構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，進而實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，首先應(yīng)該在哪些方面達成共識?將給發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)帶來哪些變化?新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建應(yīng)該如何分步進行?近日，本報記者就這些問題采訪了中國工程院院士、全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院院長湯廣福。
《國家電網(wǎng)》：要實現(xiàn)我國“雙碳”目標(biāo)和構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，業(yè)界首先應(yīng)該達成哪些共識?
湯廣福：關(guān)于我國“雙碳”目標(biāo)的具體實現(xiàn)路徑，國家相關(guān)部委、中國工程院、中國科學(xué)院以及國務(wù)院發(fā)展研究中心等機構(gòu)都在加緊開展研究。
首先，從宏觀要求來看，中國目前的碳排放占全世界的29%，碳減排的壓力很大。同時，由于我國能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，而發(fā)達國家則以碳排放相對較低的油氣為主，所以我國減碳面臨的挑戰(zhàn)更大。
其次，減碳是一個綜合性的任務(wù)，不是從哪個單一方面著手就能解決的。無論科技界、產(chǎn)業(yè)界還是企業(yè)界，都應(yīng)該提高政治站位，制訂相應(yīng)措施，為我國“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)作出貢獻。
再次，從減碳的實施路徑上看，有一種比較激進的觀點認為，我國能源可以從以煤炭為主，越過油氣直接過渡到以新能源為主的零碳系統(tǒng)。我個人認為這種觀點是不合適的。一是目前我國的電力系統(tǒng)尚不具備以新能源為主的支撐能力。二是這種能源轉(zhuǎn)型的代價太大。要構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，我認為應(yīng)該走能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和可再生能源發(fā)展的并行之路，即低碳和零碳并行。歐盟的清潔能源低碳發(fā)展之路給了我們很多啟示。要調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，把煤炭的使用量降下來，把油氣的使用量升上去。雖然我國油氣對外依存度較高，不可能像歐洲那樣大量采用天然氣，但我們也應(yīng)該適度發(fā)展油氣資源，特別是發(fā)展天然氣發(fā)電調(diào)峰，以配合波動性、間歇性可再生能源的大規(guī)模開發(fā)利用。如果忽視電網(wǎng)調(diào)峰資源的發(fā)展，將會給新型電力系統(tǒng)構(gòu)建帶來巨大的不可逾越的技術(shù)鴻溝。
《國家電網(wǎng)》：從發(fā)電側(cè)來看，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)對發(fā)電企業(yè)提出了哪些要求?
湯廣福：我國的“雙碳”目標(biāo)是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的主要驅(qū)動力。習(xí)近平總書記提出，到2030年，我國風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達12億千瓦以上。新能源大發(fā)展的時代已經(jīng)到來。
截至2020年年底，我國風(fēng)電、太陽能發(fā)電的總裝機容量約5.3億千瓦，占比約為24%。按照最新估算，到2030年，我國風(fēng)電和太陽能發(fā)電總裝機容量可能會達到16億千瓦左右，占比約為40%，價格也逐步走向平價。這意味著在10年時間里，我國要新增風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機容量10億千瓦以上，總占比提升近一倍。
在新能源發(fā)電快速增加和占比急速擴大的情況下，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)不能僅僅依賴電網(wǎng)。目前，我國的風(fēng)電和太陽能發(fā)電仍是一種粗放式的發(fā)展，低電壓穿越能力等方面都比較脆弱。未來，風(fēng)電和太陽能發(fā)電的支撐能力標(biāo)準(zhǔn)必須要提高，風(fēng)電和太陽能發(fā)電的變流器要具備自主支撐運行的能力。如果不具備該能力，將來在應(yīng)對低電壓穿越和大規(guī)模脫網(wǎng)時，把所有問題都留給電網(wǎng)解決，電網(wǎng)將不可承受。這就需要國家提高對風(fēng)電和太陽能發(fā)電企業(yè)的各項要求。希望國家能出臺相關(guān)政策，緩解未來電網(wǎng)的壓力。
《國家電網(wǎng)》：關(guān)于新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建，您認為應(yīng)該如何分步進行?
