能源低碳轉(zhuǎn)型有待電力系統(tǒng)破題

■本刊記者 余璇/ 編輯 向敏

8月2 日，由中國能源研究會和中國電力企業(yè)聯(lián)合會共同主辦、自然資源保護(hù)協(xié)會（NRDC）支持的“中國電力低碳轉(zhuǎn)型高峰論壇”在京舉辦。

論壇發(fā)布了由中國能源研究會和中國電力企業(yè)聯(lián)合會共同完成的《構(gòu)建新型電力系統(tǒng)研究》《新型電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力提升及政策研究》報(bào)告。《構(gòu)建新型電力系統(tǒng)研究》報(bào)告預(yù)測，到2060 年，我國在生產(chǎn)側(cè)一次能源通過電能轉(zhuǎn)化比重會由2020 年45%提高到85%以上，電能占相應(yīng)的終端能源消費(fèi)也從目前的26%提高到70%左右，電能將逐步成為終端能源主體。

能源轉(zhuǎn)型面臨挑戰(zhàn)電力系統(tǒng)或成破題關(guān)鍵

“我國是能源消費(fèi)大國，占世界消費(fèi)總量四分之一。碳排放相當(dāng)于美國、日本、歐盟碳排放的總和。我國必須主動進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型，才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)低碳發(fā)展?！敝袊こ淘涸菏繙珡V福在論壇上指出。

碳達(dá)峰碳中和“1+N”政策體系及相關(guān)政策的陸續(xù)出臺，清潔能源裝機(jī)規(guī)模占比的持續(xù)增長，標(biāo)志著我國能源轉(zhuǎn)型正朝著清潔、低碳、安全、高效大步邁進(jìn)。然而，我國能源轉(zhuǎn)型是一個(gè)長期的過程，所面臨的挑戰(zhàn)不容小覷。

在國際方面，近年來全球能源價(jià)格劇烈波動，對我國能源安全穩(wěn)定供應(yīng)造成影響。在國內(nèi)方面，我國能源資源稟賦為富煤、缺油、少氣，新能源裝機(jī)與負(fù)荷呈逆向分布。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，“三北”地區(qū)負(fù)荷占全國總負(fù)荷的比例僅為36%，但集中了全國75%的新能源裝機(jī)。湯廣福坦言，目前我國能源供應(yīng)自主度在80%左右，自主力不足。再加上能源結(jié)構(gòu)問題，資源與負(fù)荷逆向分布，都給能源轉(zhuǎn)型帶來很大的壓力。

壓力之下，能源轉(zhuǎn)型如何推進(jìn)？與會專家認(rèn)為，一次能源中的風(fēng)、光、水、核等都必須轉(zhuǎn)化為電能才能加以利用，未來的氫能、儲能等，也主要通過電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此電力系統(tǒng)在能源轉(zhuǎn)型中將起到核心作用，電力將成為能源轉(zhuǎn)型的“主戰(zhàn)場”。

“重構(gòu)能源體系是實(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)的必然要求?！敝袊茉囱芯繒茉凑哐芯恐行闹魅瘟中l(wèi)斌在論壇上表示，要合理把握能源轉(zhuǎn)型節(jié)奏，協(xié)同推進(jìn)能源系統(tǒng)電氣化和電力系統(tǒng)低碳化。新能源不能單邊冒進(jìn)，要與能源系統(tǒng)形態(tài)變革雙輪驅(qū)動。

“我們電力系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)會發(fā)生根本的轉(zhuǎn)變，我們過去電力系統(tǒng)發(fā)輸用是單向流動的，在新的電力系統(tǒng)下應(yīng)該是發(fā)輸儲用雙向流動的。”電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院高級顧問徐小東認(rèn)為，未來電力資源配置規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大，過去主要送西南水電和西部、北部的煤電，未來新的西電東送還要繼續(xù)，西部和北部就不是煤電為主，應(yīng)該以送光伏和風(fēng)電為主，由此帶來直流多落點(diǎn)和密集通道等問題，也會增加電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的難度和復(fù)雜度?！拔覈F(xiàn)在的新能源還不能說是主體電源，新能源發(fā)展到最后應(yīng)該成為電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)保障性電源?！彼硎?，“現(xiàn)在我國的新能源對電力系統(tǒng)支撐貢獻(xiàn)率大概不到5%，絕大部分電力系統(tǒng)支撐現(xiàn)在還是靠化石能源、水電、核電。所以新能源向主體能源轉(zhuǎn)變，除了新能源用電量要成為主體，更重要的是對電力系統(tǒng)的支撐要成為主體，這個(gè)難度是比較大的?！?/p>

