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王志轩:构建以新能源为主体的新型电力系统是实现“双碳”目标的

行业动态  发布时间:2022-06-10 13:58:16 来源:im体育最新网站 作者:im体育入口
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  《中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》指出,要统筹煤电发展和保供调峰,严控煤电装机规模,加快现役煤电机组节能升级和灵活性改造及构建以新能源为主体的新型电力系统,提高电网对高比例可再生能源的消纳和调控能力。国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》指出,要严格控制新增煤电项目,新建机组煤耗标准达到国际先进水平,有序淘汰煤电落后产能,加快现役机组节能升级和灵活性改造,积极推进供热改造,推动煤电向基础保障性和系统调节性电源并重转型。在“双碳”战略下,我国电力系统的功能如何发挥?煤电绿色低碳转型之路该怎样走?鉴于此,《环境保护》近日专访中国电力企业联合会原专职副理事长、专家委员会副主任委员,国家气候变化专家委员会委员王志轩,请他就上述问题谈谈他的理解与思考。

  《环境保护》:《中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出,构建以新能源为主体的新型电力系统,提高电网对高比例可再生能源的消纳和调控能力。请谈谈您的理解和认识?

  王志轩:构建以新能源为主体的新型电力系统是实现碳达峰、碳中和的基础、关键与核心。我国二氧化碳排放的主体是能源活动,约占二氧化碳排放总量的90%,其中电力行业二氧化碳排放比例约占42%,同时其他行业的二氧化碳排放与电力行业有着千丝万缕的联系。电力的作用主要体现在减少排放方面:一是在能源生产侧降低高碳能源比重,提高非化石能源尤其是新能源的比重;二是在能源消费侧提高电能消费的比重,而这些比重的降低或者提高,电力是基础、关键和核心。基础性体现在电力系统对能源供应量和消费量的保障上;关键性体现在电力系统在能源生产和消费的产业链、供应链的关键位置上,是能量配置的基本方式和手段;核心则体现在能源安全、环保、经济价值链的核心地位上。

  在传统的电力系统中,电能配置是按照发电、供电、用电的次序由电网进行配置,由于电能难以储存的特点,电能在发、输、变、配、用各环节中几乎同时发生。能够满足国民经济和社会发展对电力的需求,保持电力系统功率的瞬间平衡和稳定,涉及电压、频率、功角等参数,是电力系统规划、设计、运行的基本任务。为此,传统电力系统运行的逻辑是“源随荷动”,即根据用电负荷侧的变化,电源侧随时变化,而这些变化是由电网调控的。这一特性决定了电源侧必须要有充足的、符合电网安全稳定运行条件的各类不同电源,尤其是要有既稳定可靠又具有一定灵活性的电源,并配有少量储能设施,以备电源不足或者电源达不到电网稳定运行要求时作为补充。同时,在传统电力系统中,火电、水电等主体电源在设计和建造时都充分考虑了“源随荷动”的需要,水电受气候影响有丰枯期的问题,但可以通过水电与火电建设的合理布局解决。

  而在以新能源为主体的电力系统中,以太阳能和风能为代表的新能源发电具有波动性、随机性、间歇性等特点,无法适应传统“源随荷动”的基本要求。随着新能源发电比重逐步提升,电力系统中发、输、变、配、用各要素均发生变化,电力系统安全稳定运行受到新挑战。首先,新能源发电中大量的电力电子设备进入电力系统,减少了系统转动惯量,由此引起电能频率不稳定以及电力电子设备的大量增加对电压、功角的稳定也产生了新的影响。在电能输送上,大规模新能源基地需要配合一定数量的常规电源,但常规电源的高碳特性在一定程度上降低了新能源低碳贡献。其次,在电能消费方面,大量新能源是分布式生产和消费的,从而改变传统的电力负荷曲线,对系统平衡带来新困难。再次,为平抑新能源的波动性和不稳定性,储能装置大规模进入电力系统后,使电网配置电能由传统的“发输变配用”单方向的电能流动,转变电能在发、用电之间的双向或者多向流动。最后,以上电能的生产、输送及消费方式的重大变化,使得新型电力系统的运行机制与传统“源随荷动”的电力系统相比发生重大变化,传统电力运行控制的渐变性规律向非线性、突变、非典型变化。

