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国家电投李鹏:构建新型电力系统的思考和建议

来源:国家电投日期:2022-01-10 10:13:11

深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统,是党中央基于保障国家能源安全、实现可持续发展、推动碳达峰、碳中和目标实施作出的重大决策部署,为新时期能源行业以及相关产业发展提供了重要战略指引,有利于加快我国构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系步伐,推动经济社会绿色转型和高质量发展。


(注:本文出自中国能源研究会“‘十四五’能源发展与大气污染防治及应对气候变化目标协同研究”项目)


一、新形势下新能源发展的历史机遇以及电力系统面临的挑战


当前,我国正处于工业化后期,经济对能源的依赖程度高,而我国能源消费以化石能源为主,2020年化石能源占一次能源比重达84%。碳达峰、碳中和目标下,我国能源结构将加速调整,清洁低碳发展特征愈加突出。


(一)碳达峰、碳中和目标推动新能源向“主体能源”转变


随着经济社会的转型发展和能源利用效率的不断提升,能源消费总量将会在碳排放量达到峰值后逐步下降,但电能消费总量一直呈上升趋势,预计将从2020年的7.5万亿千瓦时增长至2060年的15—18万亿千瓦时。


新能源将迎来跨越式发展的历史机遇,成为电能增量的主力军,实现从“补充能源”向“主体能源”的转变。预计到2030年,风电、光伏装机规模超16亿千瓦,装机占比从2020年的24%增长至47%左右,新能源发电量约3.5万亿千瓦时,占比从2020年的13%提高至30%。


2030年后,水电、核电等传统非化石能源受资源和站址约束,建设逐步放缓,新能源发展将进一步提速。预计到2060年,风电、光伏装机规模超50亿千瓦,装机占比超80%,新能源发电量超9.6万亿千瓦时,占比超60%,成为电力系统的重要支撑。


(二)新型电力系统面临的挑战


新能源具有典型的间歇性特征,出力随机波动性强。以电动汽车为代表的新型负荷尖峰化特征明显,最大负荷与平均负荷之比持续提升。发电侧随机性和负荷侧峰谷差加大将对传统电力系统造成较大的冲击,要实现构建以新能源为主体的新型电力系统愿景目标,我们还需要应对以下问题:


一是电力系统的可靠容量不足。风电、光伏因其自身出力特性,可靠性偏低。经研究,到2030年,在全国范围内相对均匀分布的情况下,新能源装机超10亿千瓦,每年将有30天以上出力低于装机容量的10%,置信容量仅为1亿千瓦。


假设峰值负荷约18亿千瓦,水电装机5亿千瓦,可靠容量约3.5亿千瓦,核电装机3亿千瓦,可靠容量约3亿千瓦,风电、光伏可靠容量按1亿千瓦、其他可再生电源可靠容量按0.5亿千瓦估列,再考虑可中断负荷及电动汽车等可调节容量约5亿千瓦,那么电力系统可靠容量缺口约5亿千瓦,也就是说,对于稳定电源(火电)的需求仍有5亿千瓦。


二是传统大电网难以满足未来电力输送需求。长期以来,我国能源资源与负荷呈逆向分布,大电网是连接三北地区等资源区与中东部负荷区的重要途径。但随着经济社会的发展,各地区用电量需求与日俱增,预计到2030年,仅广东、福建、浙江、江苏和山东五省的全社会用电量就将达到3万亿千瓦时,未来可能会达到5万亿千瓦时。


如果绝大部分从三北地区远距离输送,按照80%的比例测算,送电规模将达到4万亿千瓦时,这就需要建设约100条特高压送电通道,且每条特高压不受电磁环网制约,全年满功率运行,无疑这将难以实现。


三是电力系统转动惯量以及长周期调节能力不足。光伏发电利用半导体的光电效应将光能转变为电能,无转动惯量,风力发电转动惯量也严重不足,因此,当电力系统中大量的新能源机组替代常规电源时,系统频率调节能力将显著下降。另一方面,目前的电化学储能等技术只能解决电力系统的短期调节问题,且受成本等因素制约,月度调节和季度调节还存在很大障碍。


而氢能、CCUS等技术在一定时期内很难取得突破性进展实现大规模应用,当局部地区出现极端天气状况时,高比例、大规模新能源的电力系统将面临长周期调节能力不足的挑战。


二、新型电力系统的内涵、特征与关键技术展望


新型电力系统以新能源为主体,贯通清洁能源供需各个环节,有利于体现清洁电力的多重价值,促进经济社会低碳转型,是推动能源革命落地的创新实践。


(一)新型电力系统的内涵


新能源成为主体能源只是新型电力系统的基本特征,它有着更深刻的内涵。


首先,新型电力系统是贯通清洁能源供给和需求的桥梁。构建新型电力系统的本质,是要满足高占比新能源电网的运行需求,通过打通能源供需各个环节,实现源网荷储高效互动。


其次,新型电力系统是释放电能绿色价值的有效途径。新型电力系统有利于清洁能源的优化配置和调度,通过绿色电力能源中介,引导能源生产和消费产业链的绿色转型,实现电能绿色价值顺利传导至终端用户。