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生物質能在我國實現碳達峰與碳中和的巨大潛力

2021-10-9 16:12 來源: 理想能源網

火電的保底和支持風、光電的作用無可替代


對我國電力行業如何落實全國“雙碳”目標,特別是對煤電機組今后在我國電力生產供應側的位置的認識,雖然大部分觀點認為煤電仍將起“壓艙石”和“兜底”的作用,但是也存在較強的“去煤化”或“棄煤化”議論,或者把煤電僅看作將是風電和光伏電源的配角、協助者的角色,即認為“煤電機組將更多地承擔系統調峰、調頻、調壓和備用功能”;而在發展可再生能源電力方面,幾乎一致的認識是把焦點放在發展風電和光伏電源上,鮮有提及利用現有的煤電機組產能進行現實可行、潛力巨大的生物質能發電。我們認為,這些認識存在很大的誤區,大有商榷的必要。實際上,我國現有的大型煤電機組在我國電力生產中的基礎支撐作用將難以替代。

根據我國電力發展規劃,到2030年,可再生的風電和太陽能發電的總裝機容量將達到12億千瓦以上,但在“雙碳目標”和建立以新能源為主體的新型電力系統的推動下,預計到2030年,新能源裝機將大大超過原規劃而會達到17億千瓦以上。但是必須看到,風電和太陽能發電有著不可忽視的短板,那就是“不可控”, 是一個不穩定的間歇電源。其裝機的發電能力嚴重受限于晝夜日照、季節變化、天氣陰晴、風力大小等自然氣象條件的限制。據報道,2019年在全國非化石能源發電量占比僅為32.6%情況下,風電和光電就已經普遍面臨并網難、消納難、調度難等問題。2021年2月,美國德克薩斯州因嚴寒天氣,全州電網在4分鐘內完全崩潰。450萬戶家庭和大量企業失去電力;長達數天的斷電造成近百人死亡。其中一個主要原因,是已占相當產能比的風電和光伏電源,因風葉凍結和連續陰霾天氣而無法出力。我國去冬今春南方數省頻繁拉閘限電,則是因降雨少影響水力發電,以及風、光條件差影響到風電和光伏電的正常運行。

電力系統是一個超大規模的非線性變能量的平衡系統,必須要隨時保持供需平衡,其運行模式是“源隨荷動”。發電側作為主動調節端,負荷側則為被動不可調節端,由發電端主動調節,跟蹤負荷的變化運行。這是用一個精準可控的發電系統,去匹配一個基本可測的用電系統,通過實際運行過程中的滾動調節,實現電力系統安全可靠的運行。但是因風電和光伏電固有的不可控和間歇性,不能“源隨荷動”,或只能單邊“源隨荷動”(即棄風棄光,減少出力)。與此同時,在用電側,大量分布式風、光電接入后,用電負荷預測準確性也大幅下降。由此,這些新能源大規模接入,對傳統電網帶來巨大影響。在風、光電電源側的大規模儲能系統未發展起來以前,風、光發電系統均不具備調峰調頻、無功補償的能力。隨機的氣象條件,使得機組出力時刻變化,對電網形成較大沖擊,使得電網需要為風、光發電系統建設相應的調峰調頻及對電壓進行有效的控制和調整,需要相應增加常規的火電電源提供補償調節力。從某種意義上說,風、光發電的存在,相當于在電網中增加了一個“不確定性負荷”。 因此, 如果要確保電網能夠消納大容量的風、光電的發電量,龐大的煤電必須轉型成為調節型的電源,同時繼續承擔起供電安全“壓艙石”的功能。而且在此情況下,煤電還將會面臨總體裝機容量不能低,而又須長時期在低負荷下運行,因而導致運行效率和利用小時數降低的局面;再加上煤電高碳排放的特點,在高煤價和碳交易政策下,煤電有可能會發生在經濟上無法可持續維持的尷尬局面。

實際上,我國現有的大型煤電機組在我國電力生產中的基礎支撐作用將難以替代。首先,我國煤電為主的電源結構是我國缺油少氣、煤炭豐富的資源稟賦特點決定的,是建國以來70多年,尤其是近30多年來全國電力戰線廣大干部職工和技術人員,經過自力更生艱苦奮斗、引進消化吸收國外先進技術、大膽積極創新建立起來的,形成了一個世界最大和領先、布局合理、穩定可靠的煤電生產和電力輸送配置的巨大系統,強有力保障和支撐了國家的能源安全、生產和社會發展、人民生活水平不斷提高的需要。我國已經成為世界煤電生產最強國,這個歷史過程和結果具有巨大的慣性,改變起來絕非短期,更非一朝一夕之功。

據最新出版的《電力強國崛起——中國電力技術創新與發展》和其它可靠統計數據:2020年年底,我國火電裝機容量12.45億千瓦,其中煤電裝機10.8億千瓦;已投產的國產35萬千瓦、60萬千瓦、66萬千瓦、100萬千瓦等級的超(超)臨界參數機組共826臺,裝機容量達5.23億千瓦,占國內在役煤電機組總容量的48%,這些機組已成為火電的主力機組;同時還有約983臺、裝機容量達3.5億千瓦的30萬千瓦和60萬千瓦等級的亞臨界參數機組。具有我國獨創技術的超(超)臨界參數和改造的亞臨界參數煤電機組的供電效率和超低排放水平均處于世界領先地位。

隨著我國產業結構的調整和城市化進程,電力需求側的結構性變化明顯,負荷不穩定和變化幅度增加劇烈,要求發電側具有深度隨動的主動性,電網的調度調節高度靈活。如上所述,風電和光伏發電在目前大規模儲能技術未獲突破的情況下,完全不能滿足這些要求,而我國大型煤電系統則能適應需求側的變化。

風電和光伏發電裝機容量和實際發電量之間存在巨大的不相稱差距。據全國新能源消納監測預警中心提供的數據,在近幾年高速發展的態勢下,2020年底,全國風電和光伏發電裝機容量分別達到了2.81億千瓦和2.53億千瓦,共5.34億千瓦,是煤電裝機容量的49.44%,而全年發電量卻只有7270億千瓦時,僅是火電發電量的14.06%。由此可見,要達到某些研究描述的“電源結構呈現‘風光領跑、多源協調’態勢,風電和光伏發電將逐步成為電源主體”的狀態,前路是何等漫長!

如前所述,我國已建成的大容量超(超)臨界參數和亞臨界參數機組的總容量有8.73億千瓦,這些機組及其配套設施、輸配電系統的資產總量高達數以10萬億人民幣。這筆龐大的資產是國家和人民長期奮斗積累起來的財富。這些機組服役時間大都不長,正當“青春”和“年富力強”的好年華,決不能輕易地讓它們以“低碳轉型”的名義提前退役,造成不可挽回的巨大損失。如果以全新的生產、儲能(目前還沒有成熟的技術)和不穩定的風光發電系統來替換上述煤電系統的電量生產能力,其投資和運行成本的高企將可想而知。

因此,如何使煤電更高效、更清潔、更低碳,更靈活地發展,已成為中國實現“碳中和”戰略目標需要研究和著手解決的迫切課題。出路何在?

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