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新能源发电向第一电源转身

作者:武魏楠 来源:能源杂志 发布时间:2021-06-08 浏览:
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碳达峰与碳中和是国家战略,全球共识。我国提出“力争2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和”的战略目标,彰显大国应对气候变化的担当,也是推进国内经济高质量发展,构建人类命运共同体的关键。

今年3月15日,习近平总书记主持召开中央财经委员会第九次会议,对推动碳达峰,碳中和作出全面动员和系统部署,并明确指出要着力构建以新能源为主体的新型电力系统。

新型电力系统的构建是一项系统工程,将重新构建电力生产,消费,储运格局,将改变不同能源主体的功能定位,改变电网调度运行模式和商业模式,将形成源网荷储一体化的新商业形态。

当前,新型电力系统的构建正在凝聚更广泛的行业共识。本期封面文章,《能源》杂志探路新型电力系统的构建路径,探究系统性变革下的困境和解决方案,并分别以甘肃和德国为样本呈现高比例可再生能源系统的运行生态。

新能源发电向第一电源转身

新能源与煤电之间是共生,互补,而绝不是替代关系。这种关系可能未来还将延续很长一段时间。

文 | 武魏楠

我国当前电源结构,电网结构均以煤电为主体构建,在新型电力系统的构建过程中,煤电面临着加速由基本电源,主力电源向支撑性,调节性电源转变。

从当前的能源装机结构看,煤电无论是装机比例,还是发电量比例,都占据着绝对的主导地位。“十三五”期间,煤电发电量占比保持60%以上,煤电装机占比在50%左右。压减煤电是建设新型电力系统绕不开的话题。

新能源向第一电源转身

在以新能源为主体的电力系统中,新能源装机占比,发电量占比将大幅提升。

根据落基山研究所(RMI),能源转型委员会(ETC)《电力增长零碳化(2020-2030):中国实现碳中和的必经之路》预测,2030年中国全社会用电量至少达到10万亿千瓦时,风光发电量为2.5万亿千瓦时;风电和光伏装机分别为8.7亿千瓦和8.54亿千瓦。

按照2030年煤电装机10亿千瓦,4000小时年发电量测算,2030年煤电发电量占比仍会在40%左右。

考虑当前太阳能,地热能,风能,海洋能,生物质能,氢能和水能等非化石能源的技术经济性,资源禀赋,风电,光伏是未来新型电力系统主要的生产主体。

全球能源互联网发展合作组织的研究认为,2025年中国电源总装机达到29.5亿千瓦,其中清洁能源装机17亿千瓦,占比57.5%。2030年,2050年,2060年,中国清洁能源装机将分别增至25.7亿,68.7亿,76.8亿千瓦,分别占比67.5%,92%和96%,实现能源生产体系全面转型。对于煤电而言,我国煤电总量应控制在2025年达到峰值,2050年电力系统要实现近零排放,2060年煤电完全退出。

另一个不可忽视的问题是,随着可再生能源在电力系统中的权重增加,风电,光伏总装机的规模可能要远远高于用电负荷。卓尔德(北京)环境研究与咨询中心首席能源经济师张树伟认为,如果新能源发电量占比超过60%,电力系统总装机至少是最高负荷的4倍以上。”

国家电网能源研究院新能源与统计研究所所长李琼慧认为,基于风电,太阳能的波动性,间歇性,高比例新能源系统对灵活调节资源需求激增。燃煤机组灵活性改造,燃气机组,抽水蓄能,电化学储能,大电网跨区输电通道,用户侧可中断可调节负荷和氢能等将承担重要的调节功能。其中,新型储能在发展潜力,调节特性,响应时间,利用灵活性等方面都具有一定优势。同时,新能源开始步入高比例时代,需要承担类似于传统电源的保障电网安全稳定运行的责任与义务。

风光与煤电互补,而非替代

最近两年,中国,欧洲,美国连续发生极端天气造成的电力短缺现象。2020年冬季,中国部分地区出现电力短缺;2021年2月,美国得克萨斯州因极寒天气发生电力短缺。除此外,2020年8月,美国加州也发生由于连续酷热造成的电力短缺;2021年第一季度德国遭遇寒流天气,电力现货度电价格飙升至百欧元,电价涨至四年来最高。

面对突发状况的出现,新能源无法支撑电力系统,需要电力系统在更大范围内的互济来解围。这样的状况在高新能源占比的甘肃也曾发生。

国家电网甘肃省电力公司工作人员介绍,“当时,我们日前预测第二天新能源出力可以达到500~600万千瓦。但第二天风力突然改变,新能源实际出力只有50万千瓦左右。这对于全网1500万千瓦的用电负荷而言,相当于失去了1/3负荷供给。”

由于没有足够的可调节电源,电力短缺已经无法在甘肃省内解决。最终,甘肃省电力公司通过向国调申请降低直流外送,西北电网紧急向甘肃送电等方式,度过了这一天的危机。

可见,电网中新能源占比越高,越需要省间互济支援,更大甚至全国范围内互济显得尤为重要。风光与煤电是互补关系,绝非替代关系。

以甘肃酒泉至湖南±800kv特高压直流输工程为例,其配套电源规模高达1580万千瓦,其中风电700万千瓦,光伏发电280万千瓦,同时需要600万千瓦的燃煤火电配套才能运行。其中,甘肃电投常乐电厂4×100万千瓦项目是甘肃首个百万千瓦级的调峰火电工程,也是“千万千瓦”级酒泉风电光电基地,特高压工程的配套火电项目。由于特高压对电压波动敏感,在特高压的运行过程中需要配备大功率煤电机组作为调峰电源。

关键字:新能源

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