“電力綠色低碳轉(zhuǎn)型主線還應(yīng)該是發(fā)展，在發(fā)展中轉(zhuǎn)型，在轉(zhuǎn)型中發(fā)展，并且在這個(gè)過程中要保持一個(gè)相對平衡的態(tài)勢。”中國能源研究會理事長史玉波表示，當(dāng)前電力在我國經(jīng)濟(jì)社會終端用能地位十分關(guān)鍵，保持電力充足供應(yīng)，涉及能源安全，涉及國計(jì)民生，必須牢牢把握住電力安全穩(wěn)定充足供應(yīng)的底線。

《構(gòu)建新型電力系統(tǒng)研究》提出，未來構(gòu)建新型電力系統(tǒng)需要分“三步走”：2020—2030 年努力推進(jìn)技術(shù)變革、體制機(jī)制創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)增量替代；2030—2040年初步形成以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，煤電逐漸退出主導(dǎo)地位，非化石能源發(fā)電逐漸成為主體能源；2040—2060 年新型電力系統(tǒng)逐步成熟，新能源主體地位不斷加強(qiáng)，煤電加快退出。

靈活性調(diào)節(jié)成為高頻詞

“新型電力系統(tǒng)是在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，順應(yīng)碳達(dá)峰碳中和要求的系統(tǒng)高級形態(tài)，是以新能源發(fā)電為主體，以靈活性資源為支撐，具有交直流混聯(lián)和微電網(wǎng)并存的電網(wǎng)形態(tài)，應(yīng)用先進(jìn)前沿技術(shù)，依托統(tǒng)一電力市場，實(shí)現(xiàn)能源資源大范圍優(yōu)化配置的基礎(chǔ)平臺?！敝袊娏ζ髽I(yè)聯(lián)合會常務(wù)副理事長楊昆在會上表示，新型電力系統(tǒng)具有綠色低碳、柔性靈活、互動融合、智能高效、安全穩(wěn)定的顯著特征。

然而，現(xiàn)階段我國新型電力系統(tǒng)建設(shè)面臨新能源發(fā)電占比逐漸增大、“源網(wǎng)荷”協(xié)調(diào)困難、用戶側(cè)供需互動需求加大、數(shù)字化水平有待提升、體制機(jī)制尚未健全等多方面挑戰(zhàn)。

“隨著新能源發(fā)電占比增大，新能源資源的波動性和隨機(jī)性，對電力系統(tǒng)的功率平衡、抗沖擊能力提出了更高要求。我們需要改變過去100 多年的電力系統(tǒng)理論，把傳統(tǒng)的剛性電力系統(tǒng)變得更為柔性一些，充分挖掘多種資源的靈活性，包括發(fā)電側(cè)的靈活性運(yùn)行、電網(wǎng)側(cè)的時(shí)空互補(bǔ)、需求側(cè)動態(tài)負(fù)荷的靈活性，支撐風(fēng)光的高比例發(fā)展?！睖珡V福表示。

中國電力企業(yè)聯(lián)合會規(guī)劃發(fā)展部副主任張琳在發(fā)布《新型電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力提升及政策研究》成果時(shí)介紹，截至2020 年底，全國靈活調(diào)節(jié)電源裝機(jī)占比18.5%；預(yù)計(jì)到2025年，抽水蓄能電站裝機(jī)應(yīng)達(dá)到6200 萬千瓦，新增火電靈活性改造2 億千瓦，建設(shè)不少于3000 萬千瓦的新型儲能，才能滿足系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求。

楊昆表示，新型電力系統(tǒng)建設(shè)是一項(xiàng)長期任務(wù)，要充分認(rèn)識構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的長期性、差異性、靈活性和創(chuàng)新性，依據(jù)各地資源稟賦，因地制宜構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，大力提升新型電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，保障新能源大規(guī)模開發(fā)和高效利用。

中國華能集團(tuán)有限公司科技部主任許世森表示，新型電力系統(tǒng)需要靈活性電源支撐，在我國需要煤電作為靈活電源進(jìn)行支撐，否則很難實(shí)現(xiàn)能源安全供應(yīng)。

除此之外，三峽科技有限責(zé)任公司董事長江冰表示，配網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)涌現(xiàn)出了大量的新型主體，將發(fā)揮重要作用?！皟δ茏鳛樵陔娫磁c負(fù)荷之間轉(zhuǎn)變的‘自由人’，可增強(qiáng)電力系統(tǒng)的靈活性，成為電力系統(tǒng)平衡不可或缺的第四元素?！?/p>

徐小東表示，我國亟須升級電力傳統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行體系。傳統(tǒng)調(diào)度無法適應(yīng)源網(wǎng)荷儲多向互動的運(yùn)行需求，需要通過數(shù)字化技術(shù)提升調(diào)度的靈活性，以適應(yīng)新型電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的頻繁變化。

