東北電網(wǎng)清潔能源發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢(shì)及關(guān)鍵技術(shù)探討

李巖春 竇姿麟

國(guó)家電網(wǎng)公司東北分部 遼寧 沈陽(yáng) 110180

引言

隨著“雙碳”政策在全球的推進(jìn)，清潔低碳已成為世界各國(guó)能源發(fā)展的必然趨勢(shì)。我國(guó)東北地區(qū)可再生能源資源豐富，黑龍江、吉林、蒙東兩省一區(qū)均是國(guó)家規(guī)劃的千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地，風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源資源豐富，發(fā)展前景廣闊。在過(guò)去十多年的努力建設(shè)中，東北地區(qū)清潔能源發(fā)展迅速，規(guī)模日益擴(kuò)大。但大規(guī)模新能源電力接入電網(wǎng)，電力系統(tǒng)安全運(yùn)行面臨挑戰(zhàn)。如何緩解清潔能源發(fā)電帶來(lái)的電網(wǎng)壓力，提高對(duì)清潔能源的利用率，是東北電網(wǎng)清潔低碳能源轉(zhuǎn)型面向的難點(diǎn)。因此，本文將立足于東北電網(wǎng)清潔能源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀，結(jié)合我國(guó)“能源清潔低碳轉(zhuǎn)型”發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的探討，明確問(wèn)題的解決方法，為促進(jìn)東北地區(qū)電網(wǎng)向清潔低碳化轉(zhuǎn)型提供參考。

1 東北電網(wǎng)清潔能源發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 東北能源情況與開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

東北地區(qū)清潔能源以風(fēng)能、光能為主。隨自2016年《可再生能源法》實(shí)施以來(lái)，東北電網(wǎng)風(fēng)電逐步迅速：截至2017年，風(fēng)電總裝機(jī)量和總發(fā)電量達(dá)到1786萬(wàn)千瓦和345億千瓦時(shí)，分別是2005年的53倍和68倍，風(fēng)電已經(jīng)成為第一大可再生能源。光伏發(fā)電起步稍晚，但隨著2013年光伏標(biāo)桿電價(jià)的落地，也進(jìn)入了快速發(fā)展階段：到2017年光伏發(fā)電總裝機(jī)量和發(fā)電量，分別達(dá)到了2013年的127倍和319倍。

從數(shù)據(jù)上來(lái)看，2019年底東北地區(qū)的光伏裝機(jī)量達(dá)到了7.8GW，占全國(guó)總量的4.48%，風(fēng)電裝機(jī)是18.73GW，占全國(guó)的10.16%，在我國(guó)風(fēng)電、光電基礎(chǔ)建設(shè)中占有重要地位。

1.2 存在的主要問(wèn)題

1.2.1 能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不合理。從全能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)來(lái)看，煤炭仍是東北地區(qū)主要消費(fèi)能源，占比始終維持在70%以上，高出全國(guó)平均水平，清潔能源消費(fèi)占比偏低，地區(qū)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不合理。大量煤炭在小鍋爐、小窯爐及家庭生活等領(lǐng)域散燒使用，污染物排放嚴(yán)重，電能替代任務(wù)艱巨。

1.2.2 本地清潔低碳能源利用率不高。風(fēng)能、太陽(yáng)能資源豐富，且已在發(fā)電領(lǐng)域取得了快速發(fā)展，但總體利用效率不高，“重建設(shè)、輕利用”的情況較為突出，供給與需求不平衡、不協(xié)調(diào)，致使清潔能源可持續(xù)發(fā)展的潛力未能充分挖掘。

1.2.3 冬季光伏發(fā)電軟肋突出。但受到東北地區(qū)的氣候特性和高維度地勢(shì)影響，在冬季低溫、光照強(qiáng)度低且時(shí)間短的情況下，光伏供電普遍存在綜合效率低下的問(wèn)題，為當(dāng)?shù)毓夥a(chǎn)業(yè)進(jìn)一步投資和發(fā)展造成了阻礙。

2 清潔低碳能源發(fā)展對(duì)東北電網(wǎng)的意義

2.1 清潔低碳能源發(fā)展趨勢(shì)

清潔低碳能源發(fā)展是國(guó)家所倡導(dǎo)的趨勢(shì)。國(guó)家發(fā)展改革委、能源局在《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略（2016-2030）》[1]中指出“構(gòu)建清潔低碳新體系”的目標(biāo)，以促進(jìn)我國(guó)能源發(fā)展從總量擴(kuò)張向提質(zhì)增效的轉(zhuǎn)變；國(guó)家發(fā)展改革委、司法部在《關(guān)于加快建立綠色生產(chǎn)和消費(fèi)法規(guī)政策體系的意見(jiàn)》[2]中指出，加大對(duì)分布式能源、智能電網(wǎng)、儲(chǔ)能技術(shù)、多能互補(bǔ)的政策支持力度，大力促進(jìn)能源清潔發(fā)展。

