史卓群 ,頊 婧
(1.山西能源學(xué)院, 山西 太原 030600;2.內(nèi)蒙古電力(集團(tuán))有限責(zé)任公司信息通信分公司, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000)
2020 年9 月,習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)發(fā)言時(shí)鄭重提出“我國(guó)碳排放力爭(zhēng)在2030 年前達(dá)到峰值、在2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和”即“雙碳目標(biāo)”,在“十四五”開局之年里,低碳減排、清潔發(fā)展成為各項(xiàng)工作開展的重要方向。電力行業(yè)作為能源密集型產(chǎn)業(yè),在實(shí)現(xiàn)清潔發(fā)展、低碳轉(zhuǎn)型當(dāng)中處于關(guān)鍵性地位。2021 年3 月,中央財(cái)經(jīng)委會(huì)議提出“構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”,表明清潔低碳的可再生能源將是未來(lái)電力系統(tǒng)發(fā)展的大勢(shì)所趨。2022 年2 月24 日,國(guó)家能源局發(fā)布了政協(xié)代表《關(guān)于“碳中和”目標(biāo)下煤電產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的提案》的答復(fù),提出嚴(yán)控煤電項(xiàng)目,推動(dòng)煤電由電量主體電源向支撐性、調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)型,進(jìn)一步對(duì)以煤電為主要電源結(jié)構(gòu)的地區(qū)提出了更具緊迫性的挑戰(zhàn)。
山西省電源結(jié)構(gòu)長(zhǎng)久以來(lái)以煤炭為主,“雙碳目標(biāo)”提出后,省人民政府高度重視,積極推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型,在“十四五”規(guī)劃綱要當(dāng)中明確指出要提升清潔電力發(fā)展水平,從“一煤獨(dú)大”轉(zhuǎn)向新能源和可再生能源電力高比例發(fā)展。本文以此為基礎(chǔ)分析了山西省電力行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,針對(duì)“雙碳”背景下電力行業(yè)清潔發(fā)展面臨的幾大挑戰(zhàn),從六方面提出未來(lái)電力行業(yè)清潔發(fā)展的方向和路線,助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
我國(guó)電力行業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)以火電為主,煤炭是最主要的熱源。作為國(guó)家確定的五大綜合能源基地之一,山西省煤炭資源豐富,2020 年總產(chǎn)量達(dá)到10.8 億噸,在全國(guó)各省中排第一位。煤炭總消費(fèi)量36186 萬(wàn)噸,其中四成消耗量被用于發(fā)電,達(dá)14496 萬(wàn)噸。
如圖1 所示,“十三五”期間,山西省發(fā)電能力穩(wěn)步提升。截至2020 年底,全山西省的電力總裝機(jī)規(guī)模突破1億千瓦,達(dá)到1.038 億千瓦,較2015 年增長(zhǎng)49.05%,位居全國(guó)第六,其中火力發(fā)電裝機(jī)容量占比仍保持在60%以上。從電源結(jié)構(gòu)來(lái)看,“十三五”以來(lái),火力發(fā)電裝機(jī)容量雖然逐年上升,但在全社會(huì)總發(fā)電裝機(jī)容量中的占比呈明顯下降趨勢(shì),2020 年底,火電裝機(jī)容量6877.6 萬(wàn)千瓦,在總發(fā)電裝機(jī)容量中占比約66.2%;相較2015 年末的85.27%下降達(dá)19.07 個(gè)百分點(diǎn)。
圖1 山西省電力裝機(jī)容量變化
除了為本省生產(chǎn)生活提供充足的電力保障,山西省作為國(guó)家核心電力供應(yīng)基地,也積極打造堅(jiān)強(qiáng)發(fā)達(dá)的電網(wǎng)構(gòu)架,將富足電力進(jìn)行省外輸送。截至2020 年末,凈外送電量突破1000 億千瓦時(shí)大關(guān),達(dá)1053.6 億千瓦時(shí)。此外,在電網(wǎng)規(guī)劃投資方面,“十四五”以來(lái)力度繼續(xù)加大,500 千伏及以下電網(wǎng)投資規(guī)模達(dá)601 億元,較“十三五”期間增長(zhǎng)27.8%。
