能源是城市的血液，綠色的智慧能源更是驅動智慧城市未來發展的重中之中。澳門大學科研團隊以推動建設清潔、低碳、安全、高效的智慧能源體系為目標，透過攻克新能源電力系統、交通電氣化、綠色電力物聯網、氫能儲取等關鍵的減碳技術，並加快澳大研發的「綠色電池」及「納米泡沫」節能建材的落地應用，助力澳門建設成為「綠色澳門」，也為實現國家『雙碳』達標作出切實貢獻。
優化國家新能源電力系統
全球各國陸續宣佈國家級別的碳中和目標，國家主席習近平也向世界作出莊嚴的減排承諾，力爭2030年前達到碳排放峰值、2060年實現碳中和的「雙碳」目標。
電力行業是國家碳排放單一佔比最大的行業，總碳排佔全國約37%。發展清潔新能源是能源低碳轉型的全球趨勢，2020年國家在風光新能源裝機容量居世界第一，達5.3億千瓦，裝機容量佔比達24.3%，且未來30年將保持快速增長。大規模新能源電力的不確定性與波動性，極需電力系統提供相應的靈活調控資源加以平衡，但僅僅依靠如火電等發電側資源，其調節容量、速度與精度已難以支撐新能源的高比例接入。
澳大校長、智慧城市物聯網國家重點實驗室主任宋永華是電力系統專家、歐洲科學院外籍院士、英國皇家工程院院士，在能源、信息及控制工程等領域享有國際聲譽。今年11月，宋教授憑研究項目「含高比例新能源的電力系統需求側負荷調控關鍵技術及工程應用」以「第一完成人」身份，獲頒2020年度國家科學技術進步獎二等獎。
宋永華教授牽頭的項目提出了靈活負荷調節能力跟隨發電變化的新路徑，形成了創新的理論、方法和發明了關鍵技術，領導研發了含高比例新能源電力系統需求側負荷調控系統，規模化成功應用於內地11個省市電網並出口國外，形成的成果對國家實現「雙碳」戰略目標具重要的支撐作用，亦可應用於澳門低碳城市建設。
澳門減碳路徑
澳門無論在面對「雙碳」達標的考驗，或以澳門為平台加強環保科技的研發及引進，都是為國家環保事業出力。澳大作為澳門唯一一所國際化綜合性公立大學，其研究一直重點支持既具澳門特色、澳門和國家所需、又順應國際發展潮流的學科方向。2018年澳大智慧城市物聯網國家重點實驗室成立以來，其轄下的智慧能源研究室，以致力推動建設清潔、低碳、高效、安全的智慧城市能源體系為目標，持續產出高質量、高影響力的前沿研究成果，服務於澳門、大灣區乃至國家的能源發展戰略。
澳門作為典型的、高度發展的微型城市，其能源消耗主要來自於第三產業，因而能耗相對集約化、低碳化，但這也正好為澳門率先實現碳中和創造良好的條件。宋永華教授表示，隨著內地城市化的進一步發展，澳門能源消耗的特點，對東南沿海等高度發達的城市，具有一定的代表性。
澳門的經濟結構，令其能源消耗結構與大部分城市相似。宋永華教授表示，澳門電力、交通、樓宇的直接能源消耗，所產生的本地直接碳排放，接近澳門總值的90%，是澳門降低直接碳排放的重中之重。「針對這範疇，需綜合運用電氣化、智慧電網、清潔能源替代、低碳建築等技術手段，以減少本地直接能源消耗。」
交通深度電氣化
澳門的直接碳排放來源主要是移動污染源，即燃油車輛廣泛於日常使用，而電動車目前普及率較低。宋永華教授指出，隨著政府推出的稅收減免、充電補貼等一系列激勵政策，預計未來15年澳門電動車佔比將出現穩步增長；在2035年左右，將基本停止登記燃油車；在2050年，澳門將實現100%陸上交通電氣化。他說：「大力發展以電動車為代表的清潔能源汽車是國家戰略，也是世界主要國家或地區的共識。電動車在澳門將迎來高速增長期，因而需制定相關規劃，推動電動車及其充電基礎設施發展，為智慧城市建設提供強大動力。」
今後電動車數量的顯著增長，將增強陸上智慧交通網與智慧電網的深度耦合，對能源與交通系統的規劃、管理與運行，提出更高的要求。為了對澳門未來發展電動車提供技術指引、運營模式參考，澳大創科有限公司目前與澳門電力股份有限公司（以下簡稱澳門電力）、清華大學合作開展澳門電動車充電發展規劃研究，以論證澳門大規模發展電動車、建設充電基礎設施的可行性，為制定相關發展規劃提供參考依據。
研究團隊由澳門電力、澳大智慧城市物聯網國家重點實驗室，以及清華大學電機工程與應用電子技術系在電氣化交通領域的專家學者組成。負責該研究項目的澳大智慧城市物聯網國家重點實驗室助理教授張洪財指出，澳門電動車充電發展規劃是一項涵蓋多範疇的系統性工程，涉及到工程技術、基礎設施建設、經濟成本、收益模式、監管法規、民生權益等多個方面，故需要開展綜合性研究工作，經匯總形成具有實踐指導意義的研究報告。張教授預料，通過深度的交通電氣化，預計將減少本地直接碳排放約19%。
電動車大規模發展，對電網將產生不可忽視的影響。張洪財教授表示，澳大團隊正與澳門電力合作，開展電動車智能充電技術及未來商業模式相關研究。首先，預測澳門未来不同發展場景下電動車充電負荷水平，分析其對電網可能產生的影響；其次，研究電動車智能充電優化策略，分析電動車智能充電在澳門應用的可行性及預期效益；第三，研究未來可行的電動車分時充電電價政策等，通過經濟激勵，促進電動車實現智能有序充電，降低電動車無序充電對電網的負面影響，提高電網運行效率，保障城市供電質量。
