杜祥琬院士：新型電力系統(tǒng)如何實現(xiàn)“可能三角”

“常常見到的討論認(rèn)為，能源系統(tǒng)很難同時滿足安全可靠、經(jīng)濟(jì)可行又綠色低碳三個目標(biāo)，三者任何一個目標(biāo)方向優(yōu)化都可能引起其他方向的問題。因此,三個目標(biāo)常被稱作能源系統(tǒng)的‘不可能三角’。”在近日舉行的“2021年能源轉(zhuǎn)型發(fā)展論壇”上，中國工程院院士杜祥琬說，“安全可靠是對能源系統(tǒng)的基本要求，經(jīng)濟(jì)可行的能源社會才會接受，綠色低碳是能源轉(zhuǎn)型的大方向。碳達(dá)峰、碳中和呼喚的新型能源系統(tǒng)必須逐步做到滿足上述三個目標(biāo)，使之成為‘可能三角’，如此才是高質(zhì)量的能源系統(tǒng)。同時，新型電力系統(tǒng)也必須是實現(xiàn)‘可能三角’的電力系統(tǒng)。”

 

杜祥琬認(rèn)為，在以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中，新能源占比會大幅增加，系統(tǒng)的綠色低碳特征比較清晰，需要著重討論的是新型電力系統(tǒng)如何做到“經(jīng)濟(jì)可行”和“安全可靠”。

 

經(jīng)濟(jì)性面臨巨大考驗

 

“新型電力系統(tǒng)的發(fā)展要兼顧社會用能階段性的承受能力和長期的經(jīng)濟(jì)性。”杜祥琬表示，隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)?；l(fā)展，風(fēng)電、光伏上網(wǎng)環(huán)節(jié)已經(jīng)可與化石能源競爭，但隨著新能源比例的增大，系統(tǒng)平衡成本、安全保障成本將成為電力系統(tǒng)的成本增量。

 

為此，杜祥琬提出，一方面要廣泛利用各領(lǐng)域靈活性資源，低成本解決電力系統(tǒng)的平衡難題。比如一部分煤電廠為可再生能源調(diào)峰，是現(xiàn)實而經(jīng)濟(jì)的靈活性資源；再如推動系統(tǒng)從利用抽水蓄能、電化學(xué)儲能等靈活性資源，向發(fā)展電動汽車充放電、熱泵、電熱、電冷協(xié)同、電氫耦合等多能互補(bǔ)，提高系統(tǒng)的效率。另一方面，隨著分布式電源的發(fā)展，可將大電網(wǎng)的模式劃分為大電網(wǎng)和一系列微網(wǎng)結(jié)合的模式，利用高精度的預(yù)測技術(shù)，實現(xiàn)局部的自平衡，減輕大系統(tǒng)的平衡壓力，降低增量的成本投入。

 

杜祥琬說，有研究表明，電從“身邊來”比電從“遠(yuǎn)方來”更經(jīng)濟(jì)，對用電負(fù)荷很高的東部地區(qū)，可把“身邊來”與“遠(yuǎn)方來”相結(jié)合，而不只是依賴于“西電東送”這種傳統(tǒng)的、集中式的供電。

 

杜祥琬表示，技術(shù)進(jìn)步將降低儲能和氫能的成本，目前電化學(xué)儲能成本已經(jīng)突破經(jīng)濟(jì)性拐點，未來5年儲能成本有可能再降1/3，未來10年有望再降66%-80%。估計到2025年，新能源+儲能的市場會邁入千億級。

 

系統(tǒng)安全可靠是底線

 

眾所周知，確保新型電力系統(tǒng)的安全韌性，是其發(fā)展、成長的底線和責(zé)任。即使在極端天氣情況下，也要避免電力供應(yīng)出現(xiàn)較大功率缺額的風(fēng)險。那么，新型電力系統(tǒng)如何做到安全保供？

 

