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周孝信院士:“双碳”方针下我国动力电力体系成长远景和关头手艺
来历:电联新媒 时候:2021-11-25 字体:[ ]

为应答环球天气变更、生态环境掩护、经济社会高品质成长带来的挑衅,我国一直对峙动力转型计谋。2014年6月召开的中心财经带领小组第六次集会上,习近平总布告提出“四个反动、一个协作”动力宁静新计谋,引领我国动力行业成长进入新期间;站在新的汗青方位,面临日趋庞杂的国际情势和日趋严重的天气变更挑衅,2020年9月22日,习近平主席在第七十五届连系国大会普通性争辩上颁布发表“中国将前进国度自立进献力度,接纳加倍无力的政策和办法,二氧化碳排放力图于2030年前到达峰值,尽力图取2060年前完成碳中和”;2020年12月12日,在天气大志峰会上发言中进一步提出“到2030年中国单元国际出产总值二氧化碳排放将比2005年降落65%以上,非化石动力占一次动力花费比重将到达25%摆布”“风电、太阳能发电总装机将到达12亿千瓦以上”的关头方针;2021年3月15日,中心财经委员会第九次集会上明白了“十四五”是碳达峰的关头期、窗口期,须要落实的第一项重点使命便是“要构建洁净低碳宁静高效的动力体系,节制化石动力总量,着力前进操纵效力,实行可再生动力替换步履,深入电力体系体例鼎新,构建以新动力为主体的新型电力体系”。

(来历:微信公家号“电联新媒”  作者:周孝信 赵强 张玉琼)

在这一系各国度计谋计划指点下,我国将来动力电力体系的成长蓝图和关头手艺路子有了明白的导向性,即以“2030年前碳达峰、2060年前碳中和”为计谋方针,以落实“构建洁净低碳宁静高效的动力体系、构建以新动力为主体的新型电力体系”为实行途径。本文提出新型电力体系首要特点和焦点方针,构建“双碳”方针下我国动力电力体系成长情形,提出并论述综合动力出产单元假想,以期为动力转型途径计划及计谋拟定供给必然的参考。

新型电力体系首要特点和焦点方针

新型电力体系作为将来我国动力体系的焦点构成局部,具备5个首要特点:

一是高比例可再生动力普遍接入。一次动力花费中非化石动力首要来自一次电力(水电、风电、太阳能发电等可再生动力电力和核电等),大幅前进以风、光等新动力为主的可再生动力电力占比,是电力体系进级换代的首要标记,也是完成动力转型的首要撑持;

二是高比例电力电子装备大范围操纵。与传统电磁变更装备比拟,电力电子装备在物理计划、节制体例、静态行动、装备交互等方面都存在明显差别,陪同超大范围交直流输电及大批新动力机组接入体系,电力电子装备操纵数目不时晋升、范围不时扩展,将深入影响电力体系运转特点;

三是多能互补综合动力操纵。跟着多行业多范例手艺高度融会,电力体系的内在和范围将不时内涵,充实阐扬多元资本设置装备摆设的平台感化,增进风、光、水、煤等协同互补,电、热、冷、气综合操纵,完成动力资本的按需、公道、高效开辟操纵;

四是数字化智能化聪明动力成长。前进前辈数字化、智能化手艺将普遍渗入在将来动力电力体系各关头假想计划及调剂节制中,构成高效运转、用户友爱的聪明动力体系;

五是洁净高效低碳零碳转型。构建新型电力体系作为撑持完成“双碳”方针的焦点手腕,应以洁净、高效、低碳为底子成长导向,晋升新动力开辟操纵程度、前进体系全体动力操纵效力、降落二氧化碳排放,为全体动力转型奠基坚固底子。

为进一步量化描写上述特点,表现新型电力体系在动力转型中的首要感化,笔者提出以下5项焦点方针:非化石动力在一次动力花费中比重、非化石动力发电量在发电量中比重、电能在终端动力花费中比重、体系全体动力操纵效力、动力电力体系二氧化碳排放总量。

“双碳”方针下我国动力电力体系成长情形阐发

迷信公道的电源计划是电力体系转型途径计划的焦点框架,也是体系阐发认知、运转调剂、手艺计划的底子。基于我国动力转型计谋,构建“双碳”方针下我国动力电力体系成长情形,针对2021-2060年我国动力电力计划演化趋向停止预估阐发。

将2021-2060年40年期别离为2020-2030年、2030-2050年、2050-2060年三个时候段,别离为前、中、后3个时候段,设定“双碳”方针下动力电力全体成长须要。

