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中电联电力发展研究院顾问 常浩:构建新型电力系统的思考

北极星输配电网  来源:北极星输配电网    2021/6/8 12:00:12  我要投稿  

北极星输配电网讯:“新型电力系统的构建不是一蹴而就的事,必须经历一个渐变的过程,电网企业要尽快启动战略性的规划和专题研究,使新型电力系统的构建在战略的前提下渐变。电网要主动适应这种大规模新型能源的接入。”

——中电联电力发展研究院顾问 国网经济技术研究院原书记 常浩 先生

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中电联电力发展研究院顾问 国网经济技术研究院原书记 常浩 先生

为推动配电网科研成果落地实施,推进数字化配电技术创新发展,增进学术交流与合作,北极星电力网联合国网江苏省电力有限公司电力科学研究院于2021年6月8-9日在江苏省南京市举办以“数字化转型·建绿色配电网”为主题的“第二届智能配电网建设研讨会”。北极星电力网、北极星学社APP对会议进行了全程直播。

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常浩:各位来宾,女士们,先生们,大家早上好!受北极星电力网的邀请,我很高兴在这里和大家交流以新能源为主体的新型电力系统的构建。

习近平总书记在75届联大提出了我们国家的“双碳”目标,即:2030年我们国家要达到碳达峰,2060年要实现碳中和。对于我国以化石能源为主的国家提出这个要求,确实彰显了我们国家是一个负责任的大国。

回顾“双碳”目标,世界共同行动的历史,两个重要的会议,一个是京都议定书,全球应对气侯变化的一个总体框架,人类已经意识到了全球气候对整个人类带来的灾难性的后果。自工业革命以来,18世纪蒸汽机的出现,碳排放的量是剧增,那个时候主要以化石能源为主,排放大量的二氧化碳。有统计,工业革命以来到2019年,我们全球的二氧化碳的浓度较工业革命前已经升高了66%,升高了很多,气侯产生了温室效应,海平面上升。如果让这种情况继续下去,整个人类都将面临着灾难,海平面上升,动植物的灭亡,这是生态的灾难。

整个世界意识到了严重性,所以有一个应对全球气候变化的协议,我们简称京都议定书,各国应对气候变化总体框架。

2015年《巴黎协议》,对全球的2020年以后全球怎么应对气侯变化?应对温度的上升,有一个统一的行动纲要。按照《巴黎协议》,要尽早达到碳达峰,并在本世纪下半叶要实现碳中和,全球都要遵守履行。习总书记在75届联大也提出了我们国家的路线图,2030年碳达峰,2060年碳中和。

欧盟在90年代已经碳达峰,美国是2007年碳达峰,欧盟和美国现在都提出2050年实现碳中和。发达国家他们从碳达峰到碳中和用了50年到60年的时间,我们国家只有30年的窗口期,2030年到2060年也就是30年的窗口期,这个形势是很严峻的,特别是像我们以化石能源为主的国家,要在这么短的时间内走过欧美已经走过的路,时间是很紧迫的。我国提出了我们的行动路线图,充分彰显了我们作为大国的责任与担当。

为了进一步落实这些承诺,今年三月,习总书记主持的中央第九次财经会议提出:十四五是碳达峰的关键期,窗口期,要重点做好构建清洁低碳安全高效的能源体系,控制化石能源的总量,着力提高利用效率,实施可再生能源的替代行动,深化体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。今后五年,我国能源电力领域要紧紧抓住碳达峰的关键期和窗口期,紧紧围绕着2030年碳达峰的要求开展工作,突破口就是以构建新能源为主体的新型电力系统。这里也给了我们很多的发展空间。

大家知道,全球经历了两次工业革命,第一次是十八世纪的蒸汽机,第二次工业革命是十九世纪中叶,电的出现,电在工业革命中扮演了非常重要的角色。两次工业革命主要的能源消耗是烧煤。这次提出了以新能源为主体的新型电力系统的构建,我的理解,可能就是第三次工业革命的前夜。也有人说第三次工业革命是信息、计算机,但是从长期的过程来看,计算机、信息毕竟是弱电,还不是以一次能源消耗为特征的革命。我讲的第三次工业革命对传统的电力系统提出了挑战,提出了新的要求。现在大量的新能源建了以后,对传统的电力系统是一个巨大的挑战。

围绕着构建新型电力系统,怎样构建?这里我有几点思考,供大家参考。

我们的电力系统有发电方、用户方、电网方共同参与,共同组建形成的电力系统。我从各方参与的角度来看新型电力系统应该如何构建,才能使得大家在新型电力系统各自负起自己的责任,共同维护电力系统安全稳定低碳高效运行。

