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中国电科院陈志磊:氢能规模化发展 破解新能源消纳难题

来源:北极星氢能网 日期:2021-06-04 16:03:00

“国内对于氢的需求量不断地增加,氢的技术瓶颈逐步地一项项被突破,新能源的渡江成本持续地下降,同时再加上相关政策的辅助,这几个边界条件的约束之后,以新能源发电制氢的产业方式来实现双碳目标,缓解新能源消纳是可行的,随着氢能成本的下降和技术的提升,新能源制氢如果用氢发电这也是一条路。”中国电力科学研究院陈志磊在SNEC国际储能和氢能与燃料电池(上海)技术大会上的发言。


陈志磊:大家下午好,我还沉浸在徐局长的演讲当中,我提议再次把掌声送给徐老。徐老也讲了,氢能是解决目前能源问题非常重要和有效的手段,结合电力系统来讲,现在的电力系统的运行遇到了比较大的问题,因为目前风光这样的新能源在高歌猛进地快速发展,给传统的电力系统带来了巨大的挑战。双碳刚才不断地提到,我们国家提出了双碳的目标,对于能源来讲,是巨大的挑战,但也是非常大的机遇。


双碳之外,我们国家还提出了构建以能源为主体的新型电力系统的目标。今天我就跟大家一起分享一下如何在这样的背景下,氢能如何发挥作用,能跟电力系统相结合,有效地解决新能源目前遇到的消纳问题。


这是今年一季度的数据,来自于国家新能源消纳检测中心的数据。从数据上来看,实际上一季度全社会用电量同比增长21%,我们经济在强劲反弹密切相关,全国光伏发电利用率已经达到了97.5%,跟三年前五年前比弃光率降低了很多,有技术元素,很大程度上是管理上带来的作用。整个弃光电量下降了1.1%,由于去年底很多省份出现了抢装的情况,从电网的角度讲,为了应对新能源的发展也是在加快输电通道的建设。以去年青海青域直流为例,青域直流是百分之百新能源输送为目标的特高压线路,去年产生了抢装的现象,给我们消纳带来了压力,消纳和装机密切相关,不仅仅是一个电力输送的问题。


从消纳来看,新能源风电光伏在三北地区,我们只能采取集中开发,远距离输送的方式,当然现在分布式也在非常快的发展,但是前期我们奠定下来的基础也就造成了现在电网的问题。电源分布主要在三北地区,负荷在中东部地区,电网和负荷的关系是通过了许多特高压直流和交流线路,把我们的能源从西部能源基地向中东部基地输送,这样就会受限于电网安全平衡的问题、输送问题,之前有严重消纳问题的出现。


随着新能源规模化的发展,压力会越来越大。因为我们的双碳新目标出现,提出会让光伏更快速地发展。之前一直用爆发式增长,后续可能是更爆发式的增长,对于电网运行来讲,可能面临的风险会更大。之前大家都说电网很安全,国内电网这么多年没出过事,最近十年各国家都发生了大电网的运行故障和大事故,有些近两年因为新能源造成的事故扩大。我们国家电网一直相对来讲比较稳定,但是稳定的力度随着新能源的发展也是逐步地被吃完,电网稳定力度逐步地缩小,当稳定力度降到极限的时候,就安全不下来了,这个时候我们的网源怎么协调?这么多年发展下来,我们的新能源装机不断地增加,但是我们的电网支撑能力并没有增加,反而降低了。在这种背景下,这些新能源要如何消纳?如何给电网争取时间?我们现在要构建以新能源为主的新型电力系统,这个过程个人认为不是只看网的变化,而是源网荷都要朝一个方向变,不是电网适应电源,也不是电源适应电网,而是要源网荷朝着共同目标去变,这样才能以最快速度实现我们的目标。


谈到消纳,我们要知道到底消纳是什么?消纳从两个层面讲:第一就是规划层面,在一定水平年,电网规划、电源建设、负荷预测,以及整个系统运行方式的确定条件下,考虑电力系统的安全性和经济性,判断能够适宜安装新能源的装机量是多少,这是一个能装多少的问题。实际上我们现在遇到的问题是在之前埋下的隐患,我们几年前新能源大发展的时候,大家扎堆建,资源好的地方就建电站,但是建完之后能否消纳掉,这在当时并没有非常好地考虑这个事情。所以,也是因为在规划层面没有做好,也给我们现在消纳的问题产生了一定的影响,并不是说装多少,就能消纳多少,而是之间一定要寻求一个平衡,选到最好的点。第二个层面就是运行层面的问题,在一定条件下理论上我的新能源能够发出多少,一个是装多少的问题,一个是发多少的问题。从这两个层面,两个约束条件再去谈消纳。


如图,蓝色是新能源理论上可以消纳的电力,红色的框是电力系统运行受到的约束条件,只有在两者交叉的部分才是我们可以有效消纳的新能源的发电量。所以我刚才为什么说双方一定要相向而行,电源要撑起它该有的责任,新能源成为第一大电源,风电成为第二大电源。从电力系统角度讲,也要改变已有的运行方式,向着电源的方向去走。也就是说,源根网一定要相向而行。


