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【碳观点】坚持系统思维探索构建新型电力系统实现双碳目标的路径和策略

2021-08-02  赵智刚001

构建新型电力系统,实现“双碳目标”是一场深刻广泛的经济社会变革,涉及社会的方方面面,需要坚持系统思维、立体思维方式从战略上理清各种关系,认清环境条件,明确发展路径,制定最佳策略。

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7月16日零碳讲堂邀请到西南电力设计院原副总工吴安平先生 ,以《坚持系统思维探索构建新型电力系统实现双碳目标的路径和策略》为主题,解读新型电力系统的基本特征和发展趋势、深化电力体制改革提供体制机制保障等内容,与大家线上进行了分享与交流。以下为文字实录摘要。

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一、传统电力系统正面临颠覆性变革

1、传统技术路线基本被摒弃

传统电力系统的发展路线是:机组容量越来越大、电源越来越集中、电压等级越来越高、输电距离越来越远,电网“立体化”、集中化、同步化程度不断提高。新型电力系统的发展路线是:以分布式开发为主,海量小型、分散的电源,主要接入配电网,电网趋向扁平化、分布化、网格化。

2、电网技术特性发生质的变化

(1)“两高”导致“两低”:系统转动惯量和系统短路容量逐渐变小。

(2)电网形态由以交流同步发电机主导的交流电网,变为拥有高比例变流器的交直流混联电网。

(3)电源出力具有波动性和间歇性特性。

3、储能成为与电源、电网、负荷并列的第四要素

 传统电力发供用同时完成的特性正在部分被改变。各式各样的储能设备和储能系统,创造了电力电量平衡的新模式,如电动汽车的充放电。

4、输配电网的关系发生根本性变化

输电网处于中心枢纽地位,类似一个“大蓄水池”,配电网和微电网围绕其四周,像无数 “小蓄水池”。配电网成为重要的平衡力量,输配电网间形成双向互动互助、协调共生的关系。

二、 树立能源转型是一场“人民战争”的思想

1、五个基本认识:

(1)能源转型是系统性的经济社会变革,改变的不仅是生产和消费方式,也包括经济结构、生活方式,以及人的思想等。

(2)各行各业都存在碳排放:大约电力系统占41%,交通占28%,工业及其它行业占31%,实现“3060”目标需要全社会共同努力。

(3)风能、太阳能密度低,分布广泛,适合分布式开发利用,越来越多的消费者将同时成为生产者,人人参与,必然滴水成河,聚沙成塔。

(4)节能增效是实现双碳目标的首选路径,必须提高全体公民的节能创新意识,形成与时俱进的节能文化,才能收获丰硕的节能增效成果。

(5)我国从碳达峰到实现碳中和的时间,比西方发达国家短得多,任务艰巨,需要充分挖掘和发挥各行各业的智慧和力量。

2、四个基本要求:

(1)政府是领导者、组织者和协调者。省、市、县政府必须主动作为,扛起责任,制定本地区实现双碳目标的路线图和实施方案。

(2)新型电力系统要把服务全社会的能源转型作为自己的责任,向社会公平开放;同时不片面强调电能替代,避免电力唱独角戏。

(3)各行各业都必须研究制定自己的碳达峰、节能降耗、实现零碳或近零碳排放的阶段目标和具体措施,争做能源转型的先锋。

(4)建议将我国政府向全世界作出碳达峰和碳中和承诺的日子,即每年9月22日确定为国家“绿色能源日”(能源转型宣传日)。

三、实施可再生能源“农村包围城市”战略

1、农村新能源开发具有先天的优势

除土地资源可供风电和太阳能开发利用外,还有丰富的生物质资源,可直接用于供热,或生产沼气,或以热电联产方式进行利用等。河南省兰考县的经验证明,大部分农村可做到能源基本自给,有的还可以向城市提供富余电力。

2、生物质能源开发潜力巨大而且不可或缺

生物质能、太阳能、风能即是解决农村能源问题的三驾马车,也是我国实现碳中和的主要依靠力量。如果没有农村可再生能源资源充分、深度的开发,实现碳中和目标是不可想象的。

3、乡村振兴和农村现代化的新途径或突破口

未来将有越来越多的农户,成为新能源的“产消者”。农村将诞生一个新的产业:绿色能源产业(“绿能业”),它将与种植业和养殖业并列,成为农村新兴的第三大产业。

四、优化电网分区规模,实行分而治之方针

1、欧洲能源转型成绩显著

截止2020年底,多数国家新能源发电量占比已接近或超过40%,其中德国等国达到或超过50%,丹麦达到80%,到2050年各国均可实现碳中和。

2、欧洲电网分而治之经验

一是各国电力以自平衡为主,与周边国家的电力交换基本上是盈余的调节互补。二是新能源开发的基本原则是“分布式为主,就近开发优先”。以德国为例,新能源80%以上接入配电网,其风电机组星罗棋布遍及全国。

3、我国电网分而治之的基本模式

省级电网是基本的分区平衡单元,发挥基础性、决定性作用;区域(同步)电网扩大平衡范围,调节盈余,提供包括调峰调频在内的后备和援助;全国互联电网跨区远距离直流输电,向不能自平衡的省电网主要补充基荷电力。

4、关于同步电网的规模和数量

新增云南、川渝两个同步电网,数量由6个变为8个,优化了南方和华中电网结构。华中和华北电网应尽早恢复为两个同步电网运行。我国今后同步电网数量只会增加,不会减少;

