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2023-01-31
更新時間:2022-12-26 14:56:49作者:智慧百科
(中國電力科學(xué)研究院有限公司新能源系統(tǒng)所副所長)
金句:
1.能源電力現(xiàn)在提升到了一個國家戰(zhàn)略的高度,這里邊有兩個比較典型的提法,
一是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng);二是要建設(shè)新型能源體系。
2.新能源為主體的情況下,如何去實(shí)現(xiàn),過程當(dāng)中又面臨哪些挑戰(zhàn),分為以下三方面挑戰(zhàn)。一是充裕性的挑戰(zhàn),二是安全性的挑戰(zhàn),三是經(jīng)濟(jì)體制的挑戰(zhàn)。
3.現(xiàn)有的技術(shù)只是工具箱而已,一定要強(qiáng)調(diào)這種機(jī)制體制的重要性,考慮的維度角度不只單從電力系統(tǒng)來考慮,要放在能源系統(tǒng)乃至于整個社會系統(tǒng)去考慮如何解題。
尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、各位來賓、各位專家,大家好。非常感謝中國制造強(qiáng)國論壇組委會,提供這樣一個機(jī)會,跟大家匯報、探討一下,關(guān)于新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的一些相關(guān)的思考。這個報告主要引用國網(wǎng)公司與中國電科院的研究成果,在此說明并表示感謝。
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)有100多年的歷史,它的發(fā)展是自然增長、源網(wǎng)自洽的模式,滿足兩條基本準(zhǔn)則,第一個發(fā)電要跟蹤負(fù)荷,需要多少發(fā)多少,再一個叫動態(tài)實(shí)施平衡。儲電,一直是非常大的難題,難以大規(guī)模的長時間的儲存,它要求動態(tài)實(shí)時平衡,從特性上來說,跟交通水利的系統(tǒng),有巨大的不同。中國在技術(shù)與規(guī)模上,具有世界上最先進(jìn)的電力系統(tǒng)。電源技術(shù),從發(fā)電來講,新能源傳統(tǒng)電源,還是從電網(wǎng)的規(guī)模和電網(wǎng)的技術(shù)來講,都是世界性,在面臨這種能源轉(zhuǎn)型的時候,也面臨一個非常大的挑戰(zhàn)。
為滿足中國的能源需求,能源轉(zhuǎn)型有以下幾個特點(diǎn)。
一是金屬密集性,在轉(zhuǎn)型的過程當(dāng)中。新能源發(fā)電,或是其他的電力電子轉(zhuǎn)換,都需要耗費(fèi)大量的礦產(chǎn)資源,所以這是金屬密集型的轉(zhuǎn)型。
二是主體多元性,一個供電半徑一個供電主體、電網(wǎng)公司。相當(dāng)于能源供給的形式,由多主體來共同參與。
三是為了能夠可持續(xù)發(fā)展、長效發(fā)展,要求和諧生態(tài)性,也就是長鏈條共享機(jī)制。
能源電力現(xiàn)在提升到了一個國家戰(zhàn)略的高度,這里邊有兩個比較典型的提法,是值得關(guān)注的。
一是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。
二是二十大報告提到,要建設(shè)新型能源體系。
國家高度重視當(dāng)前能源角度和電力角度的發(fā)展階段。新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建,目的是要解決能源系統(tǒng)的問題,而不是解決電力系統(tǒng)的問題。電源是以新能源為主體,目前電網(wǎng)還是原來的電網(wǎng),不過直流更多了,規(guī)模更大了。極端天氣導(dǎo)致尖峰負(fù)荷越來越多,而且電動汽車帶來的隨機(jī)性負(fù)荷也越來越多,進(jìn)一步增加了平衡的難度。傳統(tǒng)的火電設(shè)計利用小時是5500,來滿足利用小時數(shù)是五六千的負(fù)荷,現(xiàn)在火電核電的利用小時下降到3500,要用降低部分的利用小時,和靈活調(diào)節(jié)利用小時數(shù)一兩千的新能源去匹配。所以說,過去是解決穩(wěn)定能源供給下的系統(tǒng)穩(wěn)定問題,現(xiàn)在要用一個利用小時數(shù)一兩千的新能源,來解決一個滿足利用小時數(shù)五六千個負(fù)荷的問題,解決一個不穩(wěn)定能源供給下的系統(tǒng)穩(wěn)定問題。