  在新能源大力发展初、中期,通过市场手段使电力需求方自愿回应电力系统安全稳定运行要求调节或转移负荷,以提高新能源电能利用率。随着新能源渗透率不断提高,电力系统的复杂性越来越大,供需双方不断融合,需求回应机制也将发生重大变化,转变为以高度智能化、高度市场化支撑的源网荷储备一体化的管理机制。

  《环境保护》:实现“碳达峰、碳中和”目标,我国电力系统应当扮演怎样的角色,发挥怎样的作用?

  王志轩:从能源生产端看,电力系统扮演和发挥着一次能源低碳化、清洁化、高效化的决定性角色和作用;从能源消费端看,扮演和发挥着促进全社会低碳发展的角色和作用。受能源资源禀赋制约,中国能源体系以化石能源尤其是以高碳的煤炭为主,减少煤炭、石油在一次能源中的比重,以及能源消费达峰之后,逐步减少总量,提高非化石能源,尤其是新能源的比重,对实现碳达峰、碳中和目标起决定性作用。因此,能源生产电能化及能源消费电气化是基础和关键措施。与此同时,长期以来以火电为主的高碳属性的电力行业产生了全国近四成的碳排放量,从这个角度讲,电力行业也是碳减排的关键领域。

  十几年来,中国非化石能源发电占比大幅提升,替代高碳属性的化石能源发电具有显著的降碳效应,有力支撑了我国非化石能源消费占一次能源消费比重约束性指标的实现。特别是新能源发展的规模效应、技术创新,显著促进了成本下降,为新能源的大规模发展奠定了基础。

  《环境保护》:在“双碳”背景下,我国煤电的绿色低碳、高质量发展之路该如何走?煤电绿色低碳转型的路径有哪些?解决方案又是什么?

  王志轩:长期以来,我国火电以煤电为主,在2010年前煤电发电量占火电发电量的比重约为90%。我国对煤电的绿色发展一直非常重视,根据煤电发展与环境保护要求相协调的原则,先后采取了严格控制烟尘排放控制、烟气脱硫、烟气脱硝、超低排放改造等措施。近年来,我国又进一步加大了对火电厂无组织排放的控制和管理,对煤场采取物理封闭等方式,对废水、固废、噪声的环保和清洁生产要求也不断强化。可以说,我国煤电大气污染治理与环境保护成果达到世界先进水平,世界上最大的清洁煤电体系已经建成。在强化污染控制的同时,煤电机组通过创新发电技术、节能降耗改造、加强运维管理、推进热电联产等多种措施,不断提升发电效率、优化煤耗指标,从而大幅降低了单位火电发电量二氧化碳排强度。同时,近年来为了支撑可再生能源的发展,煤电机组还开展了灵活性改造,提升电力系统调节能力,发挥着能够大规模消纳新能源的作用。根据中国电力企业联合会统计分析,2020年,全国火电厂颗粒物、二氧化硫、氮氧化物三项污染物的年排放总量之和已经下降到200万吨以内,与排放峰值相比下降了90%以上。全国单位火电发电量二氧化碳排放量约为832克/千瓦时,比2005年下降20.6%。如果以2005年为基准年,那么从2006到2020年,电力行业累计减少二氧化碳排放约185.3亿吨。