五、推动电网向柔性化数字化转型

1、柔性化和数字化是新型电力系统的本质要求

 “两高两低”的特征,决定了新型电力系统的安全稳定运行,需要建立在柔性化和数字化的基础上。柔性化是数字化的基础,数字化是柔性化的保障,两者相辅相成。所谓智能电网或高弹性电网,其实就是柔性化与数字化完美结合的电网。

2、柔性化体现在各个环节

发电环节:抽水蓄能以及其它灵活的调峰调频电源和装置。

输电环节:柔性直流和柔性低频交流输电技术应用。

用电环节:需求响应、电动汽车参与电网削峰填谷、分布式电源和小微电网与电网双向互动等。

3、柔性直流技术大有可为

汤广福院士认为,“在以新能源为主体的新型电力系统中,必然会有以柔性直流为主导的先进输电技术的大量应用。将来的电网形态应该是以柔性输电占据重要地位的新一代电网。”

4、数字化是柔性化充分发挥作用的重要保障

面对海量的发电单元、频繁波动的发电出力、极具个性化的用户,遍及全网的储能设施,电网需要通过数字化提高识别系统状态的速度和精度,以便做出相应精确的响应和安排。

5、数字化使电网可见、可知、可控

新型电力系统是一个信息物理系统,5G、大数据、云计算、物联网、移动互联网、人工智能、区块链等现代计算机信息技术,与电力系统的必要融合,将大幅提升电网“可见、可知、可控”水平,以及计算能力和安全保障能力,支持海量新能源无障碍接入电网。

6、交流特高压不利于电网的柔性化发展

交流特高压推动的电网发展方向与新型电力系统的发展趋势背道而驰。随着更多煤电机组退出,交流特高压电网的潮流将越来越轻,不仅利用率低下问题更加凸显,而且进一步恶化电网运行条件。为限制事故范围减小安全风险,需要优化电网规模,交流特高压工程的存在妨碍电网的优化调整。

六、明确氢能的战略地位和发展思路

1、氢能的基本定位

化工、冶金等行业深度脱碳的重要支撑;提高新能源利用率和电网柔性化程度的有效途径。

2、氢能产业存在的主要问题

绿氢的生产、储存、运输、利用技术基本还处于创新成熟阶段;氢气储存和运输的安全性、经济性尚未找到理想的办法;电解水制氢成本较高。

3、我国氢能产业发展的基本思路

战略引领、敢于创新、有序发展:制定国家层面的氢能发展战略规划和顶层设计,统筹、协调各地的氢能发展,基本做到核心技术自主可控,技术创新成熟与终端市场开发相匹配。

4、新型电力系统的特殊任务

为绿氢的生产提供经济可靠充足的绿色清洁电力,同时利用氢能提高电网柔性化水平,是新型电力系统构建的题中之义,或者说历史使命。

七、深化电力体制改革提供体制机制保障

1、以深化电力体制改革为先导

“深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统”, 是中央财经委员会第九次会议为实现“3060”目标而提出来的,两句话是一个整体,其内在逻辑告诉人们,电力体制改革不到位,新型电力系统难以顺利构建起来。

2、现行电网体制不利于新型电力系统构建

(1)不利于形成比较竞争机制,弱化创新活力

(2)不利于实行因地制宜分而治之方针

(3)不利于分布式电源的充分发展

4)不利于充分发挥中央和地方两个积极性

(5)不利于解决新型电力系统构建中产生的矛盾

八、充分发挥电力规划的引领作用

1、电力规划管理体制也需要改革

电力规划是政府的职能,目前的电力规划管理体制存在政企不分问题,难以保证规划的科学性和权威性。

2、电力规划管理体制改革三种设想

(1)取消国家电力规划研究中心,所有电力规划研究机构地位平等。

(2) 在国家能源局内设立国家电力规划研究所(室),队伍少而精。

(3) 如果输配分开,国家电力规划研究中心可归入国家输电网公司。

3、需要重点研究的规划课题

汤广福院士认为:“在新型电力系统构建的大背景下,原来电网规划的发展思路将不可持续。如果依靠顺其自然的渐变,许多建设将来可能要推到重来,那样代价会非常大,是不合适的。”

  在构建新型电力系统大背景下, 开展以下规划课题研究非常必要:

(1)煤电和天然气电建设的基本原则和退出路径规划

(2) 核电的发展布局和西藏水电的开发原则

(3) 中东部地区可再生能源高比例自给规划研究

(4) 各省或各区域新型电力系统的构建模式和特点研究

(5) “十四五”及中长期柔性直流输电发展应用规划研究

九、 碳达峰前需要做好六项重要工作

我国能源转型分碳达峰和碳中和两个阶段,碳达峰前,需要全面做好以下准备工作:

1、体制机制准备:将电力体制改革进行到底,以革命的精神破除一切束缚新能源生产力发展的障碍,建设公平公正、有力有效的电力市场。

2、规划研究准备:与时俱进,创新电力规划理论,以构建新型电力系统为目标,深入研究各项课题,提出符合各地实际情况的路线图和“施工图”。

3、技术创新准备:以更大的决心和投入,营造更好的竞争氛围,推动储能、柔性输电、光伏发电、氢能产储输用等技术进一步创新突破。

4、公民素质准备:增强民众的参与意识、节能意识、市场意识,提高民众对电价按市场规律波动的承受能力。

5、经济实力准备:确保社会财富持续增长,为构建新型电力系统,实现能源转型提供坚实的经济基础。

6、试点示范准备:培育各行业、各地区新能源开发利用以及零碳排放典型,并总结经验为大规模推广创造条件。

编制整理:零碳讲堂

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