谁来消纳新能源?电网吗?不完全是。消纳新能源、消纳电源主力军一定是负荷,只有负荷才能消纳能源。电网是什么?电网只是架起一个桥梁,把源和荷连起来,所以电网并不是消纳新能源的主体。所以源和荷一定要在网的约束条件下,尽可能以最低的经济成本,最安全的先决条件实现源网荷的平衡。前面两位领导提了,前面是源网荷主径,再几个进去阵容会变得更强大。


消纳是有主体和指标,也有条件和时长的。最近大家越来越达成共识,对消纳这个事情理解得越来越透彻,很多情况是屁股决定脑袋,你所处的位置决定你思考的方式,我们要跳出来,一定要更高层面看,一定要在更高纬度上看这件事情,才能把这个事情的焦点找到,而不是一直说是源的问题,还是网的问题,还是负荷的问题。我们现在在尝试负荷可调,三家都可调,这样才能做到最大限度地平衡。


新能源消纳的关键跟下面四个方面有关,一个是电源结构。灵活调节的电源实际上在全世界来讲我们是很低的,只有6%的装机是灵活调节的电源。电网传输能力首先是它的电网运行控制方式,包括现在分布式微网,包括多能互补的出现和广泛的应用,也会对消纳产生影响。负荷的特性,负荷是不是躺平不动,我相信未来负荷也要改变它的角色,负荷一定要跟网互动,可调负荷。新能源自身的特性不说了,它本身就是造成我们消纳很大的主要原因。如何破解新能源消纳的问题?有新能源布局的优化,在更好的地方去建点电站,消纳好的地方建光伏和光电。我们压低技术出力,提高新能源预测的精度,加强电网通道的建设,加强输送能力。需求侧的灵活性加强,就是负荷的可调,最重要的是增加储能。电未来不是即发即用,这个观点我是同意的。电可以存储,实际上为什么现在到新能源发展会提储能,把储能提得非常高呢?可能大家没有意识到这样一个问题,实际我们的常规机组都是带储能的,只不过能量处在煤炭当中,除在汽轮机当中,它也是带储能的电源,只不过新能源先天就没有,所以我们现在把储能提到很高的告诉,我们的电源实际上一定是配储能的电源,才有更大的灵活调节的空间。今天是氢的主题,所以氢作为储能当中非常重要的形式,未来也是实现新的能源结构转型的重要手段。


前面一部分谈了为什么要破解新能源消纳的问题,这么多年发展下来,整个新能源的局势跟电网的发展,中间已经出现了一些脱节,电源建设和电网的建设,以及电网的调度运行的条件发生了脱节,这中间就需要一个缓冲,需要电源做一些改变,给电网的改变争取一些时间。新能源建设一个光伏厂站的建设三五个月,一条特高压线路的建设三五年,所以时间尺度上不匹配,硬要捏在一起让它们匹配,必须有储能的加入,双方互相争取时间。所以氢能就有它的用武之地了。


氢能不是我的专业,我的专业是电网,但是最近氢能很热,我也在学习氢能。这里面氢能也经过了几个节但,实际上到现在为止氢能才真正到了它发展的最佳机遇期。如图,我们要建立一个健全的氢能产业链,产业链怎么建,需要我们在座各位同仁一起努力,一起思考。


另外氢能也是能源转型的本征诉求。氢能的特点来源广、零碳化、可再生的二次能源,宜大规模存储,氢相对很安全。目前为止没有听说哪一个储氢站出事,氢的优势就展现出来了,而且氢影响广泛。全球各国发布了对于氢能产业政策,我们国家40多个地方出台了相关的政策。这是氢能供需的一张图,到2025年总体的需求八千多万吨,到2030年整个氢的需求量可能到1亿吨的需求量,所以过程当中绿氢的占比不断攀升。这是国内对于2030年氢能的需求也会有一个大幅的抬升。


另外,可再生能源平均度电成本在不断地下降,风电、光伏成本可以说比十年前下降了70%和80%的幅度。虽然最近新能源光伏价格有点反弹,但是我觉得这只是历史大趋势当中的一个小的波动,价格的下降一定是大趋势。所以,可再生能源度电成本的下降也给我们绿氢的生产在经济上提供了可行性。


绿氢的供给慢慢会成为主流,包括综合能源,综合能源区、综合能源小镇,个人认为未来在实现双碳这条路上,完全以电能替代到底可不可行,这个值得商榷,所以一定是多种清洁能源方式的共同努力,才能最快地实现双碳的目标。


如图就是风光的成本,风电大概70%,光伏下降的比例是非常大的。综合前面讲的,一方面国内对于氢的需求量不断地增加,氢的技术瓶颈逐步地一项项被突破,新能源的渡江成本持续地下降,同时再加上相关政策的辅助,这几个边界条件的约束之后,以新能源发电制氢的产业方式来实现双碳目标,缓解新能源消纳是可行的,也是在座各位可以去深刻思考的一个问题,但是目前来讲新能源制氢如果用氢发电,目前的账算得不是太好,但是我相信随着氢能成本的下降和技术的提升,这也是一条路。另外把氢能回归它本能的资源属性。我觉得能够缓解目前的能源问题,能够对能源转型提供非常大的帮助。


对于双碳,对于国家的政策,对于氢未来怎么发展,我们怎么助力,怎么借力,我觉得还得多学习,谢谢大家!


(发言为北极星氢能网根据速记整理,未经本人审核)