  “双碳”背景下,国家已对煤电转型与发展提出明确要求。根据相关政府部门的计划,目前能源碳达峰方案和电力碳达峰方案正在制定之中,相信会有更加明确、详细的路径。由于我国电力系统的煤电比重仍然较高,其发电装机容量虽然已下降到50%以内,但发电量比重还占60%以上,且煤电机组的平均运行年龄才12年左右,距离正常服役期还有20多年,再加上我国约50%的煤电机组是热电联产机组,所以当前及未来一段时间,在严格限制新建煤电项目的同时,还要发挥好现役煤电机组的“托底保供”作用。但是,需要特别注意的是,由于天然气在我国能源系统中的比重很低,造成我国电力系统灵活性资源严重不足,需要对煤电进行灵活性改造以增加电力系统灵活性,从而促进可再生能源消纳。也可以说,中国煤电的发展与可再生能源的发展既是此消彼涨的关系,也是互相协调的关系,能源的高质量发展需要二者合力推动。具体来讲,一方面,在“十四五”期间,应当将重点放到如何发挥好现役煤电机组的综合性作用上,特别是灵活性调节及提供系统转动惯量的作用上。面向未来,煤电承担安全备用及灵活性调节的任务还需要很长时间,CCUS(二氧化碳捕捉、封存与利用)技术在未来应用会不断扩大,但考虑到技术、成本、约束条件等多方面的原因,我认为,当前乃至今后一段时间,CCUS的应用不会大规模推进。另一方面,煤电何时退出,退出的程度,如何退出将是巨大的系统工程,要做充分论证。此外,煤电退出不仅是电力问题,还是供热问题,这与发达国家煤电绝大部分只用于发电的情况是截然不同的。因为发达国家淘汰煤电机组的平均运行年龄大多是50年左右,并且早已完成了历史使命,大大超过机组设计服役期,所以煤电退出不能简单进行比照。

  《环境保护》:您在前文提到“煤电退出不仅是电力问题,还是供热问题。”请问我国核电的发展空间还有多大?核电余热供热的前景如何?

  王志轩:《中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》明确提出,要积极安全有序发展核电和积极稳妥推进核电余热供暖。国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》中提出要合理确定核电站布局和开发时序,在确保安全的前提下有序发展核电,保持平稳建设节奏。积极推动高温气冷堆、快堆、模块化小型堆、海上浮动堆等先进堆型示范工程,开展核能综合利用示范。根据中国电力企业联合会开展的电力行业碳达峰、碳中和发展路径的初步研究,如果“十五五”“十六五”期间,核电年均增加8至10台机组,那么到2025年、2030年、2035年全国核电装机将分别达到0.8、1.3、1.8亿千瓦。核电机组的特点是带基荷运行时,更能体现出提高能源系统效率的优势,但也可以在保障安全的前提下,根据市场需求,适时推进沿海核电机组实施热电联产,在必要时进行一定范围内的负荷调节。

  《环境保护》:全球能源互联网与电力系统之间是怎样的一种关系,其在应对全球气候变化、生物多样性保护及推动全球经济绿色复苏等方面发挥怎样的积极作用?

  王志轩:全球能源互联网有其特定的内涵,不能将其理解为“全球”+“能源”+“互联网”,也不是“全球”+“能源互联网”,而是“清洁能源”+“特高压输电”+“智能电网”。我的理解是,全球能源互联网是一种解决全球能源低碳转型、促进可持续发展的综合性能源系统方案。从他的提出和推动的实践看,有着构建人类命运共同体的“基因”,应当成为致力于解决人类面临的共同的能源、应对全球气候变化、生物多样性保护及推动全球经济绿色复苏的工具。

  从全球能源互联网合作组织的研究成果看,全球能源互联网可以实现协调全球资源差异、季节差异、时间差异和价格差异等作用,促进清洁能源的大规模开发和高效配置,有利于降低清洁能源的开发成本,提高投资效益,加强清洁能源竞争力,有利于促进能源互联互通,通过更大范围、多因素的系统优化,可以从而减少有利于解决全球环境和生物多样性恶化等问题,在促进全球应对气候变化方面也可发挥积极作用。

  全球能源互联网具有技术密集型特点,融合了能源与电力、人工智能、大数据、物联网、移动互联网、智慧城市、区块链等先进技术,有利于推动传统工业经济向新的数字经济、共享经济和平台经济转型,在推动全球经济绿色复苏方面可发挥积极作用。同时,全球能源互联网具有广泛的产业驱动力,将推动新能源、新材料、高端设备、智能制造、电动汽车等新兴产业的发展以及新型基础设施建设,促进能源、信息、交通融合发展,为中国和全球经济创造新的增长点。

  中国电力网于1999年正式上线运行,是中国电力发展促进会主办的全国性电力行业门户网站。

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