新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建要放在整個能源系統(tǒng)中考慮,乃至于整個社會系統(tǒng)當(dāng)中去考慮。近些年,煤價飛漲,火電發(fā)電受阻。極端天氣,四川干旱來水不足。2030年達(dá)到60億噸標(biāo)煤,中國能源消費(fèi)的增速,要從過去的3%的增速降到1.5%,影響是非常大的。能源消費(fèi)的增速要放緩,但經(jīng)濟(jì)增長是否增速下降?到了2060年,要進(jìn)一步降低能耗水平至46億噸標(biāo)煤,非化石能源要占到80%,非化石能源電量占到90%,電能電氣化的水平在終端能源消費(fèi)占到70%。
在新能源為主體的情況下,如何去實(shí)現(xiàn),過程當(dāng)中又面臨哪些挑戰(zhàn),我認(rèn)為有以下三方面。
一是充裕性的挑戰(zhàn),新能源發(fā)電發(fā)電量大概是常規(guī)機(jī)組的1/4,保障出力大概是1/20。在考慮一定的受阻容量之后,將火電這種常規(guī)電源作為保障出力,即使沒有風(fēng)、光能源,依然可以滿足需求。從現(xiàn)在到2030年,最大負(fù)荷的增長要遠(yuǎn)大于保障出力的基礎(chǔ)增長,這就是保供的壓力。發(fā)展新能源常規(guī)機(jī)組,需要靈活性。儲能,用到大量的新能源裝機(jī)來保電量,用靈活性調(diào)節(jié)資源把電量進(jìn)行轉(zhuǎn)移和平衡。在支撐電力的這種保障處理不夠的情況下,平衡問題分為時間尺度與空間尺度。在時間尺度上,新能源有分鐘級、小時級的、天級、數(shù)天級,甚至周級這種波動性,也包括季風(fēng)氣候這種季節(jié)性波動,新型電器系統(tǒng)的平衡,這種充裕平衡,靠儲能可能解決不了波動性的問題。
在空間尺度上,中國中東部的資源量大概21千瓦,目標(biāo)是開發(fā)50億,相差的30億要從西部開發(fā)要送過來,西電東送的規(guī)模需要增加,西電東送河西走廊只有十幾公里的平原地帶,從其他的地方走,還有沒有空間,沒有足夠的經(jīng)濟(jì)走廊和保障問題。
二是安全性的挑戰(zhàn)。電網(wǎng)安全追求萬無一失,但是往往出現(xiàn)問題之后,就是一失萬無,會造成連鎖性的大范圍事故。新能源對系統(tǒng)的支撐能力明顯是減弱的,對電壓的支撐也減弱。特性也更加復(fù)雜,因?yàn)橹黧w多,控制特點(diǎn)與傳統(tǒng)的同步機(jī)不同,曾經(jīng)的控制設(shè)備控制單元,它的運(yùn)行時間尺度基本上是在秒級毫秒級,電力電子裝置引入了之后,它的運(yùn)行頻帶范圍涉及到微秒,出現(xiàn)寬頻震蕩的問題。
三是經(jīng)濟(jì)體制的挑戰(zhàn),要找到一個成本可接受的技術(shù)解決方案。新能源發(fā)電低邊際發(fā)電成本在下降,但是系統(tǒng)的構(gòu)建成本、匹配成本是在增加的。利益主體的數(shù)量在增長,平均的體量又在快速下降。同時產(chǎn)銷者的出現(xiàn),帶來了體制機(jī)制的巨大挑戰(zhàn)。國外發(fā)生了很多事故,美國德州,不單是引風(fēng)電出力不足,不單是引起了電力短缺,還導(dǎo)致了電價的快速增長。南澳的和英國的兩次停電,說明新能源的安全性隱患,會帶來一些安全性的事故。新能源發(fā)電,確實(shí)能拉低發(fā)電成本,但系統(tǒng)的購網(wǎng)成本卻在不斷增加,輔助服務(wù)的成本在不斷增加,總體成本還是呈一個上漲趨勢,國內(nèi)外許多案例都反映出這個趨勢。
新型電系統(tǒng)建立在金屬密集型基礎(chǔ)上,建立在這種礦物質(zhì)消耗技術(shù)上,它的經(jīng)濟(jì)性是受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)的。原料價格上漲,電價上限還有積極性供電的不足,超出了當(dāng)前市場機(jī)制的應(yīng)對能力,是對機(jī)制方面的一個挑戰(zhàn)。
中央提到要先立而后破,如何保障平穩(wěn)的經(jīng)濟(jì)社會用電需求,完成能源轉(zhuǎn)型。要有底線思維和系統(tǒng)思維。能源貧困,能源的社會公平屬性,這是一個社會問題。電和水、空氣一樣,應(yīng)該隨取隨有,應(yīng)該人人都能夠負(fù)擔(dān),是一個基本的生活保障的問題。
