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2021年9月29日,國際能源署(IEA)發布《中國能源體系碳中和路線圖》報告,在報告所描繪的路徑中,截至2030年的主要減排動力來自于提高能源效率、發展可再生能源和減少煤炭使用,同時指出我國二氧化碳排放的主要來源是電力行業(48%)、其次為工業(36%)、交通(8%)和建筑(5%),排放峰值越早到來,對我國按時實現碳中和的機會就越大。根據我國國情,其他碳排放占比較高部門,如工業部門、建筑部門、交通部門已積極推動節能提效和電氣化替代,但碳達峰時間存有較大不確定性。相對來說,電力部門是最容易實現碳達峰的重點部門,其盡早達峰對全國碳達峰的實現起到重要的橋梁和紐帶作用。
政策:加快發展新型電力系統,推動能源電力轉型
2021年3月15日,中央財經委員會第九次會議對能源電力發展作出了系統闡述,首次提出構建新型電力系統,同時為新時代能源電力發展指明了科學方向,也為全球電力可持續發展提供了中國方案。黨的二十大報告強調:“要積極穩妥推進碳達峰碳中和,深入推進能源革命,加快規劃建設新型能源體系”,這為新時代我國能源電力高質量躍升式發展指明了前進方向,提出了更高要求。
2023年1月6日,國家能源局就《新型電力系統發展藍皮書(征求意見稿)》(以下簡稱《藍皮書》)公開征求意見,意見指出,新型電力系統具備安全高效、清潔低碳、柔性靈活、智慧融合四大重要特征,其中安全高效是基本前提,清潔低碳是核心目標,柔性靈活是重要支撐,智慧融合是基礎保障,共同構建了新型電力系統的“四位一體”框架體系。
市場:需求持續走高,供給結構穩步轉型
電力需求:自2010年以來,工業化城鎮化進程不斷推進,經濟由高速增長轉變為高質量增長,電力需求持續增長!笆濉逼陂g,我國電力需求的增長速度仍然較快,年均增速為4.9%,其中,電能替代加速,電氣化率穩步提升,對全社會的電能需求起到了推進作用。國家能源局2023年1月18日公布的數據顯示,2022年,全社會用電量86372億千瓦時,同比增長3.6%。隨著國內能源消費結構的優化調整,技術進步、經濟發展等因素,未來我國電能需求仍將持續走高。
電力供給:根據國家能源局公布的“2021年度全國可再生能源電力發展監測評價結果”顯示,截至2021年底,全國可再生能源發電累計裝機容量10.63億千瓦,同比增長約13.8%,占全部電力裝機的44.8%;其中,水電裝機3.91億千瓦(抽水蓄能0.36億千瓦)、風電裝機3.28億千瓦、光伏發電裝機3.06億千瓦、生物質發電裝機3798萬千瓦。2021年,全國可再生能源發電量達2.48萬億千瓦時,占全部發電量的29.7%;其中水電發電量1.34萬億千瓦時,占全部發電量的16.0%;風電發電量6556億千瓦時,占全部發電量的7.8%;光伏發電量3259億千瓦時,占全部發電量的3.9%;生物質發電量1637億千瓦時,占全部發電量的2.0%。我國電力對燃煤發電增量電量形成有效替代,電力生產供應能力穩步提升,行業清潔低碳轉型加速推進。
挑戰:電力保供和新能源消納是主線
構建新型電力系統的本質是要滿足高占比新能源電網的運行需求,通過打通能源供需各個環節,實現源網荷儲高效互動,并通過綠色電力能源中介,引導能源生產和消費產業鏈的綠色轉型,實現電能綠色價值順利傳導至終端用戶。而目前構建新型電力系統存在不同方面的問題挑戰。
一是源-荷不確定性加劇,保障電力供應安全面臨挑戰。我國現階段電力電量依托“源隨荷動”的平衡模式保障電力供需平衡,新能源本身由于我國資源稟賦具有隨機性、波動性和間歇性的特征,隨著新能源和新負荷大規模接入,電源的不確定性愈發明顯,而用電需求因氣象、電價、消費心理等多方面影響,預測難度增大,源-荷雙側不確定性日益凸顯,電力供應安全形勢嚴峻。
二是“雙高”特性日益凸顯,系統運行壓力持續增加!半p高”主要是指高比例可再生能源和高比例電力電子設備,隨著高比例新能源、新型儲能、柔性直流輸電等電力技術快速發展和推廣應用,系統主體多元化、電網形態復雜化、運行方式多樣化的特點愈發明顯,對電力系統安全、高效、優化運行提出了更大挑戰。
三是電力關鍵核心技術水平偏低,科技創新驅動效能需持續提升。同世界能源電力科技強國相比,我國仍存在短板與不足,氫能、新型核電、碳捕捉利用及封存(CCUS)、燃料電池、大型燃氣輪機、高溫材料等核心技術裝備長期被國外壟斷,支撐新型電力系統構建的“卡脖子”技術和核心裝備亟需攻關突破。
方向:科技創新是構建新型電力系統的關鍵支撐
新型電力系統是以確保能源電力安全為基本前提,以滿足經濟社會高質量發展的電力需求為首要目標,以高比例新能源供給消納體系建設為主線任務,以源網荷儲多向協同、靈活互動為堅強支撐,以堅強、智能、柔性電網為樞紐平臺,以技術創新和體制機制創新為基礎保障的新時代電力系統。所以面對挑戰,科技創新是構建新型電力系統的關鍵支撐,可重點從以下方面開展科技攻關。
一是源網荷儲雙向互動技術。通過數字化技術賦能,推動“源隨荷動”向“源荷互動”轉變,實現源網荷儲多方資源的智能友好、協同互動。
二是虛擬同步發電機技術。通過在新能源并網中加入儲能或運行在實時限功率狀態,并優化控制方式為系統提供調頻、調壓、調峰和調相支撐,提升新能源并網友好性。
三是長周期儲能技術。長時儲能與大型風光項目的組合將大概率替代傳統化石能源,成為基礎負載發電廠,對零碳電力系統中后期建設打基礎。
四是虛擬電廠技術。源網荷儲一體化項目的推廣應用,以及分布式能源、微網、儲能的快速發展為虛擬電廠提供了豐富的資源,虛擬電廠將成為電力系統平衡的重要組成。
五是其他技術。新能源直流組網、直流微電網、交直流混聯配電網等技術的研發與突破,將有助于實現更高比例的新能源并網,為電力系統的安全穩定運行提供保障。
未來:新型電力系統助推實現“碳達峰、碳中和”遠景目標
新型電力系統是國家結合國內外發展情況,從實現能源電力清潔低碳轉型的角度提出的重大戰略任務,是“雙碳”背景下能源轉型的重大時代背景和歷史使命。國家錨定2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和的目標,按照“以新能源為主體”要求,設置新型電力系統的戰略目標,制定能源低碳轉型下構建新型電力系統的戰略,更是在《藍皮書》中明確構建新型電力系統“三步走”,分步驟預測不同階段電力系統的能源結構。
未來重構能源體系是實現“雙碳”目標的必然要求,而構建新型電力系統是“雙碳”目標導向下能源體系重構的核心。使命在肩,擊鼓催征,我們要準確把握新型電力系統帶來的新機遇新挑戰,立足實際找準切入點、發力點,樹立系統思維、創新思維和開放思維,加快推動新型電力系統高質量發展,助力“碳達峰、碳中和”目標的早日實現。