湯廣福：新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建，我個人認為要分兩個階段。第一個階段是對現(xiàn)有電力系統(tǒng)進行改造升級。目前業(yè)界有一個誤解，認為只要解決了儲能問題就會解決一切問題。當(dāng)然，儲能是我們要大力發(fā)展的。儲能也能夠滿足一部分削峰填谷的需求，但儲能并不能完全代替靈活電源。
我國發(fā)電裝機容量巨大，化學(xué)儲能的原料還有一定欠缺，加上技術(shù)尚不太成熟，全面采用化學(xué)儲能作為調(diào)峰電源的時機還未到來。而在儲能成為大規(guī)模靈活電源之前，必須依靠天然氣發(fā)電或者經(jīng)過靈活性改造的煤電作為靈活電源。
美國、歐洲轉(zhuǎn)型之所以比較成功，是因為有大量的天然氣發(fā)電作為靈活電源用來調(diào)峰。目前我國的靈活電源占比不到3.5%，規(guī)模還遠遠不夠。同時，我國天然氣對外依存度較高。要想使天然氣發(fā)電成為靈活電源，首先要加大開采量。有研究表明，到2030年，我國天然氣年供給量可以增加2000億立方米。如果都用于發(fā)電，就可以將我國的靈活電源占比提升到14%。這就相當(dāng)于目前德國的靈活電源規(guī)模。
到2030年，我國非化石能源的一次消費比重將達到25%。在儲能沒有大規(guī)模發(fā)展的前提下，如果2030年我國的靈活電源占比能達到14%左右，電力系統(tǒng)就可以支撐非化石能源的一次消費比重占比25%的目標(biāo)。
到了第二個階段，如果多種類型的大規(guī)模儲能和氫能等技術(shù)發(fā)展迅速，并用作靈活電源，可以在一定程度上抵消規(guī)模化天然氣發(fā)電。當(dāng)然，屆時要充分研究規(guī)模化儲能和氫能全壽命周期成本。還有一種可能就是電力系統(tǒng)還有一定比例的靈活調(diào)峰火電和天然氣，并輔助CCUS(碳捕獲、利用與封存)技術(shù)，滿足碳中和條件。
《國家電網(wǎng)》：構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)該作出哪些改變?
湯廣福：從發(fā)電側(cè)發(fā)展來看，未來將有60%以上的發(fā)電量為風(fēng)電和太陽能發(fā)電，10%以上為核電，10%以上為水電，還要有10%以上的燃氣、煤電靈活調(diào)峰機組(輔助CCUS技術(shù))以及氫燃料電池發(fā)電。在沒有出現(xiàn)特別大變革性技術(shù)的前提下，未來這個發(fā)電結(jié)構(gòu)將是可預(yù)測的“終極”形式。而在負荷側(cè)，電能替代規(guī)模也會越來越大。
在這種情況下，電網(wǎng)企業(yè)必須解放思想，主動變革。目前，我國的電網(wǎng)由幾個特大型的同步電網(wǎng)構(gòu)成。未來，我們的電網(wǎng)一定要柔性化，實現(xiàn)風(fēng)電光伏基地和負荷中心的柔性互聯(lián)。
比如一個區(qū)域有大規(guī)模風(fēng)電，而幾十或幾百公里外有大量光伏發(fā)電，中間要能實現(xiàn)時空互補，充分發(fā)揮柔性電網(wǎng)的間接儲能作用。因此，電網(wǎng)的柔性互聯(lián)互通是波動性新能源實現(xiàn)相對平穩(wěn)的重要手段。以柔性直流為代表的新型輸電技術(shù)，具備上千公里的新能源電力輸送能力。將來，在以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中，必然會有以柔性直流為主導(dǎo)的先進輸電技術(shù)的大量應(yīng)用。將來的電網(wǎng)形態(tài)應(yīng)該是以柔性輸電占據(jù)重要地位的新一代電網(wǎng)。
許多業(yè)內(nèi)人士認為將來電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定和功角穩(wěn)定是一個大問題。可以設(shè)想，將來的電網(wǎng)可以分區(qū)網(wǎng)格化。比如像“背靠背”柔性直流技術(shù)的應(yīng)用，既能實現(xiàn)互聯(lián)互通，又能縮小同步電網(wǎng)的范圍。隨著技術(shù)的快速發(fā)展，辦法總比困難多。現(xiàn)在亟須開展未來電網(wǎng)形態(tài)的戰(zhàn)略研究。
