近年来我国新能源电力取得了巨大发展,但是也对能源系统稳定性造成了一定挑战。根据中国电力协会发布的数据,截至2021年底,我国全口径非化石能源发电装机容量为11.2亿千瓦,占总发电装机容量的比重首次超过煤电,达到47%。与此同时,快速变化的电源结构与现有电力系统之间不兼容的问题却变得越发突出。而加快“新型电力系统”构建,是有效解决这一问题,在推动脱碳的同时保障电力供应安全稳定的关键。
近日,国务院办公厅转发国家发改委、能源局《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》(以下简称《实施方案》),积极回应了电力系统在大规模高比例新能源并网和消纳方面适应性不足的问题,为构建以能源占比逐渐提高的新型电力系统明确了方向,为实现净零电力、助力碳中和目标的达成奠定了基础。
在通过分布式和集中式并举,“双管齐下”推动新能源发展的基础上,《实施方案》强调“加快构建适应新能源占比逐渐提高的新型电力系统”。其中,“全面提升电力系统调节能力和灵活性”则是构建这一系统的重点。
由于可再生能源“靠天吃饭”的特性,存在着间歇性,不稳定的问题。其快速发展要求电力系统具备更高的灵活性,从而保障电力供应的安全稳定。然而,大部分新型储能技术尚处于起步和发展阶段,技术成熟度低,还不具备大规模部署的条件。最传统且安全可靠的抽水蓄能则受建设地域空间限制大,并不具广适性。而在应对长周期波动方面,目前还缺乏有效的技术手段。
在这一背景下,煤电灵活性改造成为当前提高电力系统灵活性,为新能源发展保驾护航的可靠选择。煤电灵活性改造技术成熟,参与调峰服务的经济性在现阶段好于储能、抽水蓄能,并能为电网提供长周期支撑服务。未经改造的煤电机组灵活性运行负荷往往不能低于40%。否则机组的煤耗骤升,也会导致NOx、SO2等污染物排放浓度增大。而通过改造可实现煤电机组在30%额定负荷以下正常运转,参与调峰调频。据报道,大唐信阳公司3号煤电机组成功将负荷降至9%额定负荷(6万千瓦), 并稳定运行6.5小时,创下同类型机组调峰运行的最低记录。在此期间,该机组可提供每小时近16万度调峰补偿电量。
中国已经开始积极部署,推动煤电转变职责,由主力型电源向提供可靠容量、调峰调频等辅助服务的调节型和支撑型电源转型。2021年10月国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》明确要求推动“ 煤电向基础保障性和系统调节性电源并重转型”。2022年的政府工作报告中进一步明确,煤电转型要通过“节能降碳改造、灵活性改造、供热改造”的“三改” 联动,实现“煤炭清洁高效应用” 和 “有序减量替代”。
现阶段推动煤电由主力型电源、向调节型和支撑型电源转型,可在保障电力供应安全稳定的同时,为煤电发电量逐步降低创造条件。但这仅仅是煤电长期转型,逐渐淡出电源组合的第一步。
煤电是中国二氧化碳排放的主要来源,占全国总排放量的4成以上。推动煤电转型,抑制产能快速扩张,并逐步降低煤电发电量是实现双碳目标的重要抓手。虽然在包括储能在内系统灵活性技术逐步成熟、实现大规模部署前,煤电还需发挥“承上启下”作用,保障电力供应安全稳定。但也需要对煤电转型制定一个长期规划,平衡好“短期保供”与“长期碳中和”之间的关系。这一规划需要在灵活煤电提供安全保障的基础上,着重推动发展储能和需求侧响应等灵活性资源,并推动区域电网之间更好地互联互通,逐步替代煤电提供系统灵活性,最终实现以新能源为主体清洁、高效、安全电力系统的构建。
(杨木易系欧洲能源智库Ember资深电力政策分析师,国际能源转型学会副秘书长;施训鹏系悉尼科技大学教授、碳排放权交易湖北省协同创新中心和南京大学长江产业经济研究院特聘研究员、国际能源转型学会理事长)
(作者:杨木易,施训鹏 编辑:李靖云)
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