文 | 李丹青 綠色和平氣候與能源項目主任
中國國家主席習近平近期在聯(lián)合國大會上正式宣布，中國將提高《巴黎協(xié)定》下的國家自主貢獻力度，力爭于2030年前達到碳排放峰值，努力爭取2060前實現(xiàn)碳中和。這意味著，中國將在未來十年全面實現(xiàn)能源、經(jīng)濟領域的深度低碳轉(zhuǎn)型。
要實現(xiàn)深度低碳轉(zhuǎn)型，就必須從根本上解決可再生能源與傳統(tǒng)煤電在電力系統(tǒng)中的矛盾?！赌茉窗l(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確提出，中國的能源系統(tǒng)應向著清潔低碳、安全高效的方向積極轉(zhuǎn)型。截至2019年底，全國非化石能源發(fā)電量為2.39萬億千瓦時，占全國發(fā)電量的32.6%，實現(xiàn)2030年非化石能源發(fā)電量占比50%的目標已過半程。而即使是在2020年新冠疫情的壓力下，中央政府也沒有松懈綠色復蘇和轉(zhuǎn)型的決心，今年上半年風電和光伏的發(fā)電量分別同比逆勢增長了6.8%和9.1%。在已提前實現(xiàn)了“十三五”可再生能源裝機目標之際，今年6月，國家發(fā)改委和能源局進一步提高了目標，計劃今年內(nèi)風電和光伏發(fā)電裝機均達到240吉瓦左右。
然而，當下這場“風光無限好”的綠色低碳轉(zhuǎn)型，也對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的靈活性和調(diào)節(jié)能力，即如何經(jīng)濟地調(diào)用各類靈活性資源以保持電力供需動態(tài)平衡、應對電力系統(tǒng)的波動性和不確定性，提出了更高的要求。
目前，中國以煤電為主的電力系統(tǒng)靈活性嚴重不足，電力系統(tǒng)的僵化導致了棄風、棄光問題的出現(xiàn)。2011-2019年，中國的棄風和棄光率一度高達17.1%和10.5%，造成了大量發(fā)電資源的浪費。2016-2018年間，中國棄風和棄光電量共計1389億千瓦時 ，相當于約3000萬千瓦煤電廠的發(fā)電量。由此可見，一方面可再生能源的發(fā)展正在穩(wěn)步加速，向著“2030年非化石能源發(fā)電量占比50%”的國家中長期能源戰(zhàn)略目標邁進;另一方面，在全國非化石能源發(fā)電量占比32.6%情況下，就已經(jīng)普遍面臨并網(wǎng)難、消納難、調(diào)度難等問題，這說明中國以煤電為主的電力系統(tǒng)還沒有為可再生能源的有效接入做好轉(zhuǎn)型準備。面向高比例可再生能源發(fā)展的新時代，煤電在中長期的能源低碳轉(zhuǎn)型中應如何定位將成為關鍵。
靈活調(diào)節(jié)電源能力不足：15%的理想狀態(tài) v.s 6%的現(xiàn)實瓶頸
雖然可再生能源項目投資監(jiān)測預警機制、全額保障性收購以及可再生能源電力交易等政策使2019年的棄風和棄光現(xiàn)象明顯改善，但隨著可再生能源出力占比的逐步提高，系統(tǒng)凈負荷波動增大，未來單純依靠火電和抽水蓄能的調(diào)節(jié)容量和調(diào)節(jié)能力無法滿足系統(tǒng)安全運行的靈活性要求。既有電力系統(tǒng)與高比例可再生能源發(fā)展之間存在不匹配性，電力系統(tǒng)靈活性不足制約可再生能源消納的問題尚未得到根本性解決。
中國電力企業(yè)聯(lián)合會于2019年12月發(fā)布的《煤電機組靈活性運行政策研究》也指出了中國電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不足的現(xiàn)狀。“我國發(fā)電裝機以煤電為主，抽水蓄能、燃氣發(fā)電等靈活調(diào)節(jié)電源裝機占比不到6%，‘三北’地區(qū)新能源富集，風電、太陽能發(fā)電裝機分別占全國的72%、61%，但靈活調(diào)節(jié)電源不足3%，調(diào)節(jié)能力先天不足。比較而言，歐美等國靈活電源比重較高，西班牙、德國、美國占比分別為34%、18%、49%。”
中國工程院院士黃其勵早前在接受記者采訪時也曾指出，在電力系統(tǒng)中，靈活調(diào)峰電源至少要達到總裝機的10%-15%?？紤]到中國靈活性電源占比還不到6%的現(xiàn)實，電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不足已成為中國能源轉(zhuǎn)型的主要瓶頸之一，特別是在可再生能源持續(xù)高速發(fā)展的新形勢之下，大幅提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力已迫在眉睫。
