核心提示 隨著碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)穩(wěn)步推進(jìn)，非化石能源發(fā)電在我國(guó)電源結(jié)構(gòu)中的占比將逐漸上升。從我國(guó)發(fā)展實(shí)際和技術(shù)現(xiàn)狀來(lái)看，電力系統(tǒng)升級(jí)處在由化石能源為主體向新能源為主體轉(zhuǎn)變的過(guò)渡階段，火電等常規(guī)化石電源仍是目前最穩(wěn)定可靠的電源。在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的背景下，需推進(jìn)常規(guī)化石電源清潔化利用，優(yōu)化電源發(fā)展策略，助力碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
構(gòu)建新型電力系統(tǒng)需要保留一定容量的常規(guī)電源
能源安全是關(guān)系經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的全局性、戰(zhàn)略性問(wèn)題。現(xiàn)階段，保留一定容量的常規(guī)化石電源有其必要性和合理性。風(fēng)、光等新能源發(fā)電具有隨機(jī)性、波動(dòng)性。儲(chǔ)能是平抑新能源發(fā)電不確定性的重要一環(huán)，但受限于連續(xù)運(yùn)行時(shí)間、成本疏導(dǎo)、站址選擇等因素，僅靠電化學(xué)儲(chǔ)能或抽水蓄能來(lái)增加新能源發(fā)電容量在目前并不是一種經(jīng)濟(jì)高效的脫碳策略。
據(jù)中國(guó)電科院測(cè)算，基準(zhǔn)場(chǎng)景下，2030年同步機(jī)組的出力占總負(fù)荷之比大于50%的累計(jì)時(shí)段約達(dá)全年時(shí)長(zhǎng)的100%；2060年同步機(jī)組出力占總負(fù)荷之比大于50%的累計(jì)時(shí)段仍達(dá)全年時(shí)長(zhǎng)的53%。同時(shí)，風(fēng)電、光伏發(fā)電機(jī)組皆是鎖相同步電流源。因此，未來(lái)新型電力系統(tǒng)的基本運(yùn)行機(jī)制仍是交流同步運(yùn)行。高比例新能源的接入和高比例電力電子設(shè)備的應(yīng)用，將導(dǎo)致電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量持續(xù)下降，調(diào)頻、調(diào)壓能力不足。
以2019年8月英國(guó)大停電事故為例，事故發(fā)生前共有2100萬(wàn)千瓦風(fēng)電和1300萬(wàn)千瓦太陽(yáng)能發(fā)電接入系統(tǒng)，取代了大部分傳統(tǒng)煤炭和天然氣發(fā)電，使得系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力大幅下降。在這次事故中，電力系統(tǒng)僅損失187.8萬(wàn)千瓦出力，就導(dǎo)致頻率下降至48.8赫茲。
從國(guó)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，煤電、氣電等常規(guī)電源的長(zhǎng)期存在并不影響低碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。德國(guó)“富煤、少油、少氣”的資源稟賦與我國(guó)相似。自2011年實(shí)施能源轉(zhuǎn)型計(jì)劃以來(lái)，德國(guó)為擺脫能源大部分依靠進(jìn)口的困境，大力發(fā)展清潔能源，減少二氧化碳排放量。2019年，德國(guó)非化石能源電量占比已達(dá)56%，但仍保留了7840萬(wàn)千瓦的化石能源發(fā)電裝機(jī)作為風(fēng)電、光伏發(fā)電等波動(dòng)性電源的應(yīng)急備用。其中煤電、氣電仍是最重要的化石電源，裝機(jī)7400萬(wàn)千瓦，占總裝機(jī)的34%；發(fā)電量2470億千瓦時(shí)，占總電量的43%。
常規(guī)化石電源如何實(shí)現(xiàn)清潔化利用
雖然構(gòu)建新型電力系統(tǒng)仍需保留一定容量的常規(guī)化石電源，但對(duì)照碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，常規(guī)化石電源亟須改變現(xiàn)有的生產(chǎn)利用方式。目前，能源燃燒是我國(guó)主要的二氧化碳排放源，電力行業(yè)排放約占能源行業(yè)排放的41%。推進(jìn)煤電等化石電源的清潔化利用對(duì)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)至關(guān)重要。
●技術(shù)減碳實(shí)現(xiàn)低碳化
一是實(shí)施化石電源清潔化改造，推動(dòng)自身提效減碳。以上
海368萬(wàn)千瓦需要等容量改造的煤電機(jī)組為例，按年運(yùn)行4120小時(shí)測(cè)算，碳排放約1342萬(wàn)噸。通過(guò)清潔化改造，度電供電煤耗可從331克標(biāo)準(zhǔn)煤下降到270克標(biāo)準(zhǔn)煤，降幅近20%，同等電量下這部分煤電機(jī)組碳排放約1095萬(wàn)噸，能夠降碳近20%。