目前歐洲建設(shè)的SuperGrid(超級電網(wǎng))注重跨國之間的電力互聯(lián)互通，且都是通過柔性直流技術(shù)來解決。這樣一來，區(qū)域之間就可以實現(xiàn)能量時空互補，發(fā)揮互聯(lián)電網(wǎng)的間接儲能作用。電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)該從戰(zhàn)略規(guī)劃的角度來考慮新能源發(fā)電中心之間的柔性互聯(lián)互通以及大電網(wǎng)的柔性傳輸問題。
未來的電網(wǎng)形態(tài)變化，要經(jīng)歷從量變到質(zhì)變的過程，逐步變成新型電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)。當(dāng)然，我們也不能忽略電網(wǎng)轉(zhuǎn)型帶來的用能成本提高等問題，這也是世界慣例。能源轉(zhuǎn)型絕不是輕輕松松、敲鑼打鼓就能實現(xiàn)的。用能成本可能在一定程度上會拉高。政府部門在這個方面應(yīng)該有相應(yīng)的思想準(zhǔn)備。
雖然“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)和新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建不是一蹴而就的事，必須經(jīng)歷一個漸變的過程，但電網(wǎng)企業(yè)要盡快啟動戰(zhàn)略規(guī)劃和專題研究，使新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建在戰(zhàn)略的前提下漸變。在新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的大背景下，原來電網(wǎng)規(guī)劃的發(fā)展思路將不可持續(xù)。如果依靠順其自然的漸變，許多建設(shè)將來可能要推倒重來，那樣代價會非常大，是不合適的。
可再生能源的大發(fā)展和電力系統(tǒng)電力電子化是未來趨勢，我國的電力從業(yè)者必須不斷轉(zhuǎn)變觀念，更新知識儲備，跟上快速發(fā)展形勢。
關(guān)于新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建路徑，必須以戰(zhàn)略引領(lǐng)，分步實施，制訂好規(guī)劃，盡快實現(xiàn)柔性化、電力電子化，且保證可控、安全。在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的過程中，許多新型電力設(shè)備會出現(xiàn)。新型區(qū)域型的直流網(wǎng)絡(luò)嵌入交流網(wǎng)絡(luò)、交流網(wǎng)絡(luò)嵌入直流網(wǎng)絡(luò)、直流交流混聯(lián)的保護技術(shù)和設(shè)備等，都要去研究。
《國家電網(wǎng)》：構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，用戶側(cè)會有哪些變化?
湯廣福：新型電力系統(tǒng)的實質(zhì)就是以可再生能源為主的電力系統(tǒng)，需要打通各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲互動。發(fā)電側(cè)參與全網(wǎng)調(diào)度，實現(xiàn)縱向貫通。在用戶側(cè)，一個是要解決供需互動，另一個是要實現(xiàn)多能協(xié)同。
供需互動就是結(jié)合能源數(shù)字化技術(shù)，做到精準(zhǔn)的需求側(cè)管理，然后參與局域電網(wǎng)互動。供需互動是電力市場機制、數(shù)字化技術(shù)與電網(wǎng)的深度融合，用戶側(cè)積極參與，目的就是消納新能源。許多現(xiàn)在的示范項目將來都會變成現(xiàn)實，形成新型電力系統(tǒng)的有機組成部分。比如隨著新能源汽車越來越多，大規(guī)模新能源汽車充放電設(shè)施參與供需互動以及地區(qū)性的調(diào)峰調(diào)頻就有可能實現(xiàn)。
在用戶側(cè)，還要打通電和其他能源的協(xié)同。比如車聯(lián)網(wǎng)已讓電和交通領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)協(xié)同。另外，將來峰谷電價可能會差別很大。通過一些手段，家庭可以采用多種措施多用谷電;在工業(yè)園區(qū)，晚上可以利用低谷電制熱制冷儲存起來，白天再加以利用。這樣一方面可以實現(xiàn)削峰填谷，另一方面又有利于新能源的消納。
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