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清华大学能源转型与社会发展研究中心何继江:构建以新能源为主体的新型电力系统

发布日期:2021/10/25



   “共话新能源,发展新未来”。2021年能源思享汇于10月25日在杭州隆重开幕。大会以“可为与有为”作主题,聚焦新能源现状发展,共话新能源未来趋势。


     清华大学能源转型与社会发展研究中心常务副主任何继江为本届思享汇分享了《构建以新能源为主体的新型电力系统》的主题演讲。


     以下为演讲内容:


     新型电力系统究竟“新”在哪里?


     行业的关键数据


     我国2020年全国电力的二氧化碳强度为574克/千瓦时,我国的煤电在800多克的水平,2018年是841克,就全球而言,我国处在较连续的位置,比我国碳强度高的国家不多,排在最中国的是挪威、瑞典、法国,这几个国家的每度电的碳排放低于100克。


    德国和我国能源结构比较像,煤电比重比较大,2019年的度电碳排放是401克,我还选了一个今年4月1日到14日这14天的实时碳强度的数据图,4月5号这一天风电很大,光伏也还可以,当时的中午碳强度最低时不足200克,有一天基本没什么风,早晨天亮之前还没有光伏时,度电碳排放最高到达500克的水平。


     英国的数据,在碳强度上英国有三个数据,去年以4月5日下午1点钟是39克,5月24日这一天是46克,5月这一个月的电力碳强度是143克,这是英国电力系统最关键的几个数据。


     新能源的占比,太阳能光伏出现了最高比例34%,8月26日出现了最高59.9%的最高比例,这几个数据现在国内没有办法拿到准确数据,需要跟国家电网的有关部门协调才能过很长的时间才能拿到数据。英国2020年累计没有煤电的时间超过5147小时,连续有1630个小时没有煤电。


     英国的这几个指标对标我国的先进电力系统非常有意义,第一,我们新能源发电的电量到2030年可再生能源是否可以接近50%,度电碳排放是否能接近400克的水平,在500克以下。装机量,我期望是达到新增12亿千瓦以上,不仅仅是达到12亿千瓦。英国电力系统的数据变化,在过去九年间,英国煤电比重从43%降到了1.6%,有一部分是天然气替代的,替代比例有百分之十几,主要是由风电替代的,风电去年达到了21.56%,还有生物质7.66%,还有光伏大约13%。下一步英国还要继续用可再生能源,风电与光伏来替代现在的天然气发电。


      德国电力系统的情况


     德国去年可再生能源占比在电力系统当中的占比为45.4%,德国的调峰,在右边的两张图可以看出,它的硬煤发电,褐煤发电和天然气发电做了重要贡献,虽然德国的抽水蓄能调峰很充分,但只有6.8GW的处理性能,贡献量很有限。


     目前,德国电力系统中的调峰能力主要来自传统化石能源电厂,硬煤和褐煤电厂合计提供的调峰能力达到抽水蓄能电厂的2.5倍;


     天然气电厂调峰的深度反而没有煤电高,这个结论就是在中国煤电也可以做更多的数据。


     丹麦的再生能源,不考虑水电和生物质,他们没有水电,生物质发电很稳定,算变动率比较大的风电与光伏,这两个数据在2019和2020年的数据占到了50%,这是现在全球电力系统当中可变可再生能源占比最高的国家。同时,丹麦的火电量是在下降的。


     在未来的新型电力系统当中,可再生能源的资源量不是问题,风电与光伏的资源量都不是问题,这一点我们非常确切。第二,可再生能源的价格也降也不是问题,今年光伏的价格在大幅度上涨,但我们分析在大规模的硅料产能释放之后,价格还会继续走低,所以平价也不是问题。

     当光伏中午把所有的负荷吃掉以后,给电力系统带来了挑战。而这样的挑战,我们认为可以通过一个灵活性能源的系统来提供。这样的一个灵活性资源,包括电力储能、热力储能、氢能以及交通系统所提供的灵活性,电、热、交通、需求侧都来提供灵活性。


     水光互补能给电力系统既提供大规模的可再生能源,又提供灵活性,比如我国的龙羊峡水电站水光互补,现在是配置了850兆瓦光伏,下面还要配置配置更多的风电与光伏。


     欧洲立陶宛在抽水蓄能电厂的上库要建设200-250兆瓦的光伏,所以也强烈建议,中国下一步要建设的所有抽水蓄能都可以考虑在上库建设光伏项目,漂浮式光伏,已经土地资源已经被占了,为什么不一次性建设更好的光伏呢?