豐厚的煤炭資源稟賦為山西省經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了增長(zhǎng)點(diǎn),但近年來(lái),這種粗放型的發(fā)展方式越來(lái)越難適應(yīng)“綠色低碳”發(fā)展理念?!笆濉币詠?lái)山西省積極推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型,制定了《山西省國(guó)家資源型經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型綜合配套改革試驗(yàn)實(shí)施方案(2016-2020 年)》、《山西打造全國(guó)能源革命排頭兵行動(dòng)方案》、《山西省“十三五”控制溫室氣體排放實(shí)施方案》等一系列政策文件,多措并舉實(shí)現(xiàn)清潔發(fā)展。具體落實(shí)到電力行業(yè)方面,有下述幾方面措施:
清潔能源發(fā)電即為使用不含碳、不會(huì)生成二氧化碳等溫室氣體的一次能源發(fā)電,其中水力發(fā)電在我國(guó)已開發(fā)建設(shè)較為成熟,當(dāng)下正在大力推進(jìn)且形成一定應(yīng)用規(guī)模的主要為風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電。山西省具有氣候、區(qū)位優(yōu)勢(shì),風(fēng)能、太陽(yáng)能資源都較為富集,海拔70 米處風(fēng)能資源≥200 瓦/平方米的技術(shù)開發(fā)量為2814 萬(wàn)千瓦,總體儲(chǔ)存量達(dá)到5800 萬(wàn)千瓦;年均太陽(yáng)能輻照量達(dá)到1624千瓦時(shí)/平方米,在整個(gè)華北地區(qū)位居第二。此外,省內(nèi)水電也有很大的進(jìn)一步發(fā)展空間,黃河北干流水電資源尚待開發(fā)。
總體來(lái)說(shuō),山西省的清潔能源發(fā)電具備極大潛力。如圖2,“十三五”期間,清潔能源發(fā)電有了長(zhǎng)足提升,到2020 年末,清潔能源裝機(jī)容量達(dá)3505.48 萬(wàn)千瓦,在總發(fā)電裝機(jī)容量中占比約33.76%。占比較2015 年末的14.73%提升19.03 個(gè)百分點(diǎn)。其中大部分增長(zhǎng)來(lái)源于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電。“十三五”期間,以風(fēng)電和光伏發(fā)電為主的新能源發(fā)電量總計(jì)達(dá)到1173.91 億千瓦時(shí),相當(dāng)于減少5860.6 萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤開采和消耗,減少二氧化碳排放14607.5 萬(wàn)噸。
圖2 電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)變化
盡管清潔能源發(fā)電將成為未來(lái)電力行業(yè)的首要發(fā)展方向,但一定時(shí)期內(nèi),尚且難以改變以煤炭為主的電源結(jié)構(gòu)。在這樣的客觀情況下,必須要實(shí)現(xiàn)煤炭的清潔利用,使煤炭從勘探開發(fā)到加工利用的整個(gè)流程中,一方面減少污染的排放,同時(shí)提高資源轉(zhuǎn)化生產(chǎn)效率。
2018 年,山西省印發(fā)《關(guān)于推動(dòng)煤炭清潔高效利用的實(shí)施意見》,針對(duì)燃煤發(fā)電行業(yè)提出,要推廣先進(jìn)節(jié)能減排技術(shù),加快推進(jìn)現(xiàn)役機(jī)組升級(jí)改造,在役和新建機(jī)組全部達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn),力爭(zhēng)到2030 年燃煤電廠平均供電煤耗下降到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。采取的可行性技術(shù)包括發(fā)展先進(jìn)煤電技術(shù),開展700℃超臨界發(fā)電機(jī)組鍋爐、基于富氧燃燒的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電及碳捕集技術(shù)等常規(guī)煤電參數(shù)等級(jí)進(jìn)一步提升和新型煤基發(fā)電技術(shù)研究。通過(guò)改進(jìn)完善煤炭清潔利用技術(shù),有效減少了電力行業(yè)煤炭需求,提高煤炭經(jīng)濟(jì)效益,對(duì)改善空氣質(zhì)量和優(yōu)化生態(tài)環(huán)境具有重要意義。
