丁仲禮：深入理解碳中和的基本邏輯和技術(shù)需求

 

傳統(tǒng)上，電力供應(yīng)系統(tǒng)包括了發(fā)電、儲(chǔ)能和輸電三大部分，從現(xiàn)在業(yè)界經(jīng)常談到的“新型電力供應(yīng)系統(tǒng)”的角度，還應(yīng)把用戶也統(tǒng)籌考慮在內(nèi)。從實(shí)現(xiàn)碳中和的角度，我國未來的電力供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)該具備以下六方面特點(diǎn)。

 

一是電力裝機(jī)容量要成倍擴(kuò)大。我國目前的發(fā)電裝機(jī)容量在24億千瓦左右，如果考慮以下因素：（1）未來要實(shí)現(xiàn)能源消費(fèi)端對(duì)化石能源的綠電替代和綠氫替代；（2）從世界大部分先發(fā)國家走過的歷程看，人均GDP從一萬美元到三四萬美元之間，人均能源消費(fèi)量還會(huì)有比較明顯的增長；（3）風(fēng)、光等波動(dòng)性能源的“出工能力”只有傳統(tǒng)火電的三分之一左右，那么我國2060年前的裝機(jī)容量至少需要60億到80億千瓦。

 

二是風(fēng)、光資源將逐步成為主力發(fā)電和供能資源。其中西部風(fēng)、光資源和沿海大陸架風(fēng)力資源是主體，各地分散式（尤其是農(nóng)村）光熱資源是補(bǔ)充。

 

三是“穩(wěn)定電源”將從目前的火電為主逐步轉(zhuǎn)化為以核電、水電以及綜合互補(bǔ)的非碳能源為主。

 

四是必須利用能量的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)化、調(diào)節(jié)等技術(shù)，彌補(bǔ)風(fēng)、光資源波動(dòng)性大的天然缺陷。

 

五是火電還得有，但主要作為應(yīng)急電源和一部分調(diào)節(jié)電源之用。與此同時(shí)，火電應(yīng)完成清潔、低碳化改造，有條件的情況下，用天然氣代替煤炭，以降低二氧化碳排放強(qiáng)度。

 

六是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，成倍擴(kuò)大輸電基礎(chǔ)設(shè)施，把西部充沛的電力輸送到中東部消納區(qū)。與此同時(shí)，加強(qiáng)配電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，增強(qiáng)對(duì)分布式能源的消納能力。

 

在這樣的電力供應(yīng)系統(tǒng)中，碳中和本身的目標(biāo)要求未來電力的70%左右來自風(fēng)、光發(fā)電，其他30%的穩(wěn)定電源、調(diào)節(jié)電源和應(yīng)急電源也要盡可能地減少火電的裝機(jī)總量。正因?yàn)槿绱耍磥硇枰龠M(jìn)發(fā)電技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)和輸電技術(shù)這三方面的“革命性”進(jìn)步。

 

發(fā)電技術(shù)要為綠色低碳電力生產(chǎn)提供支撐。這里面需重點(diǎn)促進(jìn)可再生能源發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步，特別是要注重發(fā)展以下技術(shù)：（1）光伏發(fā)電技術(shù)雖已發(fā)展到可平價(jià)上網(wǎng)的程度，但這類技術(shù)在降成本、增效率上還有潛力可挖；（2）太陽能熱發(fā)電技術(shù)對(duì)電網(wǎng)友好，既可保證穩(wěn)定輸出，也可用于調(diào)峰，但目前發(fā)電成本過高，未來應(yīng)在材料、裝置上尋求突破；（3）風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也基本具備平價(jià)上網(wǎng)的條件，未來要在大功率風(fēng)機(jī)制造、更高空間風(fēng)力的利用、更遠(yuǎn)的海上風(fēng)電站建設(shè)上下功夫；（4）地?zé)岱植紡V、總量大，但能量密度太低，如要將地?zé)嵊糜诎l(fā)電，還得重點(diǎn)突破從干熱巖中提取熱能的技術(shù)；（5）生物質(zhì)能也是可再生能源，目前生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)是成熟的，但其在總的電力供應(yīng)上的占比較為有限；（6）海洋能和潮汐能的總量不小，但其利用技術(shù)有待進(jìn)步；（7）傳統(tǒng)的水電我國開發(fā)程度已經(jīng)較高，未來在雅魯藏布江、金沙江上游開發(fā)上還有較大潛力。

 

除以上可再生能源發(fā)電以外，社會(huì)公眾還得接受這樣的現(xiàn)實(shí)：要達(dá)到碳中和，核電還得較大程度地發(fā)展，因?yàn)楹穗姂?yīng)作為“穩(wěn)定電源”的重要組成部分。此外，火電還得在“穩(wěn)定電源”“應(yīng)急電源”“調(diào)節(jié)電源”方面發(fā)揮作用，正因?yàn)槿绱耍?ldquo;無碳電力”在很長時(shí)期內(nèi)是難以實(shí)現(xiàn)的，除非我們把火電站排放出的二氧化碳收集起來再予以封存或利用。

 