從能源發(fā)展趨勢(shì)和國(guó)家碳減排政策來(lái)看，東北電網(wǎng)推進(jìn)清潔能源發(fā)展是必然趨勢(shì)，且需配套區(qū)域內(nèi)電力市場(chǎng)改革，加快公關(guān)清潔能源發(fā)展及利用的關(guān)鍵技術(shù)，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

2.2 清潔低碳能源發(fā)展意義

當(dāng)前，東北電網(wǎng)清潔能源發(fā)展正按照“立足現(xiàn)實(shí)優(yōu)存量，推進(jìn)煤炭清潔高效開(kāi)發(fā)、集中利用”的指導(dǎo)思想逐步部署，在其多數(shù)地區(qū)已利用多種優(yōu)質(zhì)能源替代民用散煤，并大力推廣煤改氣、煤改電工程。該措施是發(fā)展當(dāng)?shù)厍鍧嵞茉吹闹匾绞?，能夠推進(jìn)當(dāng)?shù)啬茉垂┙o的結(jié)構(gòu)性改革，并以能源改革推動(dòng)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。

同時(shí)，東北電網(wǎng)的清潔能源發(fā)展與國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)一致，是破解資源環(huán)境約束、治理大氣和水污染、推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的需要，也是積極應(yīng)對(duì)氣候變化、實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展的需要。因此，清潔低碳能源發(fā)展對(duì)東北電網(wǎng)、東北地區(qū)能源改革以及生態(tài)、經(jīng)濟(jì)等多方建設(shè)具有重要意義。

3 東北電網(wǎng)清潔低碳能源發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)探討

3.1 大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)

儲(chǔ)能設(shè)備在東北地區(qū)大規(guī)模風(fēng)光電并網(wǎng)過(guò)程中起到重要作用，其通過(guò)靈活改變輸出功率大小將波動(dòng)性出力部分平抑，可有效保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前常見(jiàn)的儲(chǔ)能技術(shù)包括：①以抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能為代表的物理儲(chǔ)能技術(shù)；②以超級(jí)電容、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能為代表的電磁儲(chǔ)能技術(shù)；③以鉛酸電池、鋰電池等為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能。其中，物理儲(chǔ)能技術(shù)受地理位置制約嚴(yán)重，與東北地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和環(huán)境要求偏差較大，無(wú)法應(yīng)對(duì)當(dāng)?shù)厍鍧嵉吞及l(fā)展；新型電磁儲(chǔ)能技術(shù)成本高，容量小，但僅適用于小規(guī)模儲(chǔ)能及民用設(shè)施；電化學(xué)儲(chǔ)能是目前儲(chǔ)能發(fā)展的重點(diǎn)方向，種類最多，發(fā)展速度最快，靈活性最強(qiáng)，能夠應(yīng)對(duì)不同條件下的電網(wǎng)需求。因此，以電化學(xué)儲(chǔ)能為主的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)是東北電網(wǎng)發(fā)展清潔能源的關(guān)鍵技術(shù)之一。

3.2 多能互補(bǔ)能源協(xié)同優(yōu)化技術(shù)

東北電網(wǎng)欠合理的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)直接限制了清潔能源發(fā)展，因此需要充分利用各類清潔低碳能源、火電機(jī)組以及其他能源裝置，構(gòu)建多能協(xié)同的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，提高能源綜合利用率，滿足用戶側(cè)的電、熱、冷、氣等多種能源需求。

通常，多能互補(bǔ)分為綜合能源系統(tǒng)基地多能互補(bǔ)技術(shù)和終端一體化多能互補(bǔ)技術(shù)。綜合能源系統(tǒng)基地多能互補(bǔ)技術(shù)是將分布式能源、化石能源、天然氣系統(tǒng)相結(jié)合，最大程度發(fā)揮各類能源特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)光—水—火—儲(chǔ)等多種能源協(xié)同互補(bǔ)[4]。終端一體化多能互補(bǔ)技術(shù)是面向用戶側(cè)末端電、熱、冷等多種能源，并采用冷熱電聯(lián)產(chǎn)等相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用[5]?？紤]到東北地區(qū)風(fēng)光資源優(yōu)勢(shì)以及實(shí)際供熱需求特點(diǎn)，多能互補(bǔ)技術(shù)呈現(xiàn)形式以能源的時(shí)域特征互補(bǔ)和功能互補(bǔ)為主，如表1所示。

