院士談能源:大力發展火電清潔化是近期重點
2021-10-14 09:30:00 瀏覽:202次 來源:中國能源報 作者:朱妍

構建以新能源為主體的新型電力系統,是實現碳達峰、碳中和目標的重要支撐。但隨著新能源大規模開發、高比例并網,其波動性和隨機性特征,對電力系統的功率平衡、抗沖擊能力等提出新挑戰,電網調度也面臨壓力。如何實現安全、穩定、高質量運行?在近日舉行的2021年中關村論壇“碳達峰碳中和科技論壇”上,中國工程院院士、全球能源互聯網研究院有限公司院長湯廣福給出他的觀點。

既要完成能源轉型任務,

還要解決供給安全問題

“構建清潔低碳安全高效的能源體系,實現碳達峰、碳中和目標,都為能源清潔低碳轉型指引了方向!睖珡V福表示,在此要求下,首先要清醒認識當前形勢。

一方面,我國能源安全供給面臨嚴峻挑戰。2020年我國能源消費總量49.8億噸標準煤。同時,我國能源對外依存度總體達到20%,其中原油、天然氣對外依存度分別為73%和43%。

另一方面,我國用能結構清潔程度低,溫室氣體排放量大。全球90%的碳排放來自能源系統,其中又有83%來自化石能源。不同于歐美國家已經達峰、正處于下降趨勢中,我國碳排放尚未達峰、還在增加,控排任務艱巨。

“未來40年間,我們除了要完成能源轉型,還要解決能源供給安全問題!睖珡V福表示,根據中國工程院研究預測,到2035年,我國能源消費總量將達57億噸標準煤,對外依存度降至約19%。到2035年、2060年,非化石能源占比分別達到27%和80%,“希望通過綠電替代,降低能源對外依存度。這樣一來,油氣資源主要用于化工需求,以保證能源供給相對安全、獨立自主!

實現上述思路并非易事。湯廣福坦言,歐美發達國家已完成從煤炭到油氣時代的轉型,正在加速進入可再生能源時代。我國能源消費以煤為主,直接向可再生能源時代變革難度巨大。加上靈活電源占比遠低于發達國家水平,我國能源轉型還面臨關鍵制約!懊、英等國天然氣發電占比較高,這些氣電既是靈活電源,又是清潔電源,轉型更為容易。我國目前仍以煤電為主體電源,具有靈活調節能力的油氣發電量占比不到3.5%!

電力系統不可能推倒重來,

而要漸變發展、主動變革

為破解轉型難題,電力成為主戰場!帮L、光、水、核等一次能源,均要轉化為電能才能加以利用,氫能、儲能也主要通過電能進行轉換。因此,電力系統在能源轉型中起到核心作用!睖珡V福指出,“我國電力系統是規模最大、結構層次最復雜、強非線性和高維特性的人造系統。對于這樣的系統,我們不可能推倒重來,必須漸變發展,重點是運用戰略思維主動變革!

在變革過程中,新能源發電占比越來越大。而新能源資源的波動性和隨機性,對電力系統的功率平衡、抗沖擊能力提出考驗;新能源發電設備的低抗擾性和弱支撐性,給電網自身安全及運行控制帶來挑戰!2018年,西北地區風電最大日波動接近3200萬千瓦,相當于一個中等省份的用電最高負荷。西北地區新能源裝機占比約25%,在風機不同出力水平下,西北電網頻率已到極限!睖珡V福舉例,新能源大規模接入不僅降低系統的抗擾動能力,還使得系統慣量降低、調頻能力下降,導致頻率變化加快、波動幅度大、頻率越限風險增加。

轉型還給源-網-荷各層級帶來新的變化。除了電源,用戶也在變,例如工業負荷中大量采用變頻設備,高鐵、電動汽車等電氣化交通負荷迅猛發展!鞍l電側、負荷側不確定性均在急劇增加,電網穩定控制、協調調度也面臨巨大挑戰!睖珡V福說。

此外,隨著電能在交通、居民生活等領域推廣,用戶側供需互動需求加大,對電網調節能力提升、服務模式改變提出新的要求!耙噪妱悠嚍槔,到2030年保守預估有8000萬輛,按照等效總容量80億千瓦時計算,如果任由這些車輛無序充電,國家電網公司峰值負荷將增加1.53億千瓦,相當于區域峰值負荷的13%。對此要有序控制,實現供需互動,用好了就是重要的儲能來源!睖珡V福表示。

預計到2050年,

電力系統基本實現凈零排放

基于種種挑戰,湯廣福認為,新型電力系統應具備4個內在特征,即電力電源清潔化、電力系統柔性化、電力系統數字化及電力電子化。

在我國,化石能源仍居主導地位,無論從裝機總量還是從發電量來看,火電均占比最大!帮L、光總發電量目前只占到11.2%,年利用小時數遠不及火電。預測到2030年、2050年,火電占比仍將在52%和20%,必須發揮火電能源保障的基石作用,大力發展火電清潔化是近期重點!睖珡V福提出,遠期實現風光領跑、多元協調。到2060年,風光裝機、發電量將分別占到72.5%、56.6%,由此成為主體能源!半娏ο到y碳排放總量預計在2025年左右達峰,峰值約45億噸。通過電源的清潔化替代結合負碳技術,2030年之后電力系統碳排放將快速下降,到2050年基本實現凈零排放!

為支撐新能源發展,加強靈活電源建設、提升系統靈活性是關鍵。湯廣福表示,歐美發達國家能源轉型都是以大量靈活電源作為基礎支撐,該比例在30%左右。除了適度發展抽水蓄能、燃氣發電,我國還要加快提升火電機組調節能力!澳茉崔D型還要求電網形態主動轉變,提升電網柔性傳輸能力,重構未來新型電網。通過多種儲能綜合應用,助力削峰填谷,增強電網調峰能力!

湯廣福還稱,電力系統離不開數字化技術支撐,但在能源特別是電網領域,數字融合深度不足,人工智能算法、大數據理論等剛剛起步!拔磥,上億級的發電和用戶全部參與調度,源網荷儲需要縱向貫通,都離不開信息化的全面支撐。傳統分析理論、計劃調度不再適用,必須提升數字化分析水平,加強電網調控能力。德國靈活電源比例不到16%,但電網柔性化和數字化可彌補不足,可以支撐28.8%的可再生能源消費。目前,我國電力系統自動化做得比較好,智能化遠遠不夠!  

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