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中国工程院院士汤广福:“大力发展火电清洁化是近期重点”

来自: 时间:2021-10-15 点击量:

  构建以新能源为主体的新型电力系统,是实现碳达峰、碳中和目标的重要支撑。但随着新能源大规模开发、高比例并网,其波动性和随机性特征,对电力系统的功率平衡、抗冲击能力等提出新挑战,电网调度也面临压力。如何实现安全、稳定、高质量运行?在近日举行的2021年中关村论坛“碳达峰碳中和科技论坛”上,中国工程院院士、全球能源互联网研究院有限公司院长汤广福给出他的观点。 

  既要完成能源转型任务, 

  还要解决供给安全问题 

  “构建清洁低碳安全高效的能源体系,实现碳达峰、碳中和目标,都为能源清洁低碳转型指引了方向。”汤广福表示,在此要求下,首先要清醒认识当前形势。 

  一方面,我国能源安全供给面临严峻挑战。2020年我国能源消费总量49.8亿吨标准煤。同时,我国能源对外依存度总体达到20%,其中原油、天然气对外依存度分别为73%和43%。 

  另一方面,我国用能结构清洁程度低,温室气体排放量大。全球90%的碳排放来自能源系统,其中又有83%来自化石能源。不同于欧美国家已经达峰、正处于下降趋势中,我国碳排放尚未达峰、还在增加,控排任务艰巨。 

  “未来40年间,我们除了要完成能源转型,还要解决能源供给安全问题。”汤广福表示,根据中国工程院研究预测,到2035年,我国能源消费总量将达57亿吨标准煤,对外依存度降至约19%。到2035年、2060年,非化石能源占比分别达到27%和80%,“希望通过绿电替代,降低能源对外依存度。这样一来,油气资源主要用于化工需求,以保证能源供给相对安全、独立自主。” 

  实现上述思路并非易事。汤广福坦言,欧美发达国家已完成从煤炭到油气时代的转型,正在加速进入可再生能源时代。我国能源消费以煤为主,直接向可再生能源时代变革难度巨大。加上灵活电源占比远低于发达国家水平,我国能源转型还面临关键制约。“美、英等国天然气发电占比较高,这些气电既是灵活电源,又是清洁电源,转型更为容易。我国目前仍以煤电为主体电源,具有灵活调节能力的油气发电量占比不到3.5%。” 

  电力系统不可能推倒重来, 

  而要渐变发展、主动变革 

  为破解转型难题,电力成为主战场。“风、光、水、核等一次能源,均要转化为电能才能加以利用,氢能、储能也主要通过电能进行转换。因此,电力系统在能源转型中起到核心作用。”汤广福指出,“我国电力系统是规模最大、结构层次最复杂、强非线性和高维特性的人造系统。对于这样的系统,我们不可能推倒重来,必须渐变发展,重点是运用战略思维主动变革。” 

  在变革过程中,新能源发电占比越来越大。而新能源资源的波动性和随机性,对电力系统的功率平衡、抗冲击能力提出考验;新能源发电设备的低抗扰性和弱支撑性,给电网自身安全及运行控制带来挑战。“2018年,西北地区风电最大日波动接近3200万千瓦,相当于一个中等省份的用电最高负荷。西北地区新能源装机占比约25%,在风机不同出力水平下,西北电网频率已到极限。”汤广福举例,新能源大规模接入不仅降低系统的抗扰动能力,还使得系统惯量降低、调频能力下降,导致频率变化加快、波动幅度大、频率越限风险增加。 

  转型还给源-网-荷各层级带来新的变化。除了电源,用户也在变,例如工业负荷中大量采用变频设备,高铁、电动汽车等电气化交通负荷迅猛发展。“发电侧、负荷侧不确定性均在急剧增加,电网稳定控制、协调调度也面临巨大挑战。”汤广福说。 

  此外,随着电能在交通、居民生活等领域推广,用户侧供需互动需求加大,对电网调节能力提升、服务模式改变提出新的要求。“以电动汽车为例,到2030年保守预估有8000万辆,按照等效总容量80亿千瓦时计算,如果任由这些车辆无序充电,国家电网公司峰值负荷将增加1.53亿千瓦,相当于区域峰值负荷的13%。对此要有序控制,实现供需互动,用好了就是重要的储能来源。”汤广福表示。 

  预计到2050年, 

  电力系统基本实现净零排放 

  基于种种挑战,汤广福认为,新型电力系统应具备4个内在特征,即电力电源清洁化、电力系统柔性化、电力系统数字化及电力电子化。 

  在我国,化石能源仍居主导地位,无论从装机总量还是从发电量来看,火电均占比最大。“风、光总发电量目前只占到11.2%,年利用小时数远不及火电。预测到2030年、2050年,火电占比仍将在52%和20%,必须发挥火电能源保障的基石作用,大力发展火电清洁化是近期重点。”汤广福提出,远期实现风光领跑、多元协调。到2060年,风光装机、发电量将分别占到72.5%、56.6%,由此成为主体能源。“电力系统碳排放总量预计在2025年左右达峰,峰值约45亿吨。通过电源的清洁化替代结合负碳技术,2030年之后电力系统碳排放将快速下降,到2050年基本实现净零排放。” 

  为支撑新能源发展,加强灵活电源建设、提升系统灵活性是关键。汤广福表示,欧美发达国家能源转型都是以大量灵活电源作为基础支撑,该比例在30%左右。除了适度发展抽水蓄能、燃气发电,我国还要加快提升火电机组调节能力。“能源转型还要求电网形态主动转变,提升电网柔性传输能力,重构未来新型电网。通过多种储能综合应用,助力削峰填谷,增强电网调峰能力。” 

  汤广福还称,电力系统离不开数字化技术支撑,但在能源特别是电网领域,数字融合深度不足,人工智能算法、大数据理论等刚刚起步。“未来,上亿级的发电和用户全部参与调度,源网荷储需要纵向贯通,都离不开信息化的全面支撑。传统分析理论、计划调度不再适用,必须提升数字化分析水平,加强电网调控能力。德国灵活电源比例不到16%,但电网柔性化和数字化可弥补不足,可以支撑28.8%的可再生能源消费。目前,我国电力系统自动化做得比较好,智能化远远不够。” (中国能源网)

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