1、電力結(jié)構(gòu)將更“綠色”
清華大學氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院近日聯(lián)合印發(fā)的《中國長期低碳發(fā)展戰(zhàn)略與轉(zhuǎn)型路徑研究》提出,低碳路徑下,我國能源消費總量在2030-2035年之間進入峰值,“十四五”期間非化石能源必須成為能源消費增量主體。
中國工程院院士郭劍波指出,為了構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系,我國能源轉(zhuǎn)型主要朝兩個方向進行:終端消費側(cè),電能深度替代化石能源;能源生產(chǎn)側(cè),以電能形式開發(fā)利用新能源。
上述《報告》指出,截至今年9月,我國并網(wǎng)風電2.2億千瓦,并網(wǎng)太陽能發(fā)電2.2億千瓦,合計占全國全口徑發(fā)電裝機容量的21.05%;全口徑并網(wǎng)風電和并網(wǎng)太陽能發(fā)電量合計5331億千瓦時,占全國規(guī)模以上電廠總發(fā)電量的9.8%。
“根據(jù)預測,2030年全國新能源總發(fā)電量占比將達20%,2050年高達48%。未來高比例新能源電量的電力系統(tǒng)將從局部地區(qū)逐步向全國擴展。” 郭劍波指出。
中電聯(lián)行業(yè)發(fā)展與環(huán)境資源部副主任張琳表示,“十四五”時期,“風光”將成為可再生能源開發(fā)的主題增量。“根據(jù)預測,2025年風電、太陽能發(fā)電裝機均突破4億千瓦,非化石能源裝機占比將超過50%,電力碳排放強度將降低5%。”
水電水利規(guī)劃設計院總院副長易躍春指出,按照努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和的目標,經(jīng)測算,可再生能源大約將占我國一次能源消費總量的75%左右。
2、經(jīng)濟和安全問題待解
根據(jù)中國人民大學應用經(jīng)濟學院教授鄭新業(yè)提出的“能源不可能三角”理論,任何一種能源都無法做到既供給充足,又價格便宜、清潔環(huán)保。高比例的清潔電源并網(wǎng)后,“經(jīng)濟賬”和“安全賬”如何算?
對此,易躍春表示,近中期提升新能源消納能力的主要障礙不是技術(shù)問題,而是經(jīng)濟和機制問題 。“電力系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)決定了新能源消納潛力,但政策和經(jīng)濟激勵決定了消納潛力能否充分發(fā)揮。近中期看,‘挖潛’是促進新能源消納最經(jīng)濟、有效的措施。”
目前,國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)域內(nèi)大型新能源場站4000多個,西北新能源場站超1500個,分布式發(fā)電約170萬個。郭劍波預測,未來我國新能源發(fā)電單位將達數(shù)千萬,氣象環(huán)境、運行控制等信號可達數(shù)十億,系統(tǒng)調(diào)度運行極其復雜,控制配置措施和實施難度大。“以某省級電網(wǎng)為例,在火電最小技術(shù)出力50%條件下,新能源消納問題十分突出。當新能源發(fā)電量占比達30%時,新能源限電率將達23%,且此時已出現(xiàn)全部由新能源供電的時段。
“2019年,國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)內(nèi),新能源日最大功率波動達1.07億千瓦,占其裝機的31%,預估2050年新能源日最大功率將超過10億千瓦。”郭劍波說,“波動功率與屆時常規(guī)電源火電、水電總裝機容量相當,僅靠常規(guī)電源調(diào)節(jié)難以應對新能源日內(nèi)功力波動,新能源消納挑戰(zhàn)巨大。”
“同時,新能源尖峰出力功率大、電量小,保證尖峰出力需調(diào)動巨大的靈活性資源,但對全年發(fā)電量貢獻極小。未來,高比例新能源電力系統(tǒng)中保證尖峰出力的全額消納代價大。”郭劍波指出,2018年,新疆電網(wǎng)風電出力陡增至890.5萬千瓦,占風電裝機容量的46%,持續(xù)時間僅為5分鐘,累計電量74萬千瓦,但對應的電量僅占全天風電發(fā)電量的3.3%。
安全方面,郭劍波直言,新能源大規(guī)模接入擠占常規(guī)機組開機空間,或出現(xiàn)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)調(diào)頻能力下降、無功支撐不足、電壓穩(wěn)定問題突出、越限風險增加等問題。
3、靈活電力系統(tǒng)是大勢
對于高比例新能源電力系統(tǒng)情景下電力系統(tǒng)的變化,郭劍波認為可能會有兩種演化方式:通過改造新能源電站,使其具有同步發(fā)電機的特性;改造傳統(tǒng)發(fā)電站使其具有逆變器特性,在此方式下,系統(tǒng)的穩(wěn)定性、分析理論和方法都將不同于傳統(tǒng)電網(wǎng)。
而針對新能源既不參與電力平衡調(diào)節(jié),也不參與電量平衡調(diào)節(jié)的“權(quán)責利”問題,郭劍波表示:“新能源發(fā)電因不確定性、邊際成本低等特點,電力電量總量充盈與時空不平衡矛盾突出,將催生新的商業(yè)模式,市場和政策及只需考慮新能源與常規(guī)電源以及用戶的配合,協(xié)調(diào)市場內(nèi)多利益主體。”
易躍春指出,未來,數(shù)字化和信息化技術(shù)將被廣泛應用,推動系統(tǒng)安全性和靈活性大幅提升。電力系統(tǒng)靈活性從目前的發(fā)電側(cè)為主向發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)并重轉(zhuǎn)變,構(gòu)建適應高比例可再生能源的智能電力系統(tǒng)。“另外,可再生能源加速發(fā)展面臨的空間發(fā)展約束開始顯現(xiàn),‘十四五’要關注其開發(fā)與國土空間規(guī)劃的銜接。”