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          王志軒:“十四五”構建新型電力系統的路徑及展望

          電聯新媒發布時間:2022-04-27 09:02:50  作者:王志軒

            3月22日,國家發展改革委、國家能源局印發了《“十四五”現代能源體系規劃》(以下簡稱《規劃》),為我國“十四五”能源發展和改革提供了行動綱領?;仡?ldquo;十三五”,我國電力生產能力繼續提高,非化石能源發電比重持續提高,減污降碳成效顯著,科技創新驅動電力科學發展,“管住中間、放開兩頭”的電力體制改革積極推進;展望“十四五”,我國人均用電水平將進一步提高,電能替代進一步加強,積極推進支撐新能源發展的新業態發展,持續推進技術創新,重新定位煤電的功能和作用。筆者認為,面向“十四五”乃至更加長遠的未來,能源電力要實現持續健康發展,促進我國如期實現碳達峰目標并為實現碳中和目標開好頭,關鍵在于完成以下七個主要任務:一是多措并舉提升系統綜合調節能力;二是有效控制能源電力轉型的系統成本;三是建立低碳電力經濟評價新方法和科學的新電價、碳價形成機制;四是積極支持關鍵技術創新;五是下決心解決煤炭散燒問題;六是強化標準的引領和支撐作用;七是進一步深化電力體制改革。

            構建新型電力系統的基本遵循

            展望“十四五”,我們推進構建新型電力系統要堅持四個基本遵循:

            一是黨的十九大以來的重要文件精神,以及黨中央、國務院確定的“雙碳”工作“1+N”政策體系。2021年3月15日,中央財經委員會第九次會議提出“‘十四五’是碳達峰的關鍵期、窗口期,要構建清潔低碳安全高效的能源體系,控制化石能源總量,著力提高利用效能,實施可再生能源替代行動,深化電力體制改革,構建以新能源為主體的新型電力系統”。國務院《2030年前碳達峰行動方案》明確“加快建設新型電力系統,構建新能源占比逐漸提高的新型電力系統,推動清潔電力資源大范圍優化配置”。二是國家《“十四五”規劃綱要》?!毒V要》提出:“加快電網基礎設施智能化改造和智能微電網建設,提高電力系統互補互濟和智能調節能力,加強源網荷儲銜接,提升清潔能源消納和存儲能力,提升向邊遠地區輸配電能力,推進煤電靈活性改造,加快抽水蓄能電站建設和新型儲能技術規?;瘧?rdquo;。三是遵守電力系統的基本物理規律。四是結合中國電力系統發展的實際。以上四個方面是構建新型電力系統過程中必須遵循的基本原則。

            那么,未來新型電力系統有何主要特征、何時完成、體現在何處呢?

            首先,電力工業在經濟社會中的功能將不斷拓展。

            電力工業的功能將由保障用電、電力系統清潔高效發展、促進能源資源優化配置、促進全社會節能減排,進一步向能源系統低碳轉型和全社會低碳轉型拓展。

            電力工業在新時期促進能源、社會低碳轉型功能的拓展,應對氣候變化要求只是其外部條件和推動力之一,從內在動力看,這種拓展受到可持續發展客觀規律的支配,而這正是中國高質量發展的基本要求,具體表現在通過技術創新,不斷突破新能源大規模利用的各種瓶頸制約。

            其次,要加深對新型電力系統主要特征的認識,新型電力系統之“新”,是由“新能源占比逐漸提高”來定義和體現的,而新能源之“新”的本質是“零碳(近零碳)”與“新技術”特性。新型電力系統構建是一個復雜而長期的過程,新能源占比逐漸提高不僅要體現在數量占比上,也要體現在功能增強上。

            再次,新型電力系統的運行邏輯發生了根本性的改變——由“源隨荷動”轉變為“源荷互動”,但仍然遵循的是交流電力系統的安全穩定物理特性,電力系統各個環節必然逐步發生重大變化。