現(xiàn)有的技術(shù)只是工具箱而已,一定要強(qiáng)調(diào)這種機(jī)制體制的重要性,考慮的維度角度不只單從電力系統(tǒng)來考慮,要放在能源系統(tǒng)乃至于整個社會系統(tǒng)去考慮如何解題。
先看負(fù)荷,社會用電量增加一倍,最大負(fù)荷增加2.5倍,峰谷差會進(jìn)一步加大,是不可改變的,平衡的挑戰(zhàn)加大。
再看電源的這樣一個趨勢,電源67億總裝機(jī),50億是新能源,新能源是絕對的裝機(jī)主體,同時電量也超過了50%,是電量的主體。但常規(guī)電源與負(fù)荷的占比以及其一次能源的保障程度,決定了系統(tǒng)兜底的程度。所以作為保障電源,常規(guī)的電源火電、水電,還承擔(dān)著兜底的作用,一方面要為新能源處理騰退空間,另一方面還要為系統(tǒng)當(dāng)新能源發(fā)電不濟(jì)的時候,作為基礎(chǔ)保障性的電源。
現(xiàn)在讓火電給新能源電力電量騰出空間,根據(jù)預(yù)測到2060年才1000多利用小時,比現(xiàn)在的3500還要低,它的收益與投資回報是否可觀。當(dāng)前中國的火電,平均服役年齡才12年,它的正常的使用壽命通常是達(dá)到30~50年,國外有的機(jī)組保養(yǎng)得好,甚至達(dá)到70年。所以說到2060年的時候,還有相當(dāng)一部分的存量火電在運(yùn)行當(dāng)中,退出機(jī)制不得而知。
現(xiàn)在有一個新提法,火電增裝機(jī),但是不增電量,相當(dāng)于電量給新能源讓步,但增加裝機(jī)之后,主要是要提供靈活性、提供支撐的。火電的騰退還是壓力非常大的。電網(wǎng)如果按現(xiàn)在這種負(fù)荷和電源的預(yù)測,完全靠主網(wǎng)來完成供給和匹配的話,當(dāng)前的大電網(wǎng)規(guī)模要增加一倍,是否有足夠的資金支撐?
現(xiàn)在的輸電走廊,城市以及各個地域之間的通道,是否有那么大的空間再建一個大規(guī)模的電網(wǎng),這是對輸電網(wǎng)一個極大的挑戰(zhàn)。輸電網(wǎng)如果沒有這么大規(guī)模的空間可以去發(fā)展的話,是不是應(yīng)該從配電網(wǎng)去考慮?配電網(wǎng)將成為區(qū)域電力供需和資源配置平臺的主體,也就是主網(wǎng)的功能下沉,配電網(wǎng)主網(wǎng)化。電力電量平衡或供需在配網(wǎng)層面完成,利用分布式電源,負(fù)荷就自己平衡匹配,不需要在主網(wǎng)上大規(guī)模的功率的交換和配置,減輕主網(wǎng)壓力。
國網(wǎng)公司過去10年才裝了不到500萬千瓦的新型儲能,提出目標(biāo)2030年要搞一個億。新型電力的構(gòu)建、新型儲能的投資估算需要4萬億。國網(wǎng)公司現(xiàn)在總資產(chǎn)4萬億,僅儲能一項(xiàng)的投資,新型儲能一項(xiàng)的投資,就需要再建一個國網(wǎng)公司,投資的規(guī)??尚行裕欠窨蓪?shí)現(xiàn)?
另外,安全性。國內(nèi)外電池引發(fā)的火災(zāi)頻現(xiàn)是需要重視的?,F(xiàn)在儲能的技術(shù)趨勢一味追求高能量比,提高能量密度,體積小能量大。但是其實(shí)對電力系統(tǒng)來說,對體積的要求和能量密度要求沒那么高,是不是該考慮提出更適合電力系統(tǒng)發(fā)展需求的儲能?從電力系統(tǒng)的角度說,儲能技術(shù)是低成本長壽命、免維護(hù)容量的技術(shù),不同的儲能技術(shù)應(yīng)找到它不同的場景。另外就是特性的變化,打擊強(qiáng)度增加,承受力在下降,安全風(fēng)險增長。要分階段去解決,追求安全、經(jīng)濟(jì)、清潔,既要又要還要幾乎是不可能的,它還有另外一個稱呼叫做不可能三角形。在不同的時間不同的階段解決其中的主要矛盾和核心問題,有可能在最終的時候,就能夠達(dá)到一個比較完美,或者比較協(xié)調(diào)有效的這樣一個可行的解決。
總之,科技創(chuàng)新是新型電力系統(tǒng)演進(jìn)的動力和支撐,要豐富我們的工具箱,要給我們的決策者、政府、用戶更多的選擇和更多的路徑。要注重有一個保底的路徑,底線思維,防范風(fēng)險,從社會能源電力全局的視角來審視新型電力系統(tǒng)。以上就是我的匯報,謝謝大家。