過(guò)去山西省長(zhǎng)期以煤炭直接輸出為主,經(jīng)濟(jì)效益低,調(diào)控難度大,一旦遭遇突發(fā)因素影響,易導(dǎo)致供需失衡,進(jìn)而致使煤價(jià)、電價(jià)大幅震蕩,不利于實(shí)現(xiàn)電力平衡,也不利于促進(jìn)清潔能源電力消費(fèi)、消納?!笆濉币詠?lái),為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展,山西省積極探索“變輸煤為輸電”的能源轉(zhuǎn)化之路,緊跟“新基建”大潮,以特高壓為核心推進(jìn)電網(wǎng)建設(shè),持續(xù)拓展晉電外送通道。同時(shí),逐步改變?nèi)济喊l(fā)電為主的電力結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)向火力、風(fēng)力、光伏、水力多能互補(bǔ)并重的新格局。截至2020 年底,山西省電力已實(shí)現(xiàn)建成投運(yùn)包括“三交一直”特高壓在內(nèi)的9 個(gè)外送通道、18 回線路,外送電能力實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)足發(fā)展。山西省委、省政府也分別與多個(gè)省、市政府簽訂了戰(zhàn)略合作框架協(xié)議,推進(jìn)“晉電外送”。
“十三五”期間,山西省電力行業(yè)除了實(shí)現(xiàn)能源供給更清潔,也致力于助力能源消費(fèi)更綠色。國(guó)網(wǎng)山西省電力公司積極開展電能替代工作,累計(jì)完成推行電能替代項(xiàng)目2408 個(gè),達(dá)成替代電量322.89 億千瓦時(shí)。其中,先后推動(dòng)1971 家工礦企業(yè)2185 個(gè)工業(yè)“煤改電”改造事項(xiàng),完成替代電量超過(guò)252 億千瓦時(shí);新增設(shè)置342 座充電站和3288 個(gè)充電樁,完成充電量3.2 億千瓦時(shí);居民“煤改電”項(xiàng)目覆蓋73.91 萬(wàn)戶,完成采暖電量24.4 億千瓦時(shí)。通過(guò)這一系列電氣化舉措相當(dāng)于降低消耗散煤1800萬(wàn)噸、減少二氧化碳排放量3200 萬(wàn)噸。
與新能源相比,發(fā)展較為成熟的水力發(fā)電利用率已達(dá)到百分之百,實(shí)現(xiàn)零棄水率。消納問(wèn)題主要出現(xiàn)在風(fēng)力、光伏等新能源電力。如圖3 所示,“十三五”以來(lái),山西省光伏發(fā)電利用率較高,保持在97%以上;風(fēng)力發(fā)電利用率從2016 年的90.67%,到2020 年的97.03%,有較大幅度提升。2020 年全國(guó)平均棄光率2%左右,全國(guó)平均棄風(fēng)率3%左右。總體看來(lái),山西省棄光率和棄風(fēng)率較低,但如圖4 所示,“十三五”期間,山西省全口徑發(fā)電量持續(xù)較快增長(zhǎng),但社會(huì)總用電量增速明顯滯后于發(fā)電量,發(fā)電能力與用電能力之間的反差不斷擴(kuò)大,省內(nèi)電力市場(chǎng)供過(guò)于求。且由于規(guī)模成本差異,常規(guī)能源電力對(duì)新能源電力存在擠出效應(yīng),未來(lái)可能進(jìn)一步加劇新能源電力的消納矛盾。此外,在“雙碳”背景下,新能源電力的空間遠(yuǎn)不止于此,因此隨著裝機(jī)并網(wǎng)容量的持續(xù)增加,必將面臨更大的消納壓力。
圖3 山西省棄風(fēng)、棄光情況
圖4 山西省用電、發(fā)電情況
新能源電力消納難的直接原因看似在于供需矛盾,但其實(shí)從全省范圍來(lái)看,新能源電力市場(chǎng)并未飽和,供需矛盾的深層次原因在于資源稟賦分布不均導(dǎo)致的配置難題。風(fēng)力發(fā)電主要受地理環(huán)境影響,開發(fā)投產(chǎn)區(qū)域往往與用電負(fù)荷呈現(xiàn)出逆向分布特征,山西省風(fēng)電項(xiàng)目多位于北部山區(qū),電力需求則集中在平原、城鎮(zhèn)地區(qū)。光伏發(fā)電更多受季節(jié)和天氣條件影響,山西省冬夏季溫差大,日照時(shí)長(zhǎng)差異也比較大,光伏發(fā)電的供應(yīng)與負(fù)荷在時(shí)空上往往也難以平衡。
針對(duì)上述情況,需要完善的電力輸送調(diào)度機(jī)制。雖然近年來(lái)山西省電網(wǎng)大力開展省內(nèi)外輸電通路規(guī)劃建設(shè),但配套調(diào)峰調(diào)度機(jī)制尚且相對(duì)落后。目前山西省電源調(diào)峰結(jié)構(gòu)以火電為主,火電也是極端條件下頂峰發(fā)電的重要支撐,在保障能源安全方面還將發(fā)揮基礎(chǔ)和兜底作用。但山西省內(nèi)的大量中小機(jī)組仍采用傳統(tǒng)運(yùn)行方式,沒(méi)有及時(shí)升級(jí)改造增強(qiáng)靈活性,調(diào)峰深度和速度都不夠,短期內(nèi)不足以成為服務(wù)風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電消納的調(diào)峰機(jī)組,實(shí)現(xiàn)支撐電網(wǎng)安全運(yùn)行、保障電力平穩(wěn)供應(yīng)的作用。
