舒印彪：構建新型電力系統的挑戰與對策

　　2050年，我國全社會用電量將達到16-19萬億千瓦時。這意味著我國用電需求比現在還要翻番。其中清潔能源發電量占比將超過80%。如何實現這個目標?有哪些挑戰?數十萬億投資的煤電何去何從?

　　碳達峰碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革。為了實現雙碳戰略目標，需要對能源和電力系統進行顛覆性變革。

　　過去100多年建立在化石能源基礎上的能源體系、產業體系、技術體系都將發生深刻變化，從資源依賴型向技術主導型轉變。

　　新型電力系統是實現“雙碳”目標的樞紐平臺。中國工程院院士舒印彪提出，到2060年，中國能源電力轉型將實現“70/80/90”目標，即電能消費比重、非化石能源消費比重與清潔能源發電比重分別達到70%、80%、90%以上。

　　其中，到2050年，清潔能源發電量占比將超過80%。

　　如何實現這個目標?有哪些挑戰?如何打造新型電力系統?具體實現路徑是什么?數十萬億投資的煤電何去何從?

　　圍繞這些問題，11月8日，在河北省工信廳、滄州市政府主辦，遠景科技集團和滄州市工信局承辦的 “零碳能源與綠色工業創新論壇”上，舒印彪院士發表了《構建新型電力系統的挑戰與對策》的演講，并給出了答案。

　　舒院士認為，到2050年，中國全社會用電量將達到16-19萬億千瓦時。那時新增電力需求全部由清潔能源滿足，新能源還需要大規模發展。煤電保持一定的裝機規模，承擔兜底保障作用。

來源：舒印彪《構建新型電力系統的挑戰與對策》

　　01 新型電力系統構建的三個階段

　　在我國，能源活動碳排放占二氧化碳排放總量的88%左右，而電力行業碳排放又占能源行業碳排放的42%左右。因此，實現“雙碳”目標，能源是主戰場，電力是主力軍，新型電力系統則是其中的關鍵載體。

　　舒印彪院士提出，新型電力系統的目標是打造深度低碳(零碳)的電力系統，路徑是能源生產側逐步用新能源替代化石能源，能源消費側逐步提高電氣化率。

　　其中，他把中國新型電力系統構建分為三個階段：

　　一是碳達峰階段(從目前到2030年)。2030年，終端用能電氣化率達到34%，全社會用電量達到13萬億千瓦時。按此計算，未來6年年均新增電量是5000億千瓦時。

　　在此期間，大力發展新能源同時，煤電還需增容控量。新增負荷的80%由清潔能源滿足，清潔能源發電量占比超過50% 。

　　二是快速降碳階段(2031-2050年)。隨著產業結構深度調整，全社會用電量呈現低速增長。2050年，按照年均1%-2%增速，全社會用電量將達到16-19萬億千瓦時。18、19萬億度電，這意味著我國用電需求比現在還要翻番。

　　在此期間，新增電力需求全部由清潔能源滿足，新能源還需要大規模發展，逐步替代存量煤電。2050年，預計清潔能源發電量占比超過80%，煤電發電量的占比要降低到10%左右。

　　三是碳中和階段(2051-2060年)。終端用能高度電氣化，達到70%左右，電力需求增長趨于飽和。

　　在此階段，煤電承擔兜底保障作用，保持一定的裝機規模，產生的碳排放采用生態碳匯和CCUS技術等移除。

來源：舒印彪《構建新型電力系統的挑戰與對策》

　　02 新型電力系統面臨三大技術經濟性挑戰

　　盡管我國清潔能源供應體系在加速構建，電源結構在持續優化，但要打造新型電力系統，還面臨一些關鍵挑戰。

　　舒院士提出主要有三大挑戰，一是電力電量平衡問題，二是安全穩定性問題，三是經濟型問題。

　　具體來看：

　　關于電力電量平衡問題，主要是從可控的電源跟蹤變化的用電負荷單向平衡模式，轉變為源荷雙隨機、源網荷儲多主體互動的復雜平衡模式。

　　舒院士指出，目前，對氣候氣象和新能源出力特性耦合機理尚缺乏認識，現有的系統調節機制和調峰能力無法適應新能源大規模發展帶來的平衡問題。

　　關于安全穩定問題。舒院士表示，新能源慣量小，且其運行在最大功率追蹤的模式時，不具備上調的調頻能力，頻率支撐能力大幅下降。

　　新能源機組動態無功支撐能力較常規電源弱，且新能源發電逐級升壓接入電網，與主網的電氣距離是常規機組的2-3倍，降低了系統的電壓穩定水平。

　　關于經濟性問題，舒院士指出，構建新型電力系統是資源、技術、經濟混合的一個復雜的系統競爭。構建成本很大程度上取決于各種技術的經濟比較和相互競爭。

　　因此，技術的成熟度及商業化應用將決定本需要科學選擇新型電技術的發展路徑，確保電力供應的可獲得性。

　　舒院士認為，政策和市場將發揮重要作用，對轉型的經濟性產生重大影響。傳統以化石能源為主的市場設計理論已不適應高比例新能源電力系統，電力市場理論基礎和交易規則需要重構。