綠色電力物聯網
澳大在綠色電力物聯網的研究領域上，結合澳門實際情況和需求，如城市建築密集、電力負荷強度高、老舊建築較多等綜合因素開展關鍵技術研究。
澳大智慧能源研究室從提高城市電網的智能化水平著手，以支撐城市未來的電氣化改造。研究室正研究需求側柔性負荷（如電動車、中央空調等）、儲能、直流配用電等城市智能電網技術，提高城市電網供電質量和容量，改善城市電��經濟性、安全性。張洪財教授介紹說：「利用柔性負荷控制、儲能技術，可以有效實現配電網負荷削峰填谷，即可降低用戶用電成本，又可延緩配電網擴容投資需求。採用先進的柔性交直流配電技術，在使用相同配電電纜的前提下，可有效提升配網配電容量，推動老舊小區配網升級。」
研究氫能儲取技術
2014年成立的澳大應用物理及材料工程研究院（以下簡稱研究院）研究方向側重並圍繞新能源材料及技術開發，探索解決能源危機和環境污染等問題的方案。為降低化石能源使用過程中的碳排放，研究院的科研人員展開研究氫能儲取技術。氫能可通過風能、光能等可再生能源發電，再以清潔的電力分解水製備出來，做到源頭上杜絕碳排放，故此氫能又稱「綠氫」。然而，傳統金屬儲氫材料，結構上氫可佔據空隙少，大大限制吸氫量，這對氫能的儲存、轉換及輸運上造成不便，窒礙氫能產業鏈的形成，是個必須克服的難題。
針對上述難點， 研究院副教授邵懷宇帶領團隊開發出一種亞穩態合金材料，該材料的氫可佔據空隙位置為同等金屬類材料的數倍高，而且這材料所獲得的納米均勻結構，能在攝氏零下 15 度如常運作，是目前同等材料最低的吸氫溫度，因而適用於世界上絕大部分寒冷區域。他說：「此項目將有望解決氫能經濟的瓶頸技術問題，有助建設安全、靈活和可調控的氫能儲取系統，以實現大規模的固態儲氫產業化應用。」
綠色電池緩解污染
未來再生能源的開發，是需要潔淨儲能系統的配合，如今最成熟的儲能系統是鋰離子電池，但由於鋰的儲量有限，以致其價格較高，且鋰離子電解質為有機物，有過熱爆炸的風險。有見及此，研究院副教授許冠南團隊研發的環保型「鋅．空氣電池」，可彌補鋰離子電池不足。鋅金屬資源豐富，成本較低，其次，「鋅．空氣電池」能量密度高，其理論能量密度是1312 Wh/kg，約為鋰離子電池的2至5倍；另外，此研發以水溶液作為電解質，避免了過熱爆炸的風險。
為降低成本、提高電池性能，許教授團隊還研發出一種具發展潛力的催化劑——「氮摻雜碳複合的過渡金屬」，較市場上的Pt/C 催化劑更高活性和穩定性，令澳大的「鋅．空氣電池」壽命比其他「鋅．空氣電池」高 2 倍。許教授表示，此電池技術最主要使用鋅金屬，無毒且低成本，易於環保回收。
「鋅．空氣電池」可在長時間的工作環境下持續運作。未來，這項電池技術可應用於助聽器、傳呼機和類似用途的小型儀器、高容量原電池等。此項目現已通過位於廣州的兩家公司進行成果轉化，並即將投入工業化生產試驗，開始逐步實行規模化生產，有望為緩解能源危機、環境污染問題作出貢獻。
節能建材減碳保溫
建築領域的碳排放量，一直是行業關注的焦點問題。今年6月公佈的《中國建築能耗研究報告（2020）》顯示，2018年國家建築全過程能耗佔全國能源消費總量的比例已達到46.5%，節能建築是減碳的主戰場。當中，常用建築物料「水泥」更是碳排放的主要來源，全球每年生產水泥所排放的二氧化碳，約佔全球溫室氣體總排放量的8%，較空中交通造成的污染更為嚴重；其次是建築物在採暖製冷過程中的用電能耗而產生的碳排放。針對上述兩項關鍵需求，研究院副教授孫國星的團隊開發出新型輕質高強材料「納米泡沫混凝土」，既顯著減少水泥用量的同時，也提高建築物的保溫能力。
孫教授表示，市面上用於裝配式建築的混凝土牆板，在符合建築標準7.5MPa強度時，也需保證密度1100-1400kg/m3，導熱系數在0.2W/Km以上；而採用澳大研發的納米泡沫混凝土配方工藝製造的混凝土牆板，不僅滿足建築標準強度，密度更降低至850-900kg/m3，而導熱系數亦降低到0.15W/Km以下，換言之，水泥用量減少15%至20%，保溫隔熱能力提高20%至25%。目前，澳大納米泡沫混凝土牆板已在江蘇南通、山西太原等地建立生產線。
另外，此納米泡沫混凝土亦適用於屋面保溫、樓層墊高、空中建物（如空中泳池等）、交通軌道，以及大型礦坑填充等泡沫混凝土現澆工程中，水泥用量減少40%，保溫隔熱能力提高25%，同時顯著降低生產成本。澳大納米泡沫混凝土現澆填充技術，目前已在河南完成試點工程，正在澳門、廣東等地推廣。孫教授說：「納米泡沫技術的獨特優勢，使得建築物的整體結構和性能都得到有效的提升，也使得建築物的施工建設更加符合綠色環保的理念，為實現國家『雙碳』達標作出切實貢獻。」
