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做好碳中和的排头兵,电力系统要做好这三件事

2020-12-23 17:01:00 中国能源网   作者: 江晓蓓 冉泽  

当前能源行业最大的事情无疑是如何落实2060年碳中和目标,而电力系统又是“关键命门”,如果做好了,电力系统还可以成为全社会实现碳中和的表率。

目前电力部门是我国碳排放的主要来源,有数据显示,2019年电力碳排放42.27亿吨,占全社会排放总量的43%。而电力部门实现碳中和目标的难度相对工业领域来说较低,所以被大家视为推动低碳转型的“明星”部门。根据中电联发布的《中国电力行业年度发展报告2020》,以2005年为基准年,从2006年到2019年,通过发展非化石能源、降低供电煤耗和线损率等措施,电力行业累计减少二氧化碳排放约159.4亿吨,有效减缓了我国二氧化碳排放总量的增长;其中,供电煤耗降低对电力行业二氧化碳减排贡献率为37%,非化石能源发展贡献率为61%,表明非化石能源将成为推动碳减排的主力。由史知今,未来电力系统落实碳中和目标依然要以大规模发展非化石能源为主。

在这样的背景下,本文对未来电力部门努力的方向和主要手段进行了简要梳理,如下:

1、可再生能源大规模并网

要实现2030的碳达峰,2060的碳中和目标,交通、工业等领域的化石能源会被电力大规模替代,这些增量需求主要将靠可再生能源发电来满足。据统计,到2019年底我国可再生能源发电装机达到7.94亿千瓦,其中,风电、光伏发电首次“双双”突破2亿千瓦;可再生能源发电装机约占全部电力装机的39.5%,同比上升1.1个百分点。有专家预测,2060年中国的电力需求可能会达到目前的三倍以上,超过20万亿度电,以年发电2000小时计算,需要100亿千瓦左右的装机,折算下来未来40年平均每年需要新增2亿千瓦以上的新能源装机。

德国是目前可再生能源大规模并网做得比较好的国家。2019年德国全年发电量中可再生能源发电量占比为40.1%。为做好可再生能源并网,德国进行了多方面探索。其中,在电网侧,德国做了大量工作。第一,优化电网规划、运行和建设,积极发挥电网消纳作用。第二,在规划中考虑了额外的弃电裕度,极大地降低了电网消纳可再生能源发电的成本。第三,减少电网运行的备用容量需求,挖掘和发挥系统的灵活调节潜力。此外,建立在德国以及全欧洲的灵活电力批发市场、零售市场,对于提升系统运行效率和可再生能源消纳非常重要。

对我国而言,做好可再生能源大规模并网要做好以下几方面的工作:

(1)通过电力数字化、电力新基建等建设更加灵活的电力系统,实现供需两端的深度互动;

(2)在提高系统运行效率方面深度挖潜;

(3)发展各种能源储存技术(抽水蓄能,电化学储能,能源与气体转换,能源与热力转换技术等);

(4)积极挖掘可再生能源之间互补的潜力(如大型水电站和光伏电站的水光互补);

(5)继续现货市场等电力市场建设和改革。

按现有中国的发展速度与经验,我们一定会提前达到“2060年前实现碳中和”这个目标,中国的新能源行业的发展可能再一次给人们带来惊喜。

2、火电灵活性改造

火电的灵活性改造与我国新能源发展息息相关。当新能源在电网中的比例逐渐扩大时,对调峰电源的需求也逐渐升高,而对于以煤炭为主要一次能源的国家而言,高调节性的煤电厂就成为了最为现实的可行选择,而这也是国家推进煤电灵活性改造的主要原因之一。

当前,火电面临产能结构性过剩的风险,新能源面临极大的消纳压力,火电灵活性改造无疑是“一石二鸟”,可以同时解决这两个问题。提高火电机组灵活性还要考虑节能减排,要保证机组在实现安全、高效、清洁、经济的调峰能力的同时,又能降低污染物排放总量,最终真正实现灵活性改造的价值。

目前很多地区已经将火电灵活性改造提上了日程。例如,作为煤电大省的山西省能源局2020年4月发布关于加快推进煤电机组灵活性改造的通知,其中指出:原则上各集团煤电机组的调峰能力应与新能源装机容量相匹配,2020年底各发电集团煤电机组改造容量应不低于本集团的新能源装机容量。自2020年起,对于新投产的热电联产机组,或改造为供热机组的现役煤电机组,应对机组实施灵活性改造,具备深度调峰能力。

3、电源侧储能

随着可再生能源大规模并网,储能无疑将迎来大发展,尤其是电源侧储能。近年来,储能成本迅速下降,尤其是2020年以来电源侧储能成本下降迅速。根据2020年以来的部分案例梳理,(1)风电配储能成本四个月下降三成左右:从2020年1月份最高2.549元/Wh到5月已经降到最低1.643元/Wh;(2)光伏配储能成本三个月下降近30%:2020年11月青海光伏竞价项目储能投标价格均价约1.134元/Wh,较7月份已经下降了约28.6%;(3)火储调频成本一年下降20%以上:2020年最低价5.14同比2019年最低价6.53。除电源侧储能外,在碳中和的要求下,电网侧和用户侧储能也会进入发展的快通道。

对于储能的未来,落基山研究所2020年发布的《零碳中国?绿色投资:以实现碳中和为目标的投资机遇》报告预测,在碳中和目标下,2050年,中国光伏和风电将占到电力总装机量的70%。相应地,电化学储能将由2016年的189MW增长到510GW,年均增长率达26%。另据中关村储能产业技术联盟(CNESA)的预测,保守场景下2021-2025年中国新型储能(除抽水蓄能外)复合增长率将保持在55%左右,2025年,中国市场储能装机规模将达到60GW,新型储能(除抽水蓄能外)市场的累计装机规模将超过20GW;理想场景下,2021-2025年中国新型储能(除抽水蓄能外)的复合增长率将超过65%,2025年,中国市场储能装机规模将达到100GW,新型储能(除抽水蓄能外)市场的累计装机规模将超过30GW。

从这些预测中可以看出,能源行业对储能的发展抱有很大的期待,其中电源侧储能可能伴随可再生能源的大发展成为近中期的亮点。

结语

总之,电力系统要做碳中和的排头兵,无疑要做好可再生能源大规模并网,火电灵活性改造、电源侧储能等也要同步跟进。当然电力系统非常复杂,本文仅是举了几个关键点,并未做系统性的分析,更多的问题留待未来继续探讨。

过去有专家认为绿色、经济性、安全性是能源领域的“不可能三角”(即这三点不可能同时实现),但是可再生能源发电、储能、电网等各方面的技术进步以及市场机制、商业模式的创新有可能使这个“不可能”变为“可能”。

未来充满无限可能。

(江晓蓓 冉泽)




责任编辑: 江晓蓓

标签: 电力系统 碳中和

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