“要確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，用戶側(cè)必須深度參與系統(tǒng)平衡，同時(shí)配電網(wǎng)進(jìn)一步完善物理架構(gòu)和運(yùn)行邏輯。虛擬電廠將成為未來電力系統(tǒng)平衡的重要組成部分?！眹译娏ν顿Y集團(tuán)戰(zhàn)略規(guī)劃部副主任李鵬介紹，2022年7月13日，國家電投在江蘇通過虛擬電廠成功實(shí)現(xiàn)39 萬千瓦的靈活調(diào)節(jié)，相當(dāng)于低成本替代了新建的60 萬千瓦煤電機(jī)組，有效保障了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定，降低系統(tǒng)整體用電成本。

史玉波強(qiáng)調(diào)，要加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，目前我們已掌握的技術(shù)還不能完全支撐我國2060 碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，亟須實(shí)現(xiàn)重大技術(shù)的突破，甚至是一些顛覆性技術(shù)的突破。

未來數(shù)字化建設(shè)將提供關(guān)鍵性支撐

“電力電源清潔化，電力系統(tǒng)柔性化，電力系統(tǒng)數(shù)字化，電力系統(tǒng)電力電子化是新型電力系統(tǒng)4個(gè)內(nèi)在的本質(zhì)特征?！睖珡V福表示，電力系統(tǒng)數(shù)字化，才能保證感知、互動、共享、靈活柔性、安全可靠、開放共享這些外部特征。

業(yè)內(nèi)專家指出，目前電力系統(tǒng)數(shù)字技術(shù)和物理系統(tǒng)的融合不夠深入，支撐轉(zhuǎn)型的能力不足。人工智能算法、大數(shù)據(jù)理論等與國外相比仍存在較大差距，需加強(qiáng)基礎(chǔ)性研究。與此同時(shí)，大量的芯片、元器件等“卡脖子”和短板技術(shù)，仍然需要長期攻關(guān)。電力系統(tǒng)數(shù)字化應(yīng)通過數(shù)字技術(shù)與物理系統(tǒng)的深度融合，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的“數(shù)字賦能”。

“數(shù)字化和智能化是我們新型電力系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。”徐小東指出。

推動電力系統(tǒng)向全環(huán)節(jié)的數(shù)字化和調(diào)控體系智能化轉(zhuǎn)變，先進(jìn)的通信、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，要全面覆蓋電力系統(tǒng)發(fā)輸配用的全環(huán)節(jié)，用人工智能技術(shù)升級智慧化的調(diào)控運(yùn)行技術(shù)，來打造新一代電力系統(tǒng)的中樞大腦。

多位專家表示，現(xiàn)階段電力系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)提升數(shù)字分析水平，加強(qiáng)電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制能力。目前電力系統(tǒng)呈現(xiàn)“雙高”特性，傳統(tǒng)分析方法已無法適應(yīng)新形勢。傳統(tǒng)計(jì)劃調(diào)度更表現(xiàn)出不適應(yīng)新能源發(fā)展的情況，必須借助人工智能實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度。同時(shí)，“源網(wǎng)荷儲”需要縱向貫通，亟須數(shù)字化建設(shè)實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)互動。

“將來調(diào)度隨著數(shù)字化程度提高，是由算法決定的?！苯J(rèn)為，傳統(tǒng)的調(diào)度雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動化，但基本上還是計(jì)劃。

“未來能源網(wǎng)將以能源的分布式生產(chǎn)和利用為突出特征，在數(shù)字化技術(shù)驅(qū)動下，真正進(jìn)化成自平衡、自運(yùn)行、自處理的‘源網(wǎng)荷儲’一體化的智慧能源系統(tǒng)?！崩铢i表示，只有在這種技術(shù)條件下，才有可能實(shí)現(xiàn)高比例的清潔能源發(fā)輸配用一體化鏈條打通，并具備以下幾個(gè)核心特點(diǎn)，即用戶側(cè)會深度參與到電力系統(tǒng)平衡中來，源網(wǎng)荷儲互動會變成常態(tài)，負(fù)荷特性由剛性純消費(fèi)性向柔性生產(chǎn)和消費(fèi)兼具轉(zhuǎn)變。

針對我國新型電力系統(tǒng)發(fā)展情況以及數(shù)字化融合發(fā)展情況，楊昆建議，在中東部及南方負(fù)荷中心區(qū)域立足于核電、海上風(fēng)電高效利用，探索建立送入電力加數(shù)字化技術(shù)、源網(wǎng)荷儲高效協(xié)同的模式。根據(jù)不同地區(qū)的電源特點(diǎn)和用電負(fù)荷分配特征來確定各自的模式。■