二是實(shí)施靈活性改造，配合新能源發(fā)電實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)減碳。目前我國(guó)煤電總裝機(jī)容量已近11億千瓦，若最低穩(wěn)燃負(fù)荷能下降20%，就能增加約0.22億千瓦的調(diào)峰裕度。利用煤電的深度調(diào)峰能力對(duì)沖新能源隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性等風(fēng)險(xiǎn)，將大幅降低對(duì)配套儲(chǔ)能的建設(shè)需求，增加新能源消納潛力。
●原料脫碳實(shí)現(xiàn)近零碳化
生物質(zhì)發(fā)電每發(fā)一千瓦時(shí)電，僅排放18克二氧化碳，且純生物質(zhì)作為發(fā)電燃料時(shí)與風(fēng)、光一樣，碳排放均按零排放計(jì)算。生物質(zhì)與煤耦合混燒是可推廣的一種方式，相比傳統(tǒng)生物質(zhì)發(fā)電效率更高，同時(shí)還能減少燃煤機(jī)組的燃料成本和二氧化碳排放總量。
無(wú)論是純生物質(zhì)燃燒還是生物質(zhì)與燃煤耦合燃燒，都已在發(fā)達(dá)國(guó)家成為主流的生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)。值得注意的是，當(dāng)燃煤電廠轉(zhuǎn)型成為純生物質(zhì)零煤電廠時(shí)，不僅在碳排放方面具有可再生能源的特質(zhì)，也具備傳統(tǒng)燃煤電廠的優(yōu)點(diǎn)。
●碳捕集利用與封存實(shí)現(xiàn)負(fù)碳化
“化石電源+碳捕集利用與封存”可以保障電力系統(tǒng)在安全穩(wěn)定運(yùn)行下實(shí)現(xiàn)凈零排放。碳捕集利用與封存技術(shù)能夠捕捉火電廠生產(chǎn)過(guò)程中排放的二氧化碳，在減少碳排放的同時(shí)利用二氧化碳產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，是已知最主要的電源側(cè)負(fù)碳技術(shù)。
我國(guó)碳捕集利用與封存項(xiàng)目起步較晚，各環(huán)節(jié)所需技術(shù)大部分還處在基礎(chǔ)研究階段?！盎娫?碳捕集利用與封存”模式的規(guī)?；瘧?yīng)用面臨高成本等挑戰(zhàn)。截至今年10月，全國(guó)碳市場(chǎng)碳排放配額成交價(jià)格約在40～50元/噸之間，但上海某電廠碳捕集等示范項(xiàng)目處理二氧化碳的成本為500～1000元/噸。據(jù)生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院測(cè)算，預(yù)計(jì)到2030年，碳捕集利用成本能下降至310～770元/噸；到2060年，成本有望進(jìn)一步降至140～410元/噸。
隨著碳捕集利用與封存等負(fù)碳技術(shù)逐漸成熟、成本不斷下降，“化石電源+碳捕集利用與封存”模式可以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，填補(bǔ)風(fēng)電、光伏發(fā)電等零碳電源的增量缺口，在碳中和后期發(fā)揮關(guān)鍵作用。
統(tǒng)籌安全、綠色、經(jīng)濟(jì)，進(jìn)一步優(yōu)化電源發(fā)展策略
“十四五”時(shí)期，應(yīng)堅(jiān)持清潔低碳是方向、能源保供是基礎(chǔ)、能源安全是關(guān)鍵、能源獨(dú)立是根本的基本原則，統(tǒng)籌安全、綠色、經(jīng)濟(jì)，進(jìn)一步優(yōu)化電源發(fā)展策略，助力碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
推動(dòng)常規(guī)化石電源性能改造，更好發(fā)揮壓艙石作用。有力引導(dǎo)推動(dòng)化石電源清潔化、靈活性改造，進(jìn)一步深化“化石電源+碳捕集利用與封存”研究，實(shí)現(xiàn)化石電源清潔化利用。對(duì)于大受端電網(wǎng)，還需要進(jìn)一步研究外來(lái)電和本地電之間的比例和關(guān)系、新能源發(fā)電和常規(guī)電源之間的比例和關(guān)系，保障電力安全可靠供應(yīng)。
加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，更好地適應(yīng)新能源發(fā)展。研究“雙高”特征下的電網(wǎng)安全控制技術(shù)，進(jìn)一步提高新能源發(fā)電機(jī)組涉網(wǎng)性能，加快光熱發(fā)電技術(shù)推廣應(yīng)用；推進(jìn)大容量高電壓風(fēng)電機(jī)組和光伏發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新，加快大容量、高密度、高安全、低成本儲(chǔ)能裝置研發(fā)；推動(dòng)氫能利用、碳捕集利用和封存等技術(shù)研發(fā)。
聯(lián)合各方力量，優(yōu)化碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)路徑。從能源安全和電力保供實(shí)際出發(fā)，在優(yōu)化電源布局、推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和落地上主動(dòng)引導(dǎo)、建言獻(xiàn)策，全力爭(zhēng)取政府、行業(yè)支持，呼吁各方共同參與研究。
?。ㄗ髡邌挝唬簢?guó)網(wǎng)上海市電力公司企業(yè)智庫(kù)）
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