            此外,傳統的單向電能配置模式轉變成雙向、多向、多能配置模式;電力系統原有各個環節由區分明顯轉變為相互融合的部分不斷增大;必須采用“云大物移智”現代技術手段解決新型電力系統運行的問題。

            最后,構建新型電力系統必然要深化電力體制改革。一是建立大規模新能源進入電力系統之后保持電力系統安全穩定運行的新機制;二是重新定位電網企業(或者主體)在新能源系統中的作用和地位;三是加快推進儲能、分布式能源系統、電動汽車與電力系統融合之后的新商業模式構建;四是建立低碳電力經濟評價新機制,尤其是電價新機制,使低碳發展的價值信號順暢傳導到全社會層面;五是建立快速大量支撐轉型技術標準的替代銜接;六是深入研究新的政府監管模式。

            構建新型電力系統中的重大風險防范

            “凡事預則立,不預則廢”。在推進新型電力系統構建的過程中要注意防范來自以下三個方面的能源安全風險。

            第一,要防范能源穩定供應風險,電力系統安全穩定運行風險,以及電力系統與能源系統、經濟社會系統之間的協調性帶來的整體安全性風險。這些風險主要源于新能源發電出力隨機性、波動性和難以預測的特點。除了極端氣候條件外,即便是正常的氣象條件,如連續三四天的陰天或靜風天氣,在傳統能源電力體系中不構成風險條件,但在以新能源為主體的電力系統中將會構成重大的能源安全風險。

            第二,防范電價加速上漲的風險。在技術進步及規模效應驅動下,核電、新能源及儲能的建設成本雖然會呈現不同的下降趨勢,但目前經常提到的新能源發電“平價”上網的概念并不是新能源利用的最終成本或系統成本,這對認識能源低碳轉型的總成本有誤導。在平衡低碳發展、維護電力系統安全及考慮社會轉型成本方面還要進一步加快完善成本評估體系。

            另外,我國在役煤電以高參數、大容量、環保型機組為主,平均服役時間約12年,運行狀況良好,但是為了支撐新能源大力發展的同時保持電力系統的安全穩定運行,煤電機組要進行靈活性改造,平均利用小時數也相應減小,由此導致煤電成本提升,當傳導到電能消費終端時造成電價上升。

            第三,防范技術創新不確定性帶來的風險。隨著新能源大規模發展,對系統調節能力提出更高要求。如電化學儲能技術雖然路線眾多,但尚沒有哪種技術能夠完全滿足循環壽命長、安全性高、經濟性好等關鍵指標要求;氫能具備實現零碳循環、規?;?、可存儲、可運輸等特性,是未來新能源轉換的重要二次能源之一,但目前技術創新以及產業鏈、供應鏈存在不確定性風險。

            隨著可再生能源比重的持續提升,一邊是對電力系統穩定性起支撐性作用的傳統電源,另一邊是新型電源和儲能,兩者此消彼漲,常規電力系統風險和新的電力系統風險均驟然加大。

            “十四五”電力發展呈現五大趨勢

            “十四五”是實現碳達峰、碳中和目標的關鍵期、窗口期,電力行業面臨新的機遇與挑戰,呈現以下五大發展趨勢:

            一是人均用電水平將進一步提高。中國碳達峰、碳中和目標的實現過程,與中國全面建成小康社會之后、到2035年初步實現現代化、再到2050年建成富強民主文明和諧美麗的社會主義現代化強國的進程處于相同歷史時期。在碳達峰、碳中和目標的引領下,低碳化與電氣化互為促進,電氣化水平將持續提高。

            二是進一步加強電能替代。1990年以來,在終端用能中電能比重最高的是日本;中國是提高最快的國家,但2010年之前仍低于OECD、歐盟及世界平均值。2010年之后,先后超越世界平均水平、歐盟、OECD國家,接近日本。2020年比重約為27%。中國之所以有如此超乎“常理”的提升,除了電力工業取得顯著發展之外,還充分體現了中國能源結構的特點。中國天然氣消費占比很低,在終端能源消費中只占到6%左右,而發達國家這一比例約占到25%左右,中國能源的清潔使用必須更多地增加電能的比重。