　　03 新型電力系統構建的重點方向與關鍵技術

　　既要實現能源轉型和替換，又要實現雙碳目標，還要讓社會經濟主體負擔得起，面對這些挑戰，新型電力系統構建的重點方向和路徑是什么?舒院士提出7大方向：

來源：舒印彪《構建新型電力系統的挑戰與對策》

　　(1) 大力發展清潔能源技術

　　中國地域廣闊，各地資源稟賦不一樣，舒院士提出，不同區域，新能源開發方向也不一樣。

　　風電光伏等新能源開發，要西北部“沙戈荒”基地、東部海上風電，與中東部分布式新能源開發并舉。推進高效太陽能、海上風電輕量化等關鍵技術和裝備研究攻關。

　　水電方面，要加快西南大基地建設，開發金沙江中上游、瀾滄江上游和藏東南等一批流域水電。優先建設具有季調節、多年調節的龍頭水庫。積極推進大型水電站優化升級，發揮水電調節潛力。

　　核電在電力供應方面，可以起到基礎保障和關鍵支撐作用，應優先在東部發展核電。研發第三代壓水堆技術，推進高溫氣冷堆技術應用，實現核能在發電、供熱、制氫等領域綜合利用。

　　(2 )煤電靈活清潔高效利用技術

　　煤電是電力系統安全穩定運行的“壓艙石”。要提升煤電靈活性。加強煤電超低負荷穩燃等技術研究，煤電熱力、制粉等系統優化設計。

　　同時推進煤電摻燒技術改造。加強煤電摻燒生物質等技術攻關，因地制宜推進煤電摻燒改造。

　　加快CCUS技術研發應用。發展低能耗低成本碳捕集技術，突破陸地和海洋碳封存關鍵技術。

　　(3) 加強智能電網建設

　　電網是電力系統資源配置的平臺，世界各國普遍把發展大電網作為能源轉型的重要舉措。

　　在送端，探索新能源孤島柔直送出等技術，按照直流合理分群分組，形成清晰網架結構。

　　在受端，優化直流落點與接入方案，加強和拓展1000千伏區域主網架。

　　隨著分布式新能源大規模接入，配電網形態從傳統的單向“無源”網絡向雙向“有源”系統轉變，功能從單一供配電服務向源網荷儲資源配置平臺轉變。

　　規劃方面，以分層分區平衡優化資源配置，分布式電源有序接入，主配微協同發展。

　　運行方面，強化平衡單元的柔性互聯和集群自洽，實現配電網對大電網的主動支撐。

　　(4) 科學規劃建設儲能體系

　　儲能在新型電力系統中發揮關鍵作用。舒院士提出，不同類型儲能各有特色，構建總量充裕、結構合理、成本最優的儲能體系。

來源：舒印彪《構建新型電力系統的挑戰與對策》

　　其中，抽水蓄能成熟、可靠，要加快建成一批建設條件好、前期工作深、綜合效益優的抽水蓄能電站。

　　電化學儲能響應迅速，無地域限制，可在新能源場站、電網關鍵節點和用戶側廣泛應用。

　　重力和壓縮空氣等物理儲能容量大、效率高，適合大規模開發，要擴大商業化試驗示范。

來源：舒印彪《構建新型電力系統的挑戰與對策》

　　(5) 大力推進再電氣化

　　目前，我國工業、建筑、交通等領域占能源碳排放的45%，亟需大力發展能源消費側電能替代關鍵技術。

　　實施“以電代煤、以電代油、以電代氣”，實現對化石能源的深度替代。

　　工業領域大力發展電爐短流程煉鋼、氫還原冶金、礦山機械電氣化等，推廣應用高效電熔爐、電窯爐。

　　建筑領域推廣超低能耗、近零能耗建筑，積極推進建筑用能電氣化和建筑光伏一體化，推廣“光儲直柔”建筑，實現柔性用電。

　　交通領域加快發展電動船舶和氫燃料電池車輛船舶，突破氫燃料電池技術瓶頸，探索全電飛機等前沿技術。

　　(6) 加快構建全國統一電力市場

　　舒院士提出，發揮全國統一電力市場優化配置資源的基礎作用，是構建新型電力系統的重要保障。具體來說：

　　一是完善電力市場規則。健全多層次統一電力市場，實現現貨市場與中長期市場的有機銜接。

　　二是健全價格激勵機制。完善輔助服務、容量補償等機制，加強需求側響應市場機制建設。

　　三是促進電碳市場協同。有序實現碳市場與綠電交易、綠證制度的深度融合和有效銜接。

　　(7) 加強碳足跡管理體系建設

　　舒院士認為，碳足跡管理體系建設是引導清潔能源投資與消費，促進全社會增加清潔電力生產和消費的關鍵。

　　我們要盡快建立產品碳足跡本土化數據庫。提升碳排放監測質量，建立分時分區電碳因子數據庫。

　　同時要加強碳排放核算標準體系建設。完善碳排放核算核查標準，形成全生命周期碳足跡標準;建立碳排放標準認證體系。積極對接國際貿易規則，與貿易伙伴建立認證機構資質互認機制。

　　總之，實現“雙碳”目標是一項系統工程，需要全社會共同努力，加強科技創新，共同推動構建新型電力系統，為支撐“雙碳”目標實現作出更大貢獻。

　　來源：環球零碳 作者維小尼

作者：維小尼