一次动力花费总量方针方面,2020-2030年(前段),斟酌经济社会成长程度的刚性增添须要,仍将坚持每5年4-5亿吨标准煤的增添快率,至“十四五”末到达55亿吨摆布,2030年摆布到达峰值59亿吨,尔后显现降落趋向;2030-2050年(中段),前15年间每5年降落1亿吨,2045年降至56亿吨后根基坚持不变;2050-2060年(后段),仍具备小幅降落空间,2060年坚持在55亿吨摆布程度。

非化石动力花费占比方针方面,全体显现前后两段不变增添,中段加快增添的趋向,2030年前(前段),斟酌今朝新动力发电、电网宁静不变运转节制、储能等方面手艺成长程度还没有获得冲破性停顿,矫捷调理资本和手艺手腕仍较为紧缺,没法周全撑持可再生动力高比例接入和大范围操纵,仍须要煤电等传统发机电组供给首要的底子保证感化,而非化石动力以一次电力为首要花费情势,故这临时段非化石动力花费在一次动力花费总量中的占比应坚持绝对不变的增添快率,防止过快增添对电力体系宁静不变带来的打击,以保证动力供给安稳过渡,该方针于“十四五”末到达20%,2030年到达25%,知足国度最新提出的方针请求;2030-2050年(中段),非化石动力加快成长,在一次动力花费中的占比疾速前进,二十年间由25%前进至75%,力图2050年为2060年完成碳中和缔造底子前提;2050-2060年(后段),仍将在较高程度底子上坚持必然速率的安稳增添,2060年到达90%,为碳中和方针完成供给首要撑持。

全社会用电总量方针方面,综合电气化等身分,全体坚持增添且速率显现“前高后低”趋向,在“十四五”和“十五五”时代(前段),别离以4.5%和3.5%年均增速坚持不变增添,至2030年到达11.1万亿千瓦时的程度;2030-2050年(中段),年均增添率慢慢降落,2045年全社会用电量约为15万亿千瓦时,到达以后程度的2倍,2050年约为16万亿千瓦时;2050-2060年(后段),增速进一步放缓,2050-2055年间年均增速仅为1%,2055年后根基坚持不变不再增添。

电力装机方面,跟着风景等新动力发电疾速成长,非化石动力发电在电力装机总量中的占比延续前进,“十四五”末将跨越50%。风景发电装机不时增添,2025-2030年间,风景装机总量跨越煤电,2030年将到达16.1亿千瓦,占装机总量41.5%;2035年到达24.3亿千瓦,跨越电力装机总量的50%,成为装机主体;2060年到达70.1亿千瓦,在电力装机总量中的占比跨越85%。

发电量方面,2030-2035年间非化石动力年发电量跨越50%,构成非化石动力发电为主体的电力体系;风景发电量疾速晋升长短化石动力发电量占比前进的首要缘由,2030年风景发电量到达2.3万亿千瓦时,占总发电量20%;2035-2040年间风景发电量起头跨越煤电,以后煤电进一步加快服役,风景发电量在总发电量中占比加快前进,2045-2050年间跨越50%,成为发电主体;2060年风景发电量11.9万亿千瓦时,占总发电量69.2%,为构建以新动力为主体的新型电力体系缔造须要前提。

针对本文所构建的我国动力电力成长场景,开端测算动力电力体系年二氧化碳排放方针,可获得以下论断:动力体系和电力体系的年二氧化碳排放都可完成2030年前达峰,2050年和2060年,动力体系年二氧化碳排放别离降落为峰值的28.0%、10.5%,电力体系二氧化碳排放别离降落为峰值的25.4%、1.6%,为完成2060年前碳中和方针奠基底子。

手艺前进是构建新型电力体系的底子动力,环绕将来电力体系以新动力为主体的成长须要,笔者综合斟酌新动力开辟、传统动力转型两个角度,从体系宁静、低碳减排、综合动力、矫捷性须要等多个方面,提出以下10类关头手艺:高效低本钱电网撑持型可再生动力发电和综合操纵手艺;燃煤发电前进矫捷性低碳排放和碳资本操纵手艺;高靠得住性低消耗新型电力电子元器件装配和体系手艺;宁静高效低本钱长命命新型储能手艺;洁净高效低本钱氢能出产储运转化和操纵手艺;超导输电和新型综合输能手艺;新型电力体系计划运转调剂和仿真节制掩护手艺;数字化智能化综合动力电力体系手艺;信息物理融会的动力互联网/物联网手艺;综合动力电力市场手艺。