表1 東北地區(qū)多能互補(bǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)形式

3.3 新型電力系統(tǒng)規(guī)劃技術(shù)

傳統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)劃以供應(yīng)側(cè)優(yōu)化為主，以滿足負(fù)荷需求。隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)，電力系統(tǒng)的智能化、雙向互動(dòng)化、能源耦合化是必然趨勢(shì)。因此，新型電網(wǎng)規(guī)劃需進(jìn)一步考慮以下規(guī)劃因素：

3.3.1 從整體布局上協(xié)調(diào)東北地區(qū)能源規(guī)劃、電網(wǎng)規(guī)劃、新能源發(fā)展規(guī)劃相互關(guān)系，通過(guò)對(duì)東北地區(qū)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整以及未來(lái)發(fā)展階段的深度剖析，執(zhí)行對(duì)含清潔能源電力網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一規(guī)劃和分階段建設(shè)路線，并考慮清潔能源消納潛力和電力市場(chǎng)機(jī)制的激勵(lì)程度。

3.3.2 關(guān)注電網(wǎng)傳輸效率的影響，通過(guò)歷史趨勢(shì)分析、傳輸效率需求分析、未來(lái)情景演變分析等方法構(gòu)建能源供給的發(fā)展路徑，建立與電網(wǎng)協(xié)調(diào)的能源供應(yīng)新模式，提高能源開(kāi)發(fā)和利用效率，緩解東北地區(qū)的發(fā)電資源與用電負(fù)荷區(qū)域成逆向分布的關(guān)鍵難點(diǎn)。

3.3.3 緊緊圍繞低碳能源革命要求，通過(guò)考慮當(dāng)前用能模式轉(zhuǎn)變，基于需求側(cè)資源調(diào)節(jié)潛力和需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制分析，結(jié)合低碳運(yùn)行和碳減排要求，從全局目標(biāo)和需求側(cè)負(fù)荷精益化管理的角度推進(jìn)新型電力系統(tǒng)規(guī)劃的科學(xué)性。

3.4 新型清潔供暖技術(shù)

結(jié)合東北地區(qū)巨大的供暖和生活用熱需求，新型清潔供暖技術(shù)以“太陽(yáng)能光熱+輔助熱源”的形式實(shí)現(xiàn)。通過(guò)安裝太陽(yáng)能集熱器，并配套電鍋爐、電采暖等電能替代設(shè)備，能夠在白天充分利用太陽(yáng)能光熱直接轉(zhuǎn)換技術(shù)，對(duì)用戶室內(nèi)進(jìn)行供暖，避免了大量集中式供暖帶來(lái)的碳排放問(wèn)題，也緩解了大量電能替代設(shè)備造成的電網(wǎng)壓力。當(dāng)太陽(yáng)能充足時(shí)，通過(guò)蓄熱設(shè)備對(duì)富裕熱量進(jìn)行存儲(chǔ)供夜間使用；當(dāng)太陽(yáng)能不足且蓄熱量供應(yīng)乏力時(shí)，通過(guò)電輔熱的方式進(jìn)行供暖補(bǔ)充，尤其夜間可充分對(duì)風(fēng)電進(jìn)行消納，提高清潔能源利用率。

新型清潔供暖技術(shù)是推進(jìn)東北地區(qū)清潔低碳發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)[6]，其推廣不受外部能源和區(qū)域限制，在太陽(yáng)能充足時(shí)能實(shí)現(xiàn)真正的零碳排放。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文在深度剖析東北電網(wǎng)清潔低碳能源發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析了“雙碳”政策下清潔能源發(fā)展的政策導(dǎo)向和建設(shè)趨勢(shì)，指出了東北電網(wǎng)清潔能源發(fā)展在“推進(jìn)本地能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、助力國(guó)家碳達(dá)峰”等方面的重大意義，探討了東北電網(wǎng)清潔低碳能源發(fā)展的四大關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)成，包括大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)、多能互補(bǔ)能源協(xié)同優(yōu)化技術(shù)、新型電力系統(tǒng)規(guī)劃技術(shù)和新型清潔供暖技術(shù)，從東北電網(wǎng)實(shí)際特點(diǎn)和地區(qū)特點(diǎn)出發(fā)，分析了關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施側(cè)重點(diǎn)和應(yīng)用前景。