當(dāng)前我國(guó)正處于電力市場(chǎng)化進(jìn)程起步階段,尚不健全的市場(chǎng)機(jī)制和價(jià)格機(jī)制也無(wú)法適應(yīng)未來(lái)新能源電力的持續(xù)發(fā)展。一是我國(guó)當(dāng)下電力行業(yè)管理以省為單位,但僅靠省內(nèi)運(yùn)行調(diào)度優(yōu)化已不足以解決新能源電力消納問(wèn)題,而遠(yuǎn)距離送受電、區(qū)域電力市場(chǎng)等體制機(jī)制的不健全致使新能源電力資源配置還存在一定的省間壁壘。二是我國(guó)電力市場(chǎng)化進(jìn)程處于起步階段,現(xiàn)貨市場(chǎng)不夠完善,中長(zhǎng)期交易合同的剛性一定程度上固化了傳統(tǒng)電源的市場(chǎng)份額,擠壓新能源電量消納空間。三是隨著國(guó)家持續(xù)推進(jìn)新能源補(bǔ)貼政策退坡,支持力度減弱,新能源電力的價(jià)格優(yōu)勢(shì)減小,消納積極性降低。
轉(zhuǎn)變煤電為主體的電源結(jié)構(gòu)勢(shì)在必行,但長(zhǎng)期來(lái)看,為了穩(wěn)定供應(yīng)、保障生產(chǎn),不能完全放棄煤電。于是根據(jù)國(guó)家能源局當(dāng)前發(fā)布的“多措并舉加快推動(dòng)煤電由電量主體電源向支撐性、調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)型”方針,山西省在“十四五”期間的電力發(fā)展規(guī)劃當(dāng)中,也應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步明確煤電地位,嚴(yán)控煤電項(xiàng)目,原則上不再新建單純以發(fā)電為目的的煤電項(xiàng)目,加快已有燃煤發(fā)電機(jī)組的技術(shù)升級(jí),加強(qiáng)調(diào)峰深度及靈活性,確保煤電成為保障電力供應(yīng)安全的支撐性電源和促進(jìn)清潔能源消納的調(diào)節(jié)性電源。
近年來(lái)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展為促進(jìn)新能源電力就地消納、徹底解決棄風(fēng)棄光問(wèn)題提供了可能。截至目前,全國(guó)先后有包括山西省在內(nèi)的十幾個(gè)省(區(qū))發(fā)布相關(guān)政策,要求或建議新增平價(jià)風(fēng)電、光伏項(xiàng)目配置儲(chǔ)能,力促儲(chǔ)能在新能源發(fā)電側(cè)創(chuàng)新發(fā)展,形成極具潛能的“風(fēng)光+儲(chǔ)能”新業(yè)態(tài)。2019 年,山西省為推動(dòng)能源革命綜改試點(diǎn)提出十五項(xiàng)重大舉措明確要發(fā)展“新能源+儲(chǔ)能”試點(diǎn)示范項(xiàng)目。在新階段,必須繼續(xù)推進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)。有關(guān)部門應(yīng)盡快明晰和細(xì)化儲(chǔ)能配套政策和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),明確儲(chǔ)能市場(chǎng)參與電力市場(chǎng)的主體身份,完善交易調(diào)度和計(jì)價(jià)結(jié)算,形成合理的商業(yè)模式,保障儲(chǔ)能的商業(yè)效益,建成輔助服務(wù)補(bǔ)償?shù)拈L(zhǎng)效機(jī)制,并配合金融市場(chǎng)機(jī)制以規(guī)避投資項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn),加強(qiáng)管理流程的制度硬化。
2016 年,山西省列入全國(guó)首批電力體制改革綜合試點(diǎn)省份,全面籌備開展電力現(xiàn)貨市場(chǎng)試點(diǎn),自2021 年4月開始試運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)電力市場(chǎng)清潔發(fā)展,必須繼續(xù)大力推進(jìn)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)良好穩(wěn)定試運(yùn)行,同時(shí)做好中長(zhǎng)期、輔助服務(wù)與現(xiàn)貨市場(chǎng)的銜接配合,力爭(zhēng)盡快實(shí)現(xiàn)現(xiàn)貨市場(chǎng)正式運(yùn)行,確立以中長(zhǎng)期交易為主、現(xiàn)貨交易為補(bǔ)充的市場(chǎng)交易體系。同時(shí)應(yīng)盡快建立健全可再生能源參與電力市場(chǎng)交易的機(jī)制,推動(dòng)風(fēng)力、光伏等新能源企業(yè)的富余電量參與市場(chǎng)交易。同時(shí)做好省間與省內(nèi)消納清潔能源電力的市場(chǎng)銜接機(jī)制,在尊重市場(chǎng)差異性的基礎(chǔ)上盡量規(guī)范市場(chǎng)核心規(guī)則、建立統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),解決清潔能源發(fā)電的政策性收購(gòu)與市場(chǎng)化交易的銜接問(wèn)題。