首先,从发电侧方面来看,今后的电源肯定是以新能源为主体,现在新能源还没有一个确切的定义,我的理解,新能源就是相对于于传统的能源而言的能源。传统的能源就是煤电、火电、水电、核电,这个都是现在的电力系统里面有的,属于传统的一次能源。新能源的主体是风电、光伏,包括后面可能还有的氢能。今后的化石能源将逐步淡出电力系统,煤电的容量会不断的下降,因为煤电要排大量的二氧化碳,2060年要零排放,大的目标在这里,煤电今后会不断的萎缩。

从严控煤到去煤到零煤,这是一个比较长的过程,特别是现在碳捕捉技术还不成熟,碳捕捉技术会有大的发展,今后的生态就是大中小容量并存,有的是集中开发,有的是分散开发,集中式和分布式的布局也并存,网内网外的电源并存,电源的智能化、多能源的价值要彰显。

2020年,我们国家的电力系统的装机总量是22亿千瓦,这里火电的装机有12.5亿千瓦,主要是煤电,占了22亿千瓦装机的57%,有大量的二氧化碳排放,风电、太阳能总共的装机是5.3亿千瓦,占电力系统整个装机的24%,水电的装机容量大概是3.7亿千瓦,占17%,还有5000万的核电,这就是22亿千瓦装机的构成。

到2030年要碳达峰,前面已经说了京都议定书、巴黎协议,对发达国家有一个碳达峰、碳中和的时间进度表,对发展中国家也有一个时间进度表,我们国家的进度表习总书记已经表态了,2030年碳达峰,还有30年的时间达峰,火电可能还会增加一点,但是增加的量非常有限,电源主要的增加要靠新能源。现在经济要发展,负荷水平不断的增长,今后满足增长的主体是新能源。按照4~6%的增长速度,增量是一个非常巨大数字,因为我们的基数大。22亿千瓦的装机基数,5%的增长速度,每年需新增装机超过1亿千瓦,才能满足负荷增长的需要。

到2030年,新能源的总的装机要达到16亿千瓦,其中新增的量要达到10亿千瓦及以上,新增装机主要靠新能源。新能源有它的不确定性,系统还要有一定的稳定的电源,来保证电力系统稳定的运行。电有它的特点,即发即用,发电和负荷要实时平衡均。因此,要有一定的电源支撑系统的运行,可能还会装一些气电,装一些灵活的交流电源,比如煤电的改造,煤可以变成油来烧,这样就可以少排碳。

可预计到2030年能源消费的总量是59亿吨标煤,到2030年按照GDP 4~6%的增长率,能源总的销量大概是59亿吨标煤,其中风电可以占到25%,太阳能占到10%,核电占到3%,水电12%,煤电31%,这大概就是2030年的状况。这个时候还有一定数量的煤电,2030年以后它要禁排放,那个时候碳中和的技术就要上来,碳捕捉,它排出来的二氧化碳要想办法把它捕捉到,想办法把它封存。就像火电厂的除尘、除硫,这些技术都已经成熟了。二氧化碳的捕捉技术还需要进一步的研发。

目前我国的风电、太阳能的发电仍然是一种粗放式的发展,低电压的穿越能力方面都比较脆弱,特别是风电,电压低了它自己就跑了,现在高电压也有这个问题,电压高了它也是自保,未来风电和太阳能发电能力的标准要提高,风电、太阳能发电的变流器要具备自主支撑运行的能力,电压低了以后它不跑,可以支撑,对系统就是很大的帮助,如果大家都跑了,这个系统也就垮了。新能源要具备自己支撑的能力,这就需要国家提高对风电和太阳能发电企业的各项要求,希望国家能出台相关的政策,来缓解未来电网的压力。

第二,对用户侧的要求。用户侧要积极的参与,目的就是消纳新能源。许多现在示范项目将来都会变成现实,现在很多的示范项目形成新型电力系统有机的组成部分,比如随着新能源汽车越来越多,大规模新能源汽车充放电设施参与供需互动,以及地区性的调峰调频就有可能实现。电动汽车不仅仅是一个消费用户,它有可能还是一个发电方。