综合动力出产单元(IEPU)假想

“双碳”方针下,我国动力电力体系洁净低碳转型使命艰难,若何迷信推动传统煤电进级革新及有序加入、同时增进新动力消纳成为动力转型途径计划和相干计谋拟定的首要议题。一方面,因为资本天禀及行业成长汗青等缘由,我国仍保有大批燃煤火机电组,且以后大批在役火电厂发电效力已根基到达瓶颈,纯真大范围推行碳捕集及封存手艺价格高贵,若接纳简略关停处置体例,又倒霉于必然期间内动力安稳供给过渡,同时触及国有资产保值增值、失业等多方面题目,火急须要有用手腕,有序推动存量煤机电组的进级革新,充实阐扬其底子性保证和调理感化;另外一方面,因为以风景发电为主的可再生动力具备动摇性和间歇性,机组着力不肯定性强,抗扰动才能和静态调理才能弱,新动力高比例接入将对电力体系宁静不变运转带来庞大挑衅,体系矫捷调理资本的须要明显晋升。为应答上述题目,本文提出一种融会火机电组碳捕集、燃煤机组混烧生物资、可再生动力电解水制氢、甲烷/甲醇分解等手艺的假想——综合动力出产单元(Integrated Energy Production Unit, IEPU),希冀能作为火电低碳/无碳转型途径计划的一种挑选。

综合动力出产单元根基计划如图5所示,其根基使命体例为,白天操纵低本钱的光伏发电制取绿氢,夜间操纵低谷时段电网供电或既有火机电组发电,利于电解制氢体系延续不变使命,产出的氢气与煤机电组捕集的二氧化碳进一步分解出产甲烷/甲醇等绿色燃料或化工产物。

IEPU可有差别范例的计划计划:IEPU所需的二氧化碳可由火电厂碳捕集,将来也可从氛围中捕集;IEPU可由风景发电与电解水制氢装配、水电厂与电解水制氢装配构成,出产的绿氢与氛围中氮气耦合制氨;IEPU可由燃气电厂与风景发电及电解水制氢、储氢耦合构成,将来燃气电厂的燃料将由绿氢供给,成为应答长周期动力不均衡的绿色首要办法。IEPU自身能够是实体的也能够是假造的。

IEPU将电解制氢、可再生动力发电、甲醇/甲烷/氨分解、二氧化碳捕集等装备集成为一体,经由进程单元外部各子体系协同运转及单元与外部电网的矫捷互动,和多范例动力的出产、存储和化工分解等进程耦合,具备以下两个方面的长处:

一因此电解制氢装配作为可控负荷,经由进程与火电、水电等可调机组连系运转,在综合动力出产单元外部各子体系协同优化的同时,完成与电网互动,成为具备高矫捷性的假造动力出产单元,为高比例新动力电力体系供给矫捷性撑持,以包罗煤电、光伏、电解水制氢制甲醇的计划为例,则其可到场电力体系日调剂的着力下限为:煤机电组额外功率+光伏发电功率-电解水制氢制甲醇装配着力下限;着力下限为煤机电组最小着力限定-电解水制氢制甲醇装配着力下限。可见若将该体系全体作为一个假造发电单元,其矫捷性调理范围较传统煤机电组明显前进。

二是经由进程二氧化碳间接与氢气分解,出产甲烷、甲醇等便于存储、运输的绿色燃料或作为首要化工质料产物,一方面可躲避大范围二氧化碳捕集后紧缩及封存的高额本钱投入,另外一方面构成公道可行的产物收益形式,有益于火电企业推行操纵二氧化碳捕集与操纵手艺;在增进火电行业碳减排及转型成长的同时,所出产的氢气自身及与二氧化碳、氮气分解天生的绿色燃料化工质料产物,也可为动力相干范畴化石燃料和质料替换供给必然的来历补充。

为切磋IEPU操纵潜力和工程推行性,以分解甲醇为例展开经济性开端测算,斟酌以下装备手艺标准参数:操纵装备已折旧终了的300兆瓦燃煤火机电组革新,碳捕集量约15万吨,光伏发电装机容量为180兆瓦、年运转时候为1300小时,知足容量为140兆瓦电解槽的用电须要,全部体系可完成年产甲醇约10万吨。接纳以后可预期首要装备运转本钱和产物售价的前提下,手艺经济性开端阐发成果标明,名目初始投资约10.86亿元,在贴现率10%环境下,投资收受接管期约14年,外部收益率约为13.1%。

可再生动力制氢和各类IEPU的经济性是限制其成长的关头身分,对此须进一步连系现实工程的各类身分及相干手艺前进,停止具体的经济性阐发;IEPU假想的完成将会增进动力范畴差别行业之间的融会,对此须要体系体例机制的冲破和立异。

本文系《中国电力企业办理》独家稿件

作者:周孝信 赵强 张玉琼

单元:中国电力迷信研讨院

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