中國工程院院士、第二十屆中央委員會候補(bǔ)委員、電力系統(tǒng)電力電子技術(shù)專家湯廣福，于近日在2022碳達(dá)峰碳中和論壇暨深圳國際低碳城論壇上，發(fā)表了電力系統(tǒng)相關(guān)主題演講。以下為演講全文。
“雙碳”目標(biāo)下我國電力系統(tǒng)清潔轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑
一、我國能源發(fā)展現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)
從能源的總體情況來看，2021年我國能源生產(chǎn)和消費(fèi)總量均居世界首位。能源整體對外依存度達(dá)20%。2021年我國原油對外依存度達(dá)到72%。天然氣對外依存度超過44%。能源對外依存度在不斷攀升。
在能源的消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，非化石能源消費(fèi)僅占比16.6%，總的占比偏低。
近年來以光伏為代表的可再生能源增長數(shù)占比較低，目前風(fēng)電光伏的發(fā)電量占比只有7.2%，至于歐洲，像英國、德國發(fā)電量占比30%到40%，我們發(fā)展的差距還是比較大。
從世界范圍來看，發(fā)達(dá)國家能源已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從化石能源到石油天然氣轉(zhuǎn)變，正在向可再生能源加速對接。而我國的能源現(xiàn)在仍然以煤炭銷售為主，可再生能源占比只有11.1%。
與此同時，還要把2020年百億噸的二氧化碳排放大幅度的降低，直到2060年實(shí)現(xiàn)近零排放。完成這個目標(biāo)，明年生產(chǎn)側(cè)須大力發(fā)展清潔能源，推動清潔化轉(zhuǎn)型，構(gòu)建新型電力手段實(shí)現(xiàn)能源傳輸?shù)娜诵曰?，在能源消費(fèi)層面通過數(shù)字賦能等措施實(shí)現(xiàn)能源消費(fèi)的高效化。
碳中和目標(biāo)下能源結(jié)構(gòu)中化石能源占比80%以上，轉(zhuǎn)變?yōu)榉腔茉凑急瘸^80%以上。
電力系統(tǒng)在明年轉(zhuǎn)型中起決定性的作用，但電力系統(tǒng)在運(yùn)行的安全性、容量的充裕性和系統(tǒng)韌性等傳統(tǒng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上面臨著大規(guī)模極端氣候帶來的新挑戰(zhàn)，對現(xiàn)有的系統(tǒng)安全帶來威脅。
澳洲、英國、美國幾次大停電均是如此，為此我們要把握好轉(zhuǎn)型的節(jié)奏，重新審視煤電、水電和天然氣各類發(fā)電資源定位和基礎(chǔ)支撐作用。
二、電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑
電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑包括三個階段，在轉(zhuǎn)型期，新能源裝機(jī)規(guī)模占據(jù)主要地位，靈活性電源和需求穩(wěn)步提升，在形成期，新能源電量占比躍居首位，成熟期風(fēng)光發(fā)電量占比提升60%，新能源成為電力、電量、責(zé)任主體。
在能源清潔生產(chǎn)方面，2020年我國火電發(fā)電量占比71.2%，在發(fā)揮火電基礎(chǔ)作用的同時，充分提升清潔化和靈活性的調(diào)整能力。
大規(guī)模發(fā)展風(fēng)光發(fā)電，預(yù)計(jì)到2035年風(fēng)光裝機(jī)總量占比為52.5%，2060年裝機(jī)占72.5%。風(fēng)光裝機(jī)到2030年會超過火電，成為第一大裝機(jī)主體，風(fēng)光發(fā)電量到2040年超越火電，成為第一大電量的主體。
非化石能源電量到2030年占46%，2060年占比94%，這就是我們的目標(biāo)?；痣?030年達(dá)峰11.8億千瓦，其中煤電2030年達(dá)到峰值13.7億千瓦，然后是快速下降通道。
氣電2040年達(dá)到峰值約3億千瓦，所以水電在2040年基本開發(fā)完畢，之后有5億千瓦左右，主要是經(jīng)濟(jì)，開發(fā)量可能不到5億。水電2050年達(dá)峰約2.3億千瓦，我們將穩(wěn)步推進(jìn)2060年可以增值4億千瓦以上。
當(dāng)前我國靈活電以儲電和燃?xì)鉃橹?，占比不?%，難以支持新一年的銷量。因此需要大力發(fā)展燃?xì)夂蛢﹄姲l(fā)展，預(yù)計(jì)2030年儲電的裝機(jī)將超過1.2億千瓦，2060年各種機(jī)構(gòu)預(yù)測差距比較大，預(yù)測可能超6億到8億千瓦，成為重要的融合電源。
與此同時還要研制具有靈活調(diào)整能力的火電機(jī)組，到2060年7億千瓦裝機(jī)的火電大部分轉(zhuǎn)變?yōu)殪`活電源，同時還有儲能和氫能結(jié)合，使電源容量達(dá)到20億千瓦以上，可以有效支撐到2060年風(fēng)電光伏裝機(jī)大約50億千瓦左右，這些能保證銷量。
需要突破的關(guān)鍵技術(shù)有：
一是開展風(fēng)電廠，開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究及示范，實(shí)現(xiàn)分機(jī)電漿系統(tǒng)，超長葉片等卡脖子組件和材料的自主化，為風(fēng)能規(guī)模化開發(fā)提供支撐。
二是開發(fā)變革性發(fā)電技術(shù)。預(yù)測光伏效率提高1個點(diǎn)，到2030年，全國30%采用提升的光伏效益達(dá)到1000億，實(shí)現(xiàn)30%的高效制備是推動變革性技術(shù)光伏的規(guī)?；瘧?yīng)用，促進(jìn)了清潔化發(fā)展。
