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能源转型中我国电力能源的结构、问题与趋势

来源: | 作者: | 发布时间: 2023-12-13 | 746 次浏览 | 🔊 点击朗读正文 ❚❚ | 分享到:

  国际上通行用非水可再生能源(风力发电和光伏发电)占总发电量的比重来衡量能源转型的进展,因为风力发电和光伏发电既是未来新增可再生能源发点电主力军,同时也是对旧有电力系统冲击最大的可再生能源。如图5,中国、美国、印度、加拿大、日本等国,其总发电量中风光电份额还不到10%,都属于能源转型的初级阶段。

  从能源转型趋势看我国电力能源的结构问题

  认识电源结构存在的问题,需要有一个潜在的评价标准。也就是说,用什么标准去评价某一个特点到底是优点还是问题。必须从能源转型的趋势和逻辑角度去思考电力能源结构,甚至当前电力系统的全部问题。

  能源转型对电力行业的影响

  本次能源转型是应对气候变化所推动的,最终目的是大幅减少人类活动的二氧化碳排放,抑制全球变暖趋势。能源转型是影响包括电力行业在内的所有能源行业未来50年最基本和持久的因素,对电力行业发展方向、商业模式和电力体制都将产生深远影响。

  能源转型的趋势。通过逐渐降低能源生产和消费中所产生的碳排放,逐渐建立一个基于零碳能源的能源系统。转型的核心任务就是推动目前以化石能源为主导的能源系统,转向以可再生能源为主导的能源系统。

  能源转型的两个支柱。从各国实践看,低碳到零碳能源的实现,一是依靠大力提高能源效率,减少化石能源消费总量;二是大力发展可再生能源。而转型的关键是能源系统的转型,其中电力系统转型是关键之关键。

  对电力行业的影响。能源转型的要求具体到电力行业,其影响主要表现为两个方面:发电、电网和用电环节的低碳化;二是整个电力系统的数字化,用数字技术来适应能源转型过程中的挑战,更好地适应用户的需求变化。

  当前电力结构存在的问题

  从低碳角度谈电力结构的问题,自然会提到火电比重太高等问题。但笔者认为,这只是我国电力行业的阶段性特征,因为火电比重近年来的确在持续下降,非化石能源装机和发电量稳步上升。而以煤为主的能源结构,不可能快速跨越到以低碳电力为主。

  首先,我国电力系统灵活性差是根本问题,远不能满足现阶段能源转型的要求。

  随着带有波动性特点的风光电比重的上升,必然要求电力系统以更高的灵活性来应对这种波动性。根据欧洲的经验,提升现有电力系统波动性的常见方法有如下五种:

  一是提高除风电和光伏之外其他发电厂的灵活度。包括对燃煤发电机组进行灵活性改造,降低最小电厂功率,提高最大负荷梯度增加,缩短开机时间等;热电联产发电厂可以将热能导入储能系统或集中供热网络,可以扩大其出力的调节范围。

  二是加强区域电网的互联互通,发挥相邻电网的“间接储能系统”作用,优化资源利用,减少系统总体成本。

  三是提高电力需求侧的灵活性,主要是综合运用储能、热泵、电动汽车、智能电表等技术手段,提高负荷的可调节性。

  四是发展可再生能源供热、增加储热装置,增加电厂灵活度。与储电相比,储热在技术上更加易于实现,成本也相对要低廉得多。

  五是在生产侧、电网侧和用户侧采用储能技术,提高这些环节灵活性。

  目前,除了煤电机组的灵活性改造,电化学储能成本高之外,其余四种途径在我国都因为存在各种障碍,要么没动作,要么效果非常有限,导致目前电力系统的灵活性还是很差。当然,更重要的是多年来电源开发与电网规划不匹配,因而才出现了处于能源转型初级阶段、风光电无法上网的比重高企的局面。

  其次,火电机组的大型化与电力系统灵活性的内在矛盾。

  目前,很多电力政策思路基本上不考虑能源转型的影响。最典型的就是电力行业节能减排和淘汰落后产能的政策中一直推崇、并被推广到其他行业的“上大压小”政策。此后,关停小火电机组的标准不断提高。目前,已经要求20万及其以下千瓦火电机组必须关闭,并鼓励上大机组。据统计,60万千瓦及其以上火电机组占全部机组的比重已经占到44%以上。

  然而,不断提高火电机组规模,本质上不利于提高电力系统灵活性。因为随着可再生能源发电机组比例的进一步提高,火电机组未来将从基荷电源转变为备用电源。也就是说,在风光电发电高峰,大量的火电机组就要停下来或者低负荷运转让风光电机组优先发电;当风光电出力掉下来时,火电机组要马上顶上去。这就要求火电机组有足够的灵活性。显然,机组规模越大,灵活性越差。而且,60万千瓦的超临界机组如果低负荷运行,煤耗和排放都要大幅度增加,节能减排的目的也无法完全实现。

  第三,输网强、配网弱的电网结构无法适应用户侧变革的需要。

  能源转型对电力系统来说,至少会产生两个重大的方向性变化:一是随着大量分布式光伏、小型生物质电站、多能互补的微电网等在用户侧出现,电力系统电能将从生产端向消费端的单向流动,转变为双向流动(用户端也生产电能——即产消者,prosumer);二是电网从纵向一体化的集中式电网向分布式扁平电网转变。

  这两个转变,都需要一个数字化、智能化水平高和本地平衡能力强的本地配电网。无论是出于大量小型的分布式电站“集成”的需要,还是大量储能设备、电动企业等分布式接入对配电网优化运行和控制的需要,加快实现配电网转型都迫在眉睫。