儲(chǔ)能技術(shù)在未來的電力供應(yīng)系統(tǒng)中將占有突出的位置，這是因?yàn)轱L(fēng)、光發(fā)電具有天然波動(dòng)性，用戶端也有波動(dòng)性，這就需要用儲(chǔ)能技術(shù)作出調(diào)節(jié)?？梢赃@樣說，如果沒有環(huán)保、可靠并相對(duì)廉價(jià)的儲(chǔ)能技術(shù)，碳中和目標(biāo)就會(huì)落空。儲(chǔ)能是最重要的電力靈活性調(diào)節(jié)方式，包括物理儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能三大類，而靈活性調(diào)節(jié)還有火電機(jī)組的靈活性改造、車網(wǎng)互動(dòng)、電轉(zhuǎn)燃料、電轉(zhuǎn)熱等方式和技術(shù)。

 

物理儲(chǔ)能主要有四類。一是抽水蓄能電站，它是最成熟的技術(shù)，我國以東部山地為依托，已建、在建和規(guī)劃中的抽水蓄能電站總量很大，但可再生能源豐富的西部如何建抽水蓄能電站還得探索。二是壓縮空氣儲(chǔ)能，主要是利用地下鹽穴、礦井等空間，該類技術(shù)在我國還處在起步階段。三是重力儲(chǔ)能，簡單地說是利用懸崖、斜坡等地形，電力有余時(shí)把重物提起來，需要電力時(shí)把重物放下用勢能做功，這類技術(shù)我國尚處在試驗(yàn)階段。四是飛輪儲(chǔ)能，這是成熟的技術(shù)，但其能量密度不高。

 

化學(xué)儲(chǔ)能就是利用各類電池，大家熟知的有鋰電池、鈉電池、鉛酸（碳）電池、液流電池、液態(tài)金屬電池、金屬空氣電池、燃料電池（氫、甲烷）等。不同的電池有不同的應(yīng)用場景，它們?cè)谖磥淼碾娏?yīng)系統(tǒng)中具有不可或缺的地位，但今后會(huì)遇到電池回收、環(huán)保處理、資源供應(yīng)等問題。

 

電磁儲(chǔ)能主要是超級(jí)電容器和超導(dǎo)材料儲(chǔ)能，目前看，它的作用還有待觀察。

 

現(xiàn)有火電機(jī)組的靈活性改造是指使其“出工能力”具備靈活性，用電高峰時(shí)機(jī)組可以發(fā)揮100%發(fā)電能力，用電低谷時(shí)只“出工”20%或30%。這個(gè)技術(shù)一旦成熟，應(yīng)該非常管用，尤其在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的早中期階段，應(yīng)將其作為主打技術(shù)。車網(wǎng)互動(dòng)是指電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的互動(dòng)。簡單地說，今后大量的電動(dòng)汽車整合起來就是一個(gè)非常龐大的儲(chǔ)能系統(tǒng)，如果在電網(wǎng)電力有余時(shí)，它們中的一部分集中充電，而電力不足時(shí)，它們中的一部分向電網(wǎng)輸電，這樣就起到了平滑峰谷的作用。這個(gè)想法很美好，也有點(diǎn)“浪漫”，但如何將理論上的可能性轉(zhuǎn)化為實(shí)踐中的可行性，估計(jì)還得創(chuàng)新商業(yè)模式。

 

電轉(zhuǎn)燃料就是把多余電力轉(zhuǎn)化為氫氣、甲烷等燃料，電力不足時(shí)再把燃料用于發(fā)電。電轉(zhuǎn)熱儲(chǔ)能則是用水、油、陶瓷、熔鹽等儲(chǔ)熱材料把多余的電轉(zhuǎn)化為熱儲(chǔ)存，需要時(shí)再為用戶放熱。

 

新型電力供應(yīng)系統(tǒng)的第三個(gè)主要組成部分是輸電網(wǎng)絡(luò)。從實(shí)現(xiàn)碳中和的邏輯分析，我國未來的電網(wǎng)將有以下幾個(gè)突出特點(diǎn)：（1）遠(yuǎn)距離的輸電規(guī)模將在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上增加數(shù)倍，意味著要把西部的清潔電力輸送到東部消納區(qū)，輸電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求巨大；（2）為了統(tǒng)籌、引導(dǎo)大空間尺度上的發(fā)電資源和用戶需求，大電網(wǎng)應(yīng)是基本形態(tài)；（3）貼近終端用戶（如工業(yè)園區(qū)、小城鎮(zhèn)等）的分布式微電網(wǎng)建設(shè)將受到重視，并將成為大電網(wǎng)的有效補(bǔ)充；（4）為解決波動(dòng)性強(qiáng)的可再生能源占比高、電力電子裝置比例高的特點(diǎn)，需要在電網(wǎng)的智能化控制技術(shù)上實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

 

從上面的介紹可知，建立一個(gè)新型電力系統(tǒng)，其實(shí)是逐步“擠出”火電的過程，或者嚴(yán)格地說，是一個(gè)把火電裝機(jī)量占比減到最小的過程，留下的火電也得作“清潔化”改造。我國具有充足的風(fēng)能、太陽能，從理論上講，資源絕對(duì)足夠。但能不能把這些分布廣、能量密度低的風(fēng)、光資源利用起來，并保證電價(jià)相對(duì)便宜，研發(fā)出先進(jìn)的技術(shù)，尤其是儲(chǔ)能技術(shù)是關(guān)鍵中的關(guān)鍵！ 本+文+內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放（交—易^網(wǎng)-tan pai fang . com