核心提示 隨著碳達峰、碳中和目標穩(wěn)步推進,非化石能源發(fā)電在我國電源結構中的占比將逐漸上升。從我國發(fā)展實際和技術現(xiàn)狀來看,電力系統(tǒng)升級處在由化石能源為主體向新能源為主體轉(zhuǎn)變的過渡階段,火電等常規(guī)化石電源仍是目前最穩(wěn)定可靠的電源。在構建新型電力系統(tǒng)的背景下,需推進常規(guī)化石電源清潔化利用,優(yōu)化電源發(fā)展策略,助力碳達峰、碳中和目標實現(xiàn)。
構建新型電力系統(tǒng)需要保留一定容量的常規(guī)電源
能源安全是關系經(jīng)濟社會發(fā)展的全局性、戰(zhàn)略性問題?,F(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、光等新能源發(fā)電具有隨機性、波動性。儲能是平抑新能源發(fā)電不確定性的重要一環(huán),但受限于連續(xù)運行時間、成本疏導、站址選擇等因素,僅靠電化學儲能或抽水蓄能來增加新能源發(fā)電容量在目前并不是一種經(jīng)濟高效的脫碳策略。
據(jù)中國電科院測算,基準場景下,2030年同步機組的出力占總負荷之比大于50%的累計時段約達全年時長的100%;2060年同步機組出力占總負荷之比大于50%的累計時段仍達全年時長的53%。同時,風電、光伏發(fā)電機組皆是鎖相同步電流源。因此,未來新型電力系統(tǒng)的基本運行機制仍是交流同步運行。高比例新能源的接入和高比例電力電子設備的應用,將導致電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量持續(xù)下降,調(diào)頻、調(diào)壓能力不足。
以2019年8月英國大停電事故為例,事故發(fā)生前共有2100萬千瓦風電和1300萬千瓦太陽能發(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)抗擾動能力大幅下降。在這次事故中,電力系統(tǒng)僅損失187.8萬千瓦出力,就導致頻率下降至48.8赫茲。
從國際經(jīng)驗來看,煤電、氣電等常規(guī)電源的長期存在并不影響低碳目標實現(xiàn)。德國“富煤、少油、少氣”的資源稟賦與我國相似。自2011年實施能源轉(zhuǎn)型計劃以來,德國為擺脫能源大部分依靠進口的困境,大力發(fā)展清潔能源,減少二氧化碳排放量。2019年,德國非化石能源電量占比已達56%,但仍保留了7840萬千瓦的化石能源發(fā)電裝機作為風電、光伏發(fā)電等波動性電源的應急備用。其中煤電、氣電仍是最重要的化石電源,裝機7400萬千瓦,占總裝機的34%;發(fā)電量2470億千瓦時,占總電量的43%。
常規(guī)化石電源如何實現(xiàn)清潔化利用
雖然構建新型電力系統(tǒng)仍需保留一定容量的常規(guī)化石電源,但對照碳達峰、碳中和目標,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%。推進煤電等化石電源的清潔化利用對實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標至關重要。
●技術減碳實現(xiàn)低碳化
一是實施化石電源清潔化改造,推動自身提效減碳。以上
海368萬千瓦需要等容量改造的煤電機組為例,按年運行4120小時測算,碳排放約1342萬噸。通過清潔化改造,度電供電煤耗可從331克標準煤下降到270克標準煤,降幅近20%,同等電量下這部分煤電機組碳排放約1095萬噸,能夠降碳近20%。
二是實施靈活性改造,配合新能源發(fā)電實現(xiàn)結構減碳。目前我國煤電總裝機容量已近11億千瓦,若最低穩(wěn)燃負荷能下降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)峰能力對沖新能源隨機性、間歇性、波動性等風險,將大幅降低對配套儲能的建設需求,增加新能源消納潛力。
●原料脫碳實現(xiàn)近零碳化
生物質(zhì)發(fā)電每發(fā)一千瓦時電,僅排放18克二氧化碳,且純生物質(zhì)作為發(fā)電燃料時與風、光一樣,碳排放均按零排放計算。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,同時還能減少燃煤機組的燃料成本和二氧化碳排放總量。
無論是純生物質(zhì)燃燒還是生物質(zhì)與燃煤耦合燃燒,都已在發(fā)達國家成為主流的生物質(zhì)能發(fā)電技術。值得注意的是,當燃煤電廠轉(zhuǎn)型成為純生物質(zhì)零煤電廠時,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。
●碳捕集利用與封存實現(xiàn)負碳化
“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)定運行下實現(xiàn)凈零排放。碳捕集利用與封存技術能夠捕捉火電廠生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳,在減少碳排放的同時利用二氧化碳產(chǎn)生經(jīng)濟效益,是已知最主要的電源側負碳技術。
我國碳捕集利用與封存項目起步較晚,各環(huán)節(jié)所需技術大部分還處在基礎研究階段?!盎娫?碳捕集利用與封存”模式的規(guī)?;瘧妹媾R高成本等挑戰(zhàn)。截至今年10月,全國碳市場碳排放配額成交價格約在40~50元/噸之間,但上海某電廠碳捕集等示范項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)劃院測算,預計到2030年,碳捕集利用成本能下降至310~770元/噸;到2060年,成本有望進一步降至140~410元/噸。
隨著碳捕集利用與封存等負碳技術逐漸成熟、成本不斷下降,“化石電源+碳捕集利用與封存”模式可以實現(xiàn)規(guī)模化應用,填補風電、光伏發(fā)電等零碳電源的增量缺口,在碳中和后期發(fā)揮關鍵作用。
統(tǒng)籌安全、綠色、經(jīng)濟,進一步優(yōu)化電源發(fā)展策略
“十四五”時期,應堅持清潔低碳是方向、能源保供是基礎、能源安全是關鍵、能源獨立是根本的基本原則,統(tǒng)籌安全、綠色、經(jīng)濟,進一步優(yōu)化電源發(fā)展策略,助力碳達峰、碳中和目標實現(xiàn)。
推動常規(guī)化石電源性能改造,更好發(fā)揮壓艙石作用。有力引導推動化石電源清潔化、靈活性改造,進一步深化“化石電源+碳捕集利用與封存”研究,實現(xiàn)化石電源清潔化利用。對于大受端電網(wǎng),還需要進一步研究外來電和本地電之間的比例和關系、新能源發(fā)電和常規(guī)電源之間的比例和關系,保障電力安全可靠供應。
加強技術創(chuàng)新應用,更好地適應新能源發(fā)展。研究“雙高”特征下的電網(wǎng)安全控制技術,進一步提高新能源發(fā)電機組涉網(wǎng)性能,加快光熱發(fā)電技術推廣應用;推進大容量高電壓風電機組和光伏發(fā)電技術創(chuàng)新,加快大容量、高密度、高安全、低成本儲能裝置研發(fā);推動氫能利用、碳捕集利用和封存等技術研發(fā)。
聯(lián)合各方力量,優(yōu)化碳達峰、碳中和目標實現(xiàn)路徑。從能源安全和電力保供實際出發(fā),在優(yōu)化電源布局、推進碳達峰碳中和落地上主動引導、建言獻策,全力爭取政府、行業(yè)支持,呼吁各方共同參與研究。
?。ㄗ髡邌挝唬簢W(wǎng)上海市電力公司企業(yè)智庫)
評論