杜祥琬院士:新型電力系統(tǒng)如何實現(xiàn)“可能三角”

文章來源:中國能源報蘇南2021-12-24 14:07

“常常見到的討論認(rèn)為,能源系統(tǒng)很難同時滿足安全可靠、經(jīng)濟(jì)可行又綠色低碳三個目標(biāo),三者任何一個目標(biāo)方向優(yōu)化都可能引起其他方向的問題。因此,三個目標(biāo)常被稱作能源系統(tǒng)的‘不可能三角’。”在近日舉行的“2021年能源轉(zhuǎn)型發(fā)展論壇”上,中國工程院院士杜祥琬說,“安全可靠是對能源系統(tǒng)的基本要求,經(jīng)濟(jì)可行的能源社會才會接受,綠色低碳是能源轉(zhuǎn)型的大方向。碳達(dá)峰、碳中和呼喚的新型能源系統(tǒng)必須逐步做到滿足上述三個目標(biāo),使之成為‘可能三角’,如此才是高質(zhì)量的能源系統(tǒng)。同時,新型電力系統(tǒng)也必須是實現(xiàn)‘可能三角’的電力系統(tǒng)。”
 
杜祥琬認(rèn)為,在以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中,新能源占比會大幅增加,系統(tǒng)的綠色低碳特征比較清晰,需要著重討論的是新型電力系統(tǒng)如何做到“經(jīng)濟(jì)可行”和“安全可靠”。
 
經(jīng)濟(jì)性面臨巨大考驗
 
“新型電力系統(tǒng)的發(fā)展要兼顧社會用能階段性的承受能力和長期的經(jīng)濟(jì)性。”杜祥琬表示,隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)?;l(fā)展,風(fēng)電、光伏上網(wǎng)環(huán)節(jié)已經(jīng)可與化石能源競爭,但隨著新能源比例的增大,系統(tǒng)平衡成本、安全保障成本將成為電力系統(tǒng)的成本增量。
 
為此,杜祥琬提出,一方面要廣泛利用各領(lǐng)域靈活性資源,低成本解決電力系統(tǒng)的平衡難題。比如一部分煤電廠為可再生能源調(diào)峰,是現(xiàn)實而經(jīng)濟(jì)的靈活性資源;再如推動系統(tǒng)從利用抽水蓄能、電化學(xué)儲能等靈活性資源,向發(fā)展電動汽車充放電、熱泵、電熱、電冷協(xié)同、電氫耦合等多能互補(bǔ),提高系統(tǒng)的效率。另一方面,隨著分布式電源的發(fā)展,可將大電網(wǎng)的模式劃分為大電網(wǎng)和一系列微網(wǎng)結(jié)合的模式,利用高精度的預(yù)測技術(shù),實現(xiàn)局部的自平衡,減輕大系統(tǒng)的平衡壓力,降低增量的成本投入。
 
杜祥琬說,有研究表明,電從“身邊來”比電從“遠(yuǎn)方來”更經(jīng)濟(jì),對用電負(fù)荷很高的東部地區(qū),可把“身邊來”與“遠(yuǎn)方來”相結(jié)合,而不只是依賴于“西電東送”這種傳統(tǒng)的、集中式的供電。
 
杜祥琬表示,技術(shù)進(jìn)步將降低儲能和氫能的成本,目前電化學(xué)儲能成本已經(jīng)突破經(jīng)濟(jì)性拐點,未來5年儲能成本有可能再降1/3,未來10年有望再降66%-80%。估計到2025年,新能源+儲能的市場會邁入千億級。
 
系統(tǒng)安全可靠是底線
 
眾所周知,確保新型電力系統(tǒng)的安全韌性,是其發(fā)展、成長的底線和責(zé)任。即使在極端天氣情況下,也要避免電力供應(yīng)出現(xiàn)較大功率缺額的風(fēng)險。那么,新型電力系統(tǒng)如何做到安全保供?
 