為提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，增強系統(tǒng)靈活性、適應性，破解新能源消納難題，《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確提出，全面推動煤電機組靈活性改造，“十三五”期間計劃完成2.2億千瓦的煤電機組靈活性改造目標。但今年5月份國家電網(wǎng)發(fā)布的《國家電網(wǎng)有限公司服務新能源發(fā)展報告2020》顯示，截至2019年底，我國累計推動完成煤電靈活性改造約5775萬千瓦，改造完成度僅為“十三五”改造目標的1/4左右。
煤電靈活性存在局限性，無法實現(xiàn)高比例可再生能源發(fā)展
除了改造進度緩慢以外，由于煤電機組自身發(fā)電技術的限制，其最低出力水平存在瓶頸。通過熱電解耦、低壓穩(wěn)燃等技術改造雖然可以將煤電機組的最小穩(wěn)定出力降至20%~30%的額定容量，但其增減出力的響應時間較長、爬坡速率較慢，難以充分滿足系統(tǒng)靈活性的需求。同時，低負荷運轉(zhuǎn)、頻繁啟停也增加了煤電機組的損耗，降低機組壽命，增加運營成本。煤電機組在低負荷下運轉(zhuǎn)時也將增加氮氧化物的排放，造成環(huán)境影響。這些負面影響都將使煤電機組靈活性改造的長遠作用受限，甚至會抬高電力系統(tǒng)的總體供電成本，不利于電力系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型。
國網(wǎng)能源研究院有限公司副院長蔣莉萍在此前接受采訪時也曾提到，煤電靈活性改造之后機組長期運行在設計工況之外，機組能效降低，煤耗率上升，同時頻繁啟停造成的機械損傷加大，技改投入的成本是巨大的。
同時，中國要在2060年前實現(xiàn)碳中和，必然要在電力體系中發(fā)展高比例的可再生能源，這就需要控制煤電的裝機規(guī)模，并隨著可再生能源、電網(wǎng)、儲能技術的發(fā)展而逐步在電力行業(yè)中淘汰煤電。當下，中國以煤電為主的電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)能力嚴重不足，無法適應未來可再生能源裝機占比逐年上升的趨勢，限制了可再生能源的出力。從中長期來看，由于煤電的靈活性在技術、成本投入和環(huán)境影響等方面存在局限性，繼續(xù)增加煤電裝機將會使電力系統(tǒng)的靈活性和調(diào)節(jié)能力進一步惡化，不利于高比例可再生能源的消納，也不利于中國在2060年前實現(xiàn)碳中和的減排目標。
煤電產(chǎn)業(yè)應為中長期的能源低碳轉(zhuǎn)型需求做出調(diào)整
提升電力系統(tǒng)的靈活性和調(diào)節(jié)能力并非只有煤電靈活性改造一條出路。電力發(fā)展“十四五”規(guī)劃應該在系統(tǒng)規(guī)劃層面，協(xié)調(diào)優(yōu)化“源-網(wǎng)-荷-儲”各類型靈活性資源，充分挖掘現(xiàn)有靈活性資源的潛力，包括增加儲能設施、提高現(xiàn)有輸電通道的利用率，并通過電價引導電力需求側的負荷特性，實現(xiàn)更好的用戶側靈活性調(diào)節(jié)和“削峰填谷”效果，有效支撐可再生能源大規(guī)模開發(fā)利用，促進“源-網(wǎng)-荷-儲”深度互動，保障能源生產(chǎn)、傳輸、消費的高效可靠，提升電網(wǎng)運行水平，從而創(chuàng)建一個有利于中長期可再生能源發(fā)展的、高靈活性的電力系統(tǒng)。
“十四五”是決定2030年碳排放達峰和50%非化石能源發(fā)電量占比目標能否實現(xiàn)的關鍵時期。在未來五年，煤電產(chǎn)業(yè)應及時做出調(diào)整，嚴格控制新增煤電裝機規(guī)模，充分發(fā)揮現(xiàn)有存量煤電機組的靈活性潛力。在對現(xiàn)有煤電機組進行必要的靈活性改造的同時，降低煤電在電力系統(tǒng)中的裝機比例，為未來高比例的可再生能源的電力體系奠定基礎，支持中國中長期的能源低碳轉(zhuǎn)型進程和應對氣候變化的努力。
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