            三是積極推進支撐新能源發展的新業態發展。主要體現在將會有更多適合于不同大用戶、群體用戶(園區、大型公共設施、村鎮等)的綜合能源服務、分布式能源、微電網等繼續推進,縣域范圍的光伏或新能源發展呈多種模式,電源側、電網側、用戶側各種新型儲能模式以及電動汽車充、換電網絡與電網交互融合模式不斷創新,新能源制氫或者生產其他能源二次利用模式持續探索,以火電廠尤其燃煤電廠為核心的電能、熱能及多種能源(包括制氫、儲能、摻燒生物質等)互補,并與循環經濟發展(綜合利用、活性污染焚燒)綜合集成,碳市場與電力市場以及與其他用能權、綠證交易等融合推進。

            四是持續推進技術創新。在電源方面,對水電站進行系統性分析,尋找具備條件的水電站進行提高蓄能能力的改造,增加系統調節能力;加大儲能技術的開發、工業試驗、商業模式創新;加大煤電靈活性改造;加大新一代核電技術應用,加快小型堆技術的商業化應用;充分利用發電側和用戶側資源,提高系統轉動慣量,保障電力系統穩定運行;積極開展碳移除及CCUS技術儲備。在電網方面,加強研究電力系統的重構,提高電網的智能化和柔性、韌性;加大通訊網、電網、交通網的融合,提高電力供需耦合;加大電網與分布式微電網的協調技術及運行技術研究;加大防范新的重大能源電力安全風險技術的研究。

            五是重新定位煤電的功能和作用。堅持保障電力安全供應的底線思維和支撐新能源發展的低碳思維,因地制宜慎重決策新建煤電;堅持系統思維,要系統考慮電力供需平衡、熱力供需平衡、電力系統安全穩定運行、煤電機組安全穩定運行等四個維度;堅持全局思維,要系統考慮投資者利益、資金鏈、產業鏈、供應鏈(煤礦、運輸)、地方經濟、社會(就業)發展等的關系;堅持因地制宜,要綜合考慮發展新能源在項目所在地或所在電網中的作用。為了保障電力系統的戰略安全,一些必要的煤電機組可能長期處于備用狀態。

            “十四五”電力發展的政策建議

            一是多措并舉提升系統綜合調節能力。

            構建以新能源為主體的新型電力系統,迫切需要提升系統調節能力。要加快抽水蓄能建設,既要推進單機容量30萬千瓦、電站容量百萬千瓦抽水蓄能項目如期開工,又要因地制宜,建設中、小型抽水蓄能項目,要對具備條件的水電站進行抽水蓄能改造。繼續推進煤電靈活性改造。鼓勵調峰氣電建設。推廣多元化儲能技術研發與應用,研究超高循環壽命的新型鋰離子電池,實現電池的安全性、循環次數和能量密度明顯提高。深度挖掘需求響應潛力,構建可中斷、可調節多元負荷資源,隨著電動汽車規模增加,要充分利用現代信息技術廣泛參與電力系統調節。加快建設全國統一電力市場,打破省間壁壘和市場分割,調動和利用好全系統調節資源配置。

            二是有效控制能源電力轉型的系統成本。

            一方面還要繼續加強對傳統能源成本的控制,如要嚴控煤炭價格,確保電煤價格運行在合理區間。另一方面,對新業態既要支持發展,也要給出成本下降的預期。如政府可以出臺支持性文件,鼓勵新業態在在科技和安全上加強創新,在商業模式上創新,在商業價值實踐上進行突破,增強自身適應市場的能力。但同時要注意,新業態發展要實現經濟上的可持續性,通不過市場競爭檢驗或者過高的能源系統成本都是難以為繼的。