對此,杜祥琬認(rèn)為,新型電力系統(tǒng)的電源,除非水可再生能源外,還需確立多能互補(bǔ)的策略。比如煤電,國家政策很明確,“十四五”并未提減煤電,而叫嚴(yán)控,“十五五”才開始煤電替代。目前比較實際的做法是,在高效、清潔化出力發(fā)電的同時,有序安排煤電機(jī)組的靈活性改造,讓其參與深度調(diào)峰,助力提升電力系統(tǒng)靈活性。對煤電調(diào)峰輔助服務(wù)應(yīng)該有補(bǔ)償政策,也就是說要體現(xiàn)煤電的“供電價值”和“靈活性價值”。
 
在杜祥琬看來,新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建,要進(jìn)一步發(fā)展水電,我國水電裝機(jī)和出力還有一定潛力可挖掘;核電在新型電力系統(tǒng)當(dāng)中發(fā)揮穩(wěn)定基荷的作用,在安全前提下,核電裝機(jī)完全可能在2030年前達(dá)到1億千瓦以上;在多能互補(bǔ)的條件下,可通過電力交易市場解決調(diào)峰問題,以一定量的電廠作為備用應(yīng)急電源,用戶可以根據(jù)大數(shù)據(jù)提供的各種電源出力情況預(yù)測選擇電源;對于新能源發(fā)電企業(yè)來說,可通過自建或者購買調(diào)峰能力深度參與電力電量平衡,實現(xiàn)高質(zhì)量出力。
 
除上述電源側(cè)保障新型電力系統(tǒng)安全可靠的措施外,還需要電網(wǎng)側(cè)發(fā)展智能電網(wǎng)和配電網(wǎng)。杜祥琬認(rèn)為,數(shù)字技術(shù)可以提升電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集、分析和應(yīng)用能力,與傳統(tǒng)電力技術(shù)相融合,促進(jìn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的智能化,使電網(wǎng)可觀、可測、可控。“傳統(tǒng)的大電網(wǎng)向大電網(wǎng)和微網(wǎng)、有源配電網(wǎng)、局部直流電網(wǎng)互補(bǔ)共生轉(zhuǎn)變。因此,我們需要建設(shè)智慧配電網(wǎng)來適應(yīng)分布式能源的并網(wǎng)、儲能和電動車等。”
 
此外,杜祥琬表示,儲能在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)都有應(yīng)用市場。“發(fā)展商用化的儲能、儲熱技術(shù),是能源系統(tǒng)具備柔性、包容性和平衡功能的關(guān)鍵。”
 
如何實現(xiàn)“可能三角”
 
“構(gòu)建新型電力系統(tǒng)不是一蹴而就,而是一個過程。”杜祥琬表示,新型電力系統(tǒng)建設(shè)初期,隨著新能源電力比重的提升,應(yīng)逐步形成適合新能源電力的市場交易體系,使靈活性資源獲得合理權(quán)益;另一方面,應(yīng)實現(xiàn)電力的物理系統(tǒng)與數(shù)字技術(shù)的深度融合,充分發(fā)揮出數(shù)字成為生產(chǎn)力要素的作用。“這個階段,主要是積累新能源和儲能、靈活性資源相結(jié)合的經(jīng)驗。同時積累化石能源與非化石能源發(fā)電相結(jié)合的經(jīng)驗。”
 
杜祥琬預(yù)計,碳達(dá)峰以后,新型電力系統(tǒng)將進(jìn)入成熟發(fā)展期,這個階段要能經(jīng)濟(jì)性地解決各種轉(zhuǎn)型成本,深入研究和防范風(fēng)險,使之成為與各種基礎(chǔ)設(shè)施融合的新型國家綜合基礎(chǔ)設(shè)施。
 
“實現(xiàn)電力系統(tǒng)‘可能三角’,沒有原理性障礙,但也不是現(xiàn)有技術(shù)能力可以完全解決的。”杜祥琬說,構(gòu)建新型電力系統(tǒng),是一個創(chuàng)造新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新社會價值的過程,需要更深入地研究和更多地實踐。
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