還要攻克煤炭高效靈活發(fā)電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤炭發(fā)電調(diào)節(jié)范圍、調(diào)節(jié)速度與燃?xì)獍l(fā)電相當(dāng)。支撐煤炭從多地保供向安全低碳高效靈活電能轉(zhuǎn)變，關(guān)鍵突破碳捕集利用分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低能耗二氧化碳捕集分層技術(shù)開發(fā)和2060年碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供兜底保障。
在電力能源的傳輸方面，到2030年清潔能源必須加強(qiáng)調(diào)節(jié)能力，保障新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。2060年我國電網(wǎng)將以新能源電源為主，接入屏幕相對固定的交流電時需要大量電力電子技術(shù)，因此必須增強(qiáng)電網(wǎng)電平特性?？鐓^(qū)輸電容量在2030年、2060年分別達(dá)到2.7億到6億千瓦，2060年西北跨區(qū)要素直流規(guī)模為當(dāng)前的2.5倍以上，西電東送在相當(dāng)時間內(nèi)要持續(xù)增加。
2060年用電需求達(dá)到9.4萬億千瓦時，海上的風(fēng)電、分布式光伏發(fā)電仍然不滿足本地的電力需求，西電東送在一段時間后達(dá)到高點(diǎn)?？缡‰娏Τ尸F(xiàn)出增大趨勢，2040年以后趨于平穩(wěn)。
2030年前混合大電網(wǎng)為主，局部電網(wǎng)仍分區(qū)，2040年以多端直流，多輪互補(bǔ)，基本是明確的，2060年多個區(qū)域同步電網(wǎng)，多個分區(qū)電網(wǎng)通過直流互連，重點(diǎn)突破的關(guān)鍵技術(shù)研究新型電力系統(tǒng)形態(tài)，有效提升50%以上，新能源從10%增加到50%。
攻克西電東送特高壓關(guān)鍵技術(shù)，支持特高壓直流的有效發(fā)展。突破柔性運(yùn)電裝備關(guān)鍵技術(shù)，大幅提升系統(tǒng)的柔性能力。另外要突破關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)儲能的規(guī)?；娏鞔鎯?，滿足新型電力系統(tǒng)，消納可再生能源需要。
在電力能源供需方面，通過電力系統(tǒng)的數(shù)字智能使消費(fèi)側(cè)靈活參與電網(wǎng)互動。電源占核心地位。占比由當(dāng)年的27%提升到79%，設(shè)備量達(dá)到15.7萬億千瓦時，這是2020年，分布式電源提高，聚合發(fā)展，需求響應(yīng)在2060年達(dá)15%，這是非常大的資源。
電力社會用電量2030年到2050年約3.5%到11.5%，2030年最大負(fù)荷要達(dá)到3.3%，相對值很小，但絕對值很大。數(shù)據(jù)裝機(jī)在2030年占社會用電量25%，東輸西送，緩解資源保障，2030年各類主體廣泛參與市場，2050年以分散資源聚合平臺參與電力市場。
突破打造電熱氫氣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多類型能源之間互聯(lián)互通，構(gòu)建覆蓋產(chǎn)輸儲應(yīng)全鏈條能源互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平均能源降低20%以上。
突破人車樁網(wǎng)協(xié)同互動技術(shù)，構(gòu)建源網(wǎng)荷儲，形成互動平臺，實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)資源、規(guī)?；槿搿⒂行虺潆姷鹊?。要突破地理信息CPS以及數(shù)據(jù)虛擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)與物理閉環(huán)的感知分析控制，打造安全共享共贏的能源數(shù)字化應(yīng)用生態(tài)。
三、小結(jié)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，能源是主戰(zhàn)場，電力是主力軍
構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)能源清潔轉(zhuǎn)型的重要手段，電力電源清潔化是推動能源轉(zhuǎn)型的內(nèi)在動力，電力系統(tǒng)柔性化要求我們轉(zhuǎn)變電力系統(tǒng)傳統(tǒng)發(fā)展方式，結(jié)合新能源的規(guī)劃重塑電力系統(tǒng)形態(tài)。
電力系統(tǒng)數(shù)字化是升級電力系統(tǒng)的必要手段，實(shí)現(xiàn)數(shù)字賦能。電力電子化是重構(gòu)電力系統(tǒng)的必然結(jié)果。針對新型電力系統(tǒng)發(fā)展需求，聚焦電力領(lǐng)域迫切需要攻關(guān)的堡壘布局，需要在能源清潔生產(chǎn)、能源傳輸、能源供需互動三個方面開展重點(diǎn)技術(shù)布局，開展長期系統(tǒng)性的攻關(guān)。
在未來較長時間內(nèi)煤炭仍是我國主導(dǎo)資源，一定要保障能源安全前提下，實(shí)現(xiàn)清潔能源對化石能源有效轉(zhuǎn)型。推動能源體系從高耗向低碳轉(zhuǎn)型，在能源轉(zhuǎn)型過程中無論是現(xiàn)有技術(shù)的升級替代還是技術(shù)研發(fā)都會面臨一系列重大挑戰(zhàn)，因此必須通過雙碳行動打造國家戰(zhàn)略科技力量，集中優(yōu)勢資源，開展有組織的科研，支撐構(gòu)建清潔低碳安全高效的新型能源體系。
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