對此，杜祥琬認(rèn)為，新型電力系統(tǒng)的電源，除非水可再生能源外，還需確立多能互補(bǔ)的策略。比如煤電，國家政策很明確，“十四五”并未提減煤電，而叫嚴(yán)控，“十五五”才開始煤電替代。目前比較實際的做法是，在高效、清潔化出力發(fā)電的同時，有序安排煤電機(jī)組的靈活性改造，讓其參與深度調(diào)峰，助力提升電力系統(tǒng)靈活性。對煤電調(diào)峰輔助服務(wù)應(yīng)該有補(bǔ)償政策，也就是說要體現(xiàn)煤電的“供電價值”和“靈活性價值”。

 

在杜祥琬看來，新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建，要進(jìn)一步發(fā)展水電，我國水電裝機(jī)和出力還有一定潛力可挖掘；核電在新型電力系統(tǒng)當(dāng)中發(fā)揮穩(wěn)定基荷的作用，在安全前提下，核電裝機(jī)完全可能在2030年前達(dá)到1億千瓦以上；在多能互補(bǔ)的條件下，可通過電力交易市場解決調(diào)峰問題，以一定量的電廠作為備用應(yīng)急電源，用戶可以根據(jù)大數(shù)據(jù)提供的各種電源出力情況預(yù)測選擇電源；對于新能源發(fā)電企業(yè)來說，可通過自建或者購買調(diào)峰能力深度參與電力電量平衡，實現(xiàn)高質(zhì)量出力。

 

除上述電源側(cè)保障新型電力系統(tǒng)安全可靠的措施外，還需要電網(wǎng)側(cè)發(fā)展智能電網(wǎng)和配電網(wǎng)。杜祥琬認(rèn)為，數(shù)字技術(shù)可以提升電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集、分析和應(yīng)用能力，與傳統(tǒng)電力技術(shù)相融合，促進(jìn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的智能化，使電網(wǎng)可觀、可測、可控。“傳統(tǒng)的大電網(wǎng)向大電網(wǎng)和微網(wǎng)、有源配電網(wǎng)、局部直流電網(wǎng)互補(bǔ)共生轉(zhuǎn)變。因此，我們需要建設(shè)智慧配電網(wǎng)來適應(yīng)分布式能源的并網(wǎng)、儲能和電動車等。”

 

此外，杜祥琬表示，儲能在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)都有應(yīng)用市場。“發(fā)展商用化的儲能、儲熱技術(shù)，是能源系統(tǒng)具備柔性、包容性和平衡功能的關(guān)鍵。”

 

如何實現(xiàn)“可能三角”

 

“構(gòu)建新型電力系統(tǒng)不是一蹴而就，而是一個過程。”杜祥琬表示，新型電力系統(tǒng)建設(shè)初期，隨著新能源電力比重的提升，應(yīng)逐步形成適合新能源電力的市場交易體系，使靈活性資源獲得合理權(quán)益；另一方面，應(yīng)實現(xiàn)電力的物理系統(tǒng)與數(shù)字技術(shù)的深度融合，充分發(fā)揮出數(shù)字成為生產(chǎn)力要素的作用。“這個階段，主要是積累新能源和儲能、靈活性資源相結(jié)合的經(jīng)驗。同時積累化石能源與非化石能源發(fā)電相結(jié)合的經(jīng)驗。”

 

杜祥琬預(yù)計，碳達(dá)峰以后，新型電力系統(tǒng)將進(jìn)入成熟發(fā)展期，這個階段要能經(jīng)濟(jì)性地解決各種轉(zhuǎn)型成本，深入研究和防范風(fēng)險，使之成為與各種基礎(chǔ)設(shè)施融合的新型國家綜合基礎(chǔ)設(shè)施。

 

“實現(xiàn)電力系統(tǒng)‘可能三角’，沒有原理性障礙，但也不是現(xiàn)有技術(shù)能力可以完全解決的。”杜祥琬說，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，是一個創(chuàng)造新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新社會價值的過程，需要更深入地研究和更多地實踐。