以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐,積極探索構(gòu)建基于智能電網(wǎng)的能源互聯(lián)網(wǎng),不僅能實(shí)現(xiàn)能源開發(fā)、轉(zhuǎn)化與傳輸網(wǎng)絡(luò)的相互協(xié)調(diào);也可整合用戶的多元化用能需求,將電力需求側(cè)管理擴(kuò)大化為綜合用能管理,處理好清潔能源電力大規(guī)模并網(wǎng)時(shí)的電力電量平衡優(yōu)化,提升清潔能源消納以及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)下應(yīng)抓住本省實(shí)施電力體制改革試點(diǎn)之機(jī),加快制定更先進(jìn)的能源體系架構(gòu),實(shí)現(xiàn)省內(nèi)與全國(guó)能源網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),形成“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”一體化的運(yùn)行模式。也要加強(qiáng)能源產(chǎn)業(yè)與現(xiàn)代信息技術(shù)的深層次融合,深化清潔能源智能化領(lǐng)域的科研力度,完善能源供需數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè),加強(qiáng)能源智能生產(chǎn)消費(fèi)技術(shù)監(jiān)管,做好智能調(diào)控,提高資源配置效率。
2020 年10 月,山西省能源局印發(fā)了《落實(shí)可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重實(shí)施方案》的通知,指出省內(nèi)承擔(dān)消納責(zé)任的各市場(chǎng)主體,明確各主體最低消納責(zé)任權(quán)重,并規(guī)定了考核指標(biāo)和監(jiān)督機(jī)制,對(duì)未完成任務(wù)的市場(chǎng)主體依據(jù)法規(guī)進(jìn)行處理。除了通過(guò)購(gòu)買或自發(fā)自用可再生能源電力的方式落實(shí)消納責(zé)任權(quán)重,責(zé)任主體還可通過(guò)購(gòu)買其他主體的超額消納量或綠色證書來(lái)履行消納責(zé)任。后兩種方式可以充分發(fā)揮市場(chǎng)機(jī)制作用,平衡可再生能源電力消納成本,實(shí)現(xiàn)資源最優(yōu)化配置。后續(xù),為進(jìn)一步推進(jìn)可再生能源消納責(zé)權(quán)制度,發(fā)揮好市場(chǎng)機(jī)制在促進(jìn)清潔能源電力消納當(dāng)中的作用,需要盡快通過(guò)相關(guān)支持政策推進(jìn)省內(nèi)綠色證書交易市場(chǎng)建設(shè),完善可再生能源電力配額制,激勵(lì)各責(zé)任主體對(duì)新能源電力消納的積極性。
實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)清潔發(fā)展、低碳轉(zhuǎn)型,離不開核心技術(shù)的突破和管理模式的創(chuàng)新,歸根結(jié)底有賴于專業(yè)型、創(chuàng)新型人才匯聚形成的推動(dòng)力。2018 年以來(lái),山西省多個(gè)地市出臺(tái)人才引進(jìn)政策。以太原市為例,2018 年,人社部門為4090 人次發(fā)放人才引進(jìn)補(bǔ)助;2019 年增加至14433 人次;2020 年達(dá)到23585 人次;2021 年預(yù)計(jì)達(dá)3 萬(wàn)余人次。從數(shù)據(jù)來(lái)看,近年來(lái)高層次專業(yè)人才回流逐年上升,政策成效明顯。未來(lái)可以采取更為柔性的引進(jìn)方式,實(shí)施項(xiàng)目合作、候鳥合作、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)合作等人才戰(zhàn)略,加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì),提升人才政策協(xié)同效應(yīng),促進(jìn)當(dāng)?shù)厝瞬沤Y(jié)構(gòu)的改善與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展轉(zhuǎn)型。山西省還可以結(jié)合自身特色產(chǎn)業(yè)打造并推廣形象,積極爭(zhēng)取國(guó)家政策支持和財(cái)政保障,進(jìn)一步提升人才吸引力和區(qū)位競(jìng)爭(zhēng)力。