            三是形成科學的電價、碳價機制。

            電價是電力體制改革的核心,是能源電力低碳轉型的“原動力”。要以還原電力商品屬性為導向,充分發揮市場對資源配置的決定性作用。出臺靈活的電價政策,適度拉大峰谷電價價差,科學劃分豐枯分時電價時段,發揮市場發現價格、形成充分競爭的作用。完善輔助服務補償機制,逐步推動補償政策向市場機制過渡,形成合理的輔助服務費用傳導路徑。建立碳排放權交易市場和電力市場聯動機制,將電能交易和碳排放權交易相結合,實現碳排放獎懲辦法與清潔能源消納等政策協調。同時,用電公平是社會公平的重要內容之一,且一部分電能具有顯著的公共屬性,對于低收入群體和具有公共屬性的主體,要認真研究電價上升對他們的影響,并要有專門措施保障其基本用電。

            四是積極支持關鍵技術創新。

            健全創新機制,加大研發投入,加強關鍵技術儲備和產業化應用引導,為全面實現碳中和奠定堅實基礎。重點開展持續提高現有化石能源發電效能研究,即不僅要看化石能源發電自身能源轉換效率提升和效益提高,也要看化石能源與新能源耦合發展過程中對能源電力系統整體效能的提升。要加快研究新型鋰離子電池的研發,提升鉛炭電池循環次數、高倍率充放電性能,改進液流電池關鍵部件材料,提升工藝水平及轉化效率。要研究高效率、低成本、易輸送、易儲存的由電能生產的二次能源等關鍵設備技術,如制氨及催化合成甲醇、甲烷等綠色燃料技術。加強碳捕集技術的試驗、示范及儲備。

            五是下決心解決煤炭散燒問題。

            我國還有約5億噸散燒煤,這是必須正視和解決的問題。這個問題是真正體現復合控制污染和減碳力度的最大領域,是解決中國發展與環境相協調問題的“西瓜”而不是“芝麻”?,F有的燃煤機組和聯合供熱等方式是有效解決過渡期中國供熱問題和環境問題的最重要措施,要鼓勵燃煤電廠綜合性解決散煤問題。具備條件的地方可以加快天然氣、電能或者新型可再生能源等利用方式的替代。

            六是強化標準的引領和支撐作用。

            技術標準是連接不同領域、不同設備共同推進低碳轉型工作的重要節點和紐帶,是促進具有行業、產業“融合”特點的新型電力系統發展的最好手段。通過標準體系構建和標準制定與實施,可以使復雜性問題快速解決。通過標準與政策的配套,可以少走彎路,提高效率。從近幾年國家陸續出臺的新能源產業政策相關文件和不斷加強的國際標準合作實踐也可以看出,轉型要求下的標準體系建設、完善與有效運用是轉型的強大推動力。標準體系構建需要從宏觀到微觀,體現不同層次的邏輯構架;既要加速推進標準制定,也要尊重標準質量的嚴謹性和嚴肅性。國家在鼓勵標準制定的同時,需要加強監督和引導,促成各方在全局觀下求同存異、協調推進。

            七是進一步深化電力體制改革。

            除了繼續深化電價機制改革外,從系統和宏觀上講,深化電力體制改革的著力點有三個方面:一是與構建新能源為主體的新型電力系統要求相匹配。在新型電力系統下,發、供、用的主體不論內涵還是相互關系都發生了變化,已經不是“兩頭”(發電、配電)和“中間”(輸電)的關系,而是融合、嵌套、協調關系,在轉型中要同時發揮好政府的作用和市場的作用。二是要對新能源為主體下的新能源安全問題提出相應的防范措施。新能源安全問題主要包括以電能為主體的能源格局對經濟社會的風險影響;以新能源為主體的能源格局受氣候影響(正常及非正常條件),進而對能源供需保障的風險影響;“云大物移智鏈”平臺風險對能源電力系統的風險影響。三是進一步調整好儲能、氫能、電動汽車、分布式能源體系、微電網等大量新業態的關系。

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