      燃煤电厂提供灵活性可以配置风电与光伏,向电网公司和地方政府积极协调,现在用电厂自己的灵活性作为电力系统的灵活性,建设风电与光伏。


      最近陕西向河北南网审批了3GW的光伏项目,其中2GW由国家能源集团获得的,因为这个项目获得了灵活性而得来的。


     如果中国的燃煤电厂都用这种思路积极配置风电与光伏,那电力系统所能消纳的风电与光伏有很大的量。


     现在在北欧、芬兰、瑞典、丹麦等国,所有的热电厂绝大部分配置了储热罐,因为还有相当多的热电厂配置了热泵或电锅炉,热电联产的电厂就提供了相当大的储热能力为电力系统提供灵活性,而储热的价格要远低于储电。

      电力市场提供灵活性,在欧洲最具代表性的是北欧电力市场,从挪威起家的电力市场扩张至挪威四国,现在已经在欧洲的15个国家提供现货市场进行日间交易和日内交易,而这样一个电力系统为欧洲的可再生能源提供了非常大的灵活性,通过扩大联网调节余缺,使水电和风电等电源间实现很好的互补,还有电价价值,电价可高可低的变动价值大大提高了电力系统的灵活性。


     过去几年我国电力系统的建设的障碍很多,前几年甚至是一个单边降价的电力市场,最近我们电力市场的建设加速了,《关于进一步深化燃煤发电上网电价市场化改革的通知》已经出来了,全部的工商业电量要上网交易,这对电力市场带来了很大的契机,这就给电力系统带来了很大的灵活性。


     现实中有一些潜力,还有一些未来的潜力,比如电动汽车提供灵活性。德国欧瑞府园区有一组光伏充电桩,可实现在智能调控用中午的光伏来充电,这样就消解了光伏中午并网的上网情况。


      还有近零能耗建筑在欧洲越来越多,在我国也越来越多,这些光伏或是消解了建筑本身的用电量,瑞士配置了很大的储能使建筑向电网要电的比率大大降低,为整个系统提供了灵活性。


     能源互联网的案例是我们浙江企业艾罗能源在英国卖光伏储能项目,其中有2800多套户用储能项目集合成了8.6兆瓦的虚拟电厂,为英国电网提供调频服务,这目前全球最大的户用储能调频项目之一。


     如果户用的光伏配了储能,再通过能源互联网组成了虚拟电厂,将为电力系统提供非常巨大的灵活性。


     还有一个可能性是氢能,欧洲有些建筑完全用夏天的光伏发电制成氢气储存至冬天给房子供电供热,且这个房子是离网的,用氢燃料电池做热电联产,氢能的方式既可以利用绿电制氢,并实现调峰功能,同时制出来的氢气可以作为燃料电池使用,家用或车用,也可以一部分并到天然气管网当中。


     另外还可以以化工的方式制成氨、甲醇、天然气实现长期储存或远距离的输送,氢气在未来就可以成为比较大的灵活性。


     现在来看,电解水制氢经济学比较长,但作为跨界储能的方式,为电力系统提供灵活性的技术路线还是比较明朗的。


     最后还是要强调一下,电力系统提供灵活性的核心首先要有大量的光伏与风电,今年是碳中和的元年,但今年的光伏看样子装机量达不到去年的水平,这件事对行业来讲是很诡异的事,还需要各方面一起做更大的努力。


     研究中心所倡导的每人一千瓦光伏,倡议或强烈建议中国要在2035年之前实现人均一千瓦光伏装机,共计14亿千瓦。农村人均5-10千瓦光伏装机,助力光伏扶贫和光伏养老。去年在山东装了20万户的光伏,户均光伏装机量达到了33千瓦,我们希望有更多这样的农村户用光伏出现。第三个方面是谈中和时,中国的光伏人均量会在6-8个千瓦左右,总量大约需要100亿千瓦。


    这是我们对光伏的期望。


     最后有几个建议,中国2030年的电力系统或我们要建设的新型电力系统,可以对标德国2020年去年的情况,我们认为当前解决电荒最重要的对策是大幅度新能源投资力度,而不是回到燃煤电力,虽然大家都看好光伏,但今年政府机关真正在屋顶上建了光伏的并不是那么多,也有几个,比如台州、海宁那边做的项目非常具有代表性,全国的市政机关、县机关、县政府都来这样做。


     要加大光伏的风电投资,除了分布式之外,还要有燃煤电厂充分发挥调节能力,做电力灵活性改造,配电风电与光伏,抽水蓄能电厂与水电厂来配建风电光伏项目,但不一定他们自己配建,而是他们将灵活性拿出来,由全社会一起建。


     风电电站强配储能,比例越来越高,是否将一部分强配,转换成弃风弃光率放宽一点?弃风弃光更合算,还是强配储能更核算,还是一部分的弃风弃光率放开,配一部分的储能,这是需要算经济账和系统账的。


      第三,现在分时电价、尖峰电价、现货市场正在不断地发展,我们有条件在十年之内比德国的进展更快。


     另外我们在这个基础之下,以建设消纳高比例风电光伏为目标的电力现货市场已循序渐进的建设,再加上中国的光伏要比德国便宜,中国的储能也比德国,比十年前要便宜,所以我非常有信心在2030年中国的电力系统的水平超过2020年德国的水平。


     最后给大家的一个祝愿,1949年在西北坡破党中央离开西北坡去北京时,毛主席留下一句话,一定要考出好成绩。


     今年3月15日习主席也在中央财经工作会议上强调,实现碳达峰、碳中和是一场硬仗,是对我党治国理政能力的一次大考。这是对党和国家的大考,也是对在座各位,在座企业家的发展机遇,祝愿大家考出好成绩,祝大家为中国的发展对全世界的生态文明做出巨大的贡献,谢谢!


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