不是要回答“我們將於何時採取行動”,而是“我們何時應該採取行動”。 正如我之前解釋,要順利、成功地實現這一長期目標,就必須提前進行全面的技術路徑規劃。在沒有計劃的情況下,我們難以及時實現減碳目標。然而,我們應該承認,碳中和是一項長期的工作,或受到政府政策、技術成熟度、市場接受度等不同因素的影響,規劃或無法如願執行。但是,從現在開始制定有關計劃仍然很重要。


 “ 綜上所述,澳門特區政府積極支持國家‘碳中和’目標,致力推動城市環境保護、節能減排。澳大研究團隊認為,澳門有條件成為中國率先實現碳中和的城市。在中央政府和特區政府的政策引導下,在全體澳門居民的廣泛參與和支持下,在先進能源技術的推動下,澳門可望發展成為中國首先實現碳中和的示範城市” – 宋永華

澳門在生產綠色/清潔能源方面阻礙重重,這可以減少進口。 最佳的解決方案是什麼(安裝在建築物頂部的太陽能電池板)?

宋永華– 我們認為屋頂太陽能發電絕對是城市可再生能源發電的不錯選擇。對於許多高密度城市(如澳門)而言,城市土地利用規劃相對緊張。因此,一般沒有足夠的空間建設大規模、集中的新能源電站。考慮到城市建築較多,具備發展屋頂光伏等分佈式新能源的有利條件。屋頂光伏是成熟的分佈式新能源。 澳門可利用豐富的屋頂資源優勢,大力推廣屋頂分佈式光伏。 根據我們的測算,澳門的屋頂總面積約為5.3平方公里,光伏年均有效利用時間約為1,150小時。假設澳門約兩成屋頂安裝光伏板,發電量將達到約1.22億千瓦時,能減少本地發電所製造直接碳排放,降幅約22.6%。此外,還可以將薄膜太陽能電池貼在建築牆體表面進行光電轉換,光電轉換效率可達22%。澳門高層商業建築密集,牆面面積較大。 因此,我們相信薄膜太陽能電池在澳門同樣存在相當大的發展潛力。

然而,值得注意的是,即使約兩成屋頂安裝了光伏板,其產生的電力僅佔澳門總供電量的一小部分,即不到3%(澳門從中國南方電網進口電力佔城市總供電量的九成左右,餘 下的10% 由本地生產)。因此,單靠屋頂太陽能實現澳門碳中和是不可能的。有必要同時採取其他一系列措施,比如電子化、低碳建築、與南方電網合作等等。


“在澳門,實現碳中和是一個長期的、系統的且複雜的目標,有賴全社會在特區政府的帶領下共同努力”

“發展低碳甚至零碳建築也是重點之一”

中央將85平方公里海域劃入澳門轄區。能利用部分海域架設海上風塔嗎?

宋永華 –離岸風電場也許是澳門另一個可行選擇。然而,與屋頂太陽能相比,海上風力渦輪機需佔用相當大面積的海域。例如,廣東擬建一座發電量為0.9吉瓦(澳門夏季用電高峰超過1吉瓦)的風電場,估計佔地面積將達135平方公里。考慮到風力發電具有間歇性和隨機性,依賴海上風力發電是不可行的。此外,建設風電場還可能影響沿海風光、海上交通等。

在我看來,與其安裝這些可再生能源發電,不如從內地購買電力可靠。與此同時,澳門應與中國南方電網合作,確保未來進口的大部分電力來自可再生能源發電。隨著內地增加可再生能源發電投資,以及電力市場可再生能源發電交易金融工具的發展,這能夠在未來數年後實現。

當然,隨著科技發展,利用澳門的天然優勢,海洋能源或可在城市實現碳中和目標的道路上扮演更重要角色。除海上風電外,波浪能、潮汐流、海水空調、海洋熱能轉換、鹽度梯度發電等技術也是全球學者的研究熱點。我們將持續開展前沿研究,積極與本地企業合作,共同挖掘海洋能源的潛力。

對一名觀察者來說,如果沒有博企的參與,似乎難以實現碳中和的目標,因這些企業擁有最大型的建築物,也是最巨型的能源消費者。能夠向這些建築普及太陽能電池板以及其他措施,使其更環保嗎?

宋永華 – 是的,博彩企業和其他商業/公共建築消耗了澳門很大一部分能源。根據我們的分析,澳門80%以上的能源,包括電力、液化石油氣和天然氣等,被大型建築物消耗,產生了本地約17%的直接碳排放,以及超過80%的間接碳排放(進口電力的排放) )。

因此,發展低碳甚至零碳建築也是澳門實現碳中和的關鍵之一。安裝太陽能電池板是一項重要措施,但不是絕對的解決方案。這要求更先進的技術。一方面,大力推進電氣化,減少建築化石能源消耗。 如此一來,澳門的直接碳排放量可減少17%。另一方面,應大力發展智能建築能源管理,實現建築負荷的優化控制,降低總能耗,減少間接碳排放。通過採用物聯網和人工智能技術,以更智能化的方式優化、改善建築物的能源管理。這有助於在不影響客戶體驗的情況下顯著提高能源效率。此外,建築中有相當一部分負荷(如暖通空調、儲能、電動車輛等)是靈活可控的負荷,可以為電網提供靈活的資源。電力系統運營商提供指導,協調這些靈活負荷,例如與可再生能源發電協同,以此方式提供重要的城市碳匯資源。


“安裝太陽能電池板是一項重要措施,但不是絕對的解決方案,這要求更先進的技術。”


主要發現

“考慮到城市屬於能源系統需求側、用地資源緊張、外購電力佔比高的特點,並結合澳門的實際情況,我們提出以下四個方面的技術路徑促進城市能源系統碳中和的實現:

一、針對澳門的高能耗,實現城市碳中和需要以需求側管理為主,通過陸上交通電氣化、海上交通氫動力化、建築低碳化等技術手段,降低城市的直接碳排放。

二、針對城市土地資源緊缺的實際情況,需要有效利用城市建築屋頂等空間資源,發展分佈式太陽能發電等清潔能源,實現本地發電的清潔替代,降低本地發電所帶來的直接碳排放。 

三、針對城市大量消費的外購電力,澳門需要通過積極參與綠電交易、提供電力市場輔助服務等方式,主動消費綠色電力,另一方面為外部電網提供碳匯資源,從而促進城市在整個能源供應鏈中承擔更重要責任,以實現城市真正意義上的碳中和。

四、針對現代技術運用於城市能源系統綜合管理,必須利用物聯網、大數據與人工智能技術等實現城市綜合能源系統的科學規劃、運行與控制,以先進的智慧能源技術支撐各類城市碳中和技術的有效集成與應用。”

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