在用户侧还要打通电和其他能源的协同,比如车联网已经让电和交通领域实现了协同,将来的峰谷电价可能会差别非常大,新能源的随机性,波动性,使得峰谷电价相差很大,现在国家基本上没有出台峰谷电价,阶梯电价在很多省份已经实施了,将来的峰谷电价的差别会很大,通过一些手段,家庭可以采用多种措施,多用谷电,电比较多的时候鼓励大家多用电,在工业园区,晚上可以利用低谷的电制热制冷储存起来,白天用,有利于新能源的消纳。

用户侧还要解决供需互动,互动以后在电便宜的时候用,电多的时候用,紧张的时候就不用或者少用,还要实现多能协同。电力营商环境全面优化,用户要有知情权参与权,选择权等权益得到充分保障,实现用电即发电,绿色低碳用电成为新风尚。

第三,对电网企业的基本要求。电网在这里面扮演了非常重要的角色,从发电侧的发展来看,60%以上的发电量为风电和太阳能发电,10%以上为核电,10%以上为水电,还要有10%以上的燃气,这大概就是2030年电力系统中电源的构成,电网必须要考虑这个事。还要考虑一定容量的具备碳扑捉的煤电调峰机组。在没有出现特别大变革性技术的前提下,未来这个发电结构将是可预测的形式。

在这种情况下,电网企业必须解放思想,主动变革。目前,我国的电网由几个特大型的同步电网构成。将来,我们的电网一定要柔性化,实行风电光伏基地和负荷中心的柔性互联。

比如一个区域有大规模的风电,在几十或几百公里外有大量的光伏,中间要实现时空互补,要充分发挥柔性电网的间接储能作用。因此,电网的柔性互联互通是波动性新能源实现相对平稳的重要手段。以柔性直流为代表的新型输电技术,具备上千公里的新能源电力输送能力。将来,在以新能源为主体的新型电力系统中,必然会有以柔性直流为主导的先进输电技术的大量应用。现在柔直技术已慢慢趋于成熟,价格在不停的下降,今后具备应付新能源大量接入的要求。将来的电网形态应该是以柔性输电占据重要位置的新一代电网。

电网的电压稳定、频率稳定和功角稳定是一个大问题。可以设想,将来的电网可以分区网格化。比如像背靠背柔性直流技术的应用,既能实现互联互通,又能缩小同步电网的范围。

新型电力系统的构建不是一蹴而就的事,必须经历一个渐变的过程,电网企业要尽快启动战略性的规划和专题研究,使新型电力系统的构建在战略的前提下渐变。电网要主动适应这种大规模新型能源的接入。

新型电力系统的构建路径,必须以战略引领,分步实施,制定好规划,尽快实现柔性化、电力电子化,且保证可控、安全。在构建新型电力系统的过程中,许多新型电力设备会出现,新型区域型的直流嵌入交流网络、交流网络嵌入直流网络、直流交流混联的保护技术和设备等等,都要去研究。

第四,需分步实施。

新型电力系统的构建,需要分步实施,分阶段进行。我们国家的发电装机容量巨大,而且化石能源的装机容量现在还占主导,也要慢慢的把它替换下来,它有一个过程。况且现在电化学储能的原料还有一定的欠缺,加上技术尚不太成熟,全面采用化学储能作为调峰电源的时机还未到来,还有很多的问题要去研究,去解决。而在储能作为大规模灵活电源之前,储能还不能承担这个重任的时候,我们还必须依靠天然气发电或者经过灵活性改造的煤电作为灵活电源。煤电的灵活改造,煤变油的技术也很成熟了,现在只是价格的问题。

到2030年,我国的非化石能源一次消费比重将达到25%,这个25%是电量的概念,2030年非化石能源的销量要达到25%在储能没有大规模发展的前提下,如果2030年我国的灵活电源占比能达到14%,电力系统可以支持非化石能源一次消费比重25%的目标。

如果多种类型的大规模储能和氢能等技术发展迅速,并用作灵活电源,可以在一定程度上抵消规模化天然气发电。当然,届时要充分研究规模化储能和氢能全寿命周期成本。还有一种可能就是电力系统还有一定比例的灵活调峰火电和天然气,并辅助CCUS(碳捕捉、利用与封存)技术,满足碳中和的要求。

最后,以新能源为主体的六类关键技术:1)高效低成本新能源发电技术;2)高可靠性低损耗新型电力电子元器件和系统集成技术;3)新型电力系统模式结构及其分析控制保护技术;4)安全高效低成本长寿命新型储能技术;5)氢能生产储运转化和应用技术;6)数字化、人工智能和能源互联网技术。如果不解决上述关键技术,新型电力系统构建就是一句空话。。

谢谢大家。

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