李宁:能源科技创新引领未来,储能与算力成关键丨2024岭南影响力

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11月10日,岭南影响力年度活动在广州中山纪念堂隆重举办。在当天上午的活动中,厦门大学能源研究院、能源学院创始院长李宁进行了题为《基于第一性原理解读人类能源使用发展历史,展望世界能源科技创新前景》的主旨演讲,通过对能源的历史结构进行解构和重构,做出了前瞻性的分析和判断。

李宁指出,能量是改变事物状态或做工的能力,源自物质相互作用的基础力。宇宙虽然很大,但只有4种力,与能量相关的定律主要集中在热力学范畴。能量系统会有孤立系统、开放系统,开放系统才能有能源效率的最大化,也是能量转化的进化方向。

“不同能量载体的能量密度不同,未来人类可能进入核能时代。”李宁指出,地球的一次能源,95%以上来自于核力,小部分来自引力。核力最大的是聚变,聚变辐射出太阳能,太阳能通过光伏转化成电能;太阳能的热能和引力结合,形成水力、风能、潮汐能等;太阳能还可以转化生物质,生物质能经过地球的亿万年的沉积和转化,就是形成了目前主导人类能源利用的化石燃料。核力还有裂变和衰变。人类对裂变能利用是核电站,还有地热。这些不同的能量载体在能量密度有十万倍、千万倍的差别。人类在不同时代最强的能源是不同的。农业文明时代最强的能源是火力,工业文明时代最强能源是化石燃料,如果进入核能时代,会产生更大的跃迁。

李宁认为,未来能源系统聚焦可持续、可扩展、可靠、经济等四项核心需求,很可能会更加去中心化、有韧性,太阳能、风能、地热能等很可能成为主导能源,具备环境兼容,能可持续扩展的特性。“能量的转化,一定从高密度、高能级向低能级、低密度转化。转化率高环境影响小的能量转换更利于快速发展。”李宁说,在电动汽车的动力技术路线上,就可以清晰地看到为什么这些年电动车爆发的增长,这是因为转化效率高、结构简单、易扩展、易生产、易扩展。

“储能是未来能源发展突破的重要抓手,把能量从电子形式转换成分子形式储存,才能打破现有市场限制。”李宁说,太阳能、风能系统本身不具备储能功能,所以要在发电端储能。在他看来,可以借助制造绿氢的路径找到一些启示,绿氢可以用风光制氢、电解水制氢,把能量从一种电子的形式转化成一种分子的形式,作为一种物质的形式保留下来,它的存储和应用就可以突破原有电力市场,特别是同步电力市场的限制,使得可再生能源、清洁低碳能源的使用范围和影响力会得到巨大的扩张。

李宁指出,包容性制度可以创造可持续增长繁荣。随着人工智能的发展,算力的下一个瓶颈就是能源。因为按现存模式和路径继续扩展芯片技术与应用,将在中长期耗尽全球能源供应。如何破解?“可以利用2024年经济学诺奖提出的包容性制度来解决这个问题,因为包容性制度可以创造可持续增长繁荣。”李宁说,通过一种组合激增全排列的形式,超过指数数字增长,进入可持续的指数式增长的复合式增长状态,并保持这种增长态势。他预计,到2040年新一轮大赛道将产生达29万亿~48万亿美元的收益,其中绝大多数是数字经济和新能源重塑或催生应用。

将视野回归到中国能源应用的发展历程,在中国成为世界工厂的过程中,能源消耗急剧上升。为了维持一个可靠安全的能源系统,中国建设了大量的火电装置。然而,随着清洁能源的发展,火电的占比和利用率都在逐渐下降。如今,风电和光伏的装机容量已经超过火电,但在发电量上仍有较大差距。为了弥补这一差距,中国正在大力发展水电和核电,并加速储能技术的研发和应用。

李宁特别提到了中国在储能领域的独特优势。目前,中国大规模的电动车生产应用不仅降低了电池的成本,还为储能技术的发展提供了可行的经济路径。试想,当中国的电动车数量达到几亿辆规模时,车子的电池和充电设施都可以与电网相连,实现移动充电。这种做法不仅降低了对外依存度,保障了国家安全,还充分利用了中国丰富的风光资源,为未来的能源发展提供了有力保障。

以大湾区为例,李宁提到了当地车企比亚迪在电动车和电池领域的领先地位,以及大湾区在科技创新、金融创新和服务性产业方面的优势。他认为,大湾区可以将科技创新成果转化与规模制造紧密结合起来,不仅解决本地问题,还能帮助其他地方解决问题。

最后,李宁谈到了算力与绿色能源的结合。随着华为、腾讯等企业在人工智能算力方面的发展,技术端一旦与绿色能源和算力相结合,将形成合力,催生更加高效的数字经济和人工智能。这不仅将推动中国的发展,也将为人类命运共同体的构建贡献力量。

【撰文】杨文清
【视频】付宗亮

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编辑 吴嘉庆
校对 杨远云
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