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推進(jìn)化石電源清潔化發(fā)展 助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)

國家電網(wǎng)報(bào)發(fā)布時(shí)間:2021-12-13 09:35:10  作者:劉哲 劉婧 王娜

  核心提示 隨著碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)穩(wěn)步推進(jìn),非化石能源發(fā)電在我國電源結(jié)構(gòu)中的占比將逐漸上升。從我國發(fā)展實(shí)際和技術(shù)現(xiàn)狀來看,電力系統(tǒng)升級(jí)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(gòu)建新型電力系統(tǒng)的背景下,需推進(jìn)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(dá)峰、碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

  構(gòu)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(guān)系經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的全局性、戰(zhàn)略性問題。現(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(fēng)、光等新能源發(fā)電具有隨機(jī)性、波動(dòng)性。儲(chǔ)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(yùn)行時(shí)間、成本疏導(dǎo)、站址選擇等因素,僅靠電化學(xué)儲(chǔ)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(jì)高效的脫碳策略。

  據(jù)中國電科院測算,基準(zhǔn)場景下,2030年同步機(jī)組的出力占總負(fù)荷之比大于50%的累計(jì)時(shí)段約達(dá)全年時(shí)長的100%;2060年同步機(jī)組出力占總負(fù)荷之比大于50%的累計(jì)時(shí)段仍達(dá)全年時(shí)長的53%。同時(shí),風(fēng)電、光伏發(fā)電機(jī)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(yùn)行機(jī)制仍是交流同步運(yùn)行。高比例新能源的接入和高比例電力電子設(shè)備的應(yīng)用,將導(dǎo)致電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)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(fēng)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(dòng)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(dǎo)致頻率下降至48.8赫茲。

  從國際經(jīng)驗(yàn)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(biāo)實(shí)現(xiàn)。德國“富煤、少油、少氣”的資源稟賦與我國相似。自2011年實(shí)施能源轉(zhuǎn)型計(jì)劃以來,德國為擺脫能源大部分依靠進(jìn)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(dá)56%,但仍保留了7840萬千瓦的化石能源發(fā)電裝機(jī)作為風(fēng)電、光伏發(fā)電等波動(dòng)性電源的應(yīng)急備用。其中煤電、氣電仍是最重要的化石電源,裝機(jī)7400萬千瓦,占總裝機(jī)的34%;發(fā)電量2470億千瓦時(shí),占總電量的43%。

  常規(guī)化石電源如何實(shí)現(xiàn)清潔化利用

  雖然構(gòu)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(duì)照碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo),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(jìn)煤電等化石電源的清潔化利用對(duì)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)至關(guān)重要。

  ●技術(shù)減碳實(shí)現(xiàn)低碳化

  一是實(shí)施化石電源清潔化改造,推動(dòng)自身提效減碳。以上

  海368萬千瓦需要等容量改造的煤電機(jī)組為例,按年運(yùn)行4120小時(shí)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(biāo)準(zhǔn)煤下降到270克標(biāo)準(zhǔn)煤,降幅近20%,同等電量下這部分煤電機(jī)組碳排放約1095萬噸,能夠降碳近20%。

  二是實(shí)施靈活性改造,配合新能源發(fā)電實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)減碳。目前我國煤電總裝機(jī)容量已近11億千瓦,若最低穩(wěn)燃負(fù)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(duì)沖新能源隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性等風(fēng)險(xiǎn),將大幅降低對(duì)配套儲(chǔ)能的建設(shè)需求,增加新能源消納潛力。

  ●原料脫碳實(shí)現(xiàn)近零碳化

  生物質(zhì)發(fā)電每發(fā)一千瓦時(shí)電,僅排放18克二氧化碳,且純生物質(zhì)作為發(fā)電燃料時(shí)與風(fēng)、光一樣,碳排放均按零排放計(jì)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(shí)還能減少燃煤機(jī)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(dá)國家成為主流的生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)。值得注意的是,當(dāng)燃煤電廠轉(zhuǎn)型成為純生物質(zhì)零煤電廠時(shí),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(diǎn)。

  ●碳捕集利用與封存實(shí)現(xiàn)負(fù)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(yùn)行下實(shí)現(xiàn)凈零排放。碳捕集利用與封存技術(shù)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(shí)利用二氧化碳產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益,是已知最主要的電源側(cè)負(fù)碳技術(shù)。

  我國碳捕集利用與封存項(xiàng)目起步較晚,各環(huán)節(jié)所需技術(shù)大部分還處在基礎(chǔ)研究階段。“化石電源+碳捕集利用與封存”模式的規(guī)?;瘧?yīng)用面臨高成本等挑戰(zhàn)。截至今年10月,全國碳市場碳排放配額成交價(jià)格約在40~50元/噸之間,但上海某電廠碳捕集等示范項(xiàng)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(yù)計(jì)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(jìn)一步降至140~410元/噸。

  隨著碳捕集利用與封存等負(fù)碳技術(shù)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(shí)現(xiàn)規(guī)?;瘧?yīng)用,填補(bǔ)風(fēng)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(guān)鍵作用。

  統(tǒng)籌安全、綠色、經(jīng)濟(jì),進(jìn)一步優(yōu)化電源發(fā)展策略

  “十四五”時(shí)期,應(yīng)堅(jiān)持清潔低碳是方向、能源保供是基礎(chǔ)、能源安全是關(guān)鍵、能源獨(dú)立是根本的基本原則,統(tǒng)籌安全、綠色、經(jīng)濟(jì),進(jìn)一步優(yōu)化電源發(fā)展策略,助力碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

  推動(dòng)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(dǎo)推動(dòng)化石電源清潔化、靈活性改造,進(jìn)一步深化“化石電源+碳捕集利用與封存”研究,實(shí)現(xiàn)化石電源清潔化利用。對(duì)于大受端電網(wǎng),還需要進(jìn)一步研究外來電和本地電之間的比例和關(guān)系、新能源發(fā)電和常規(guī)電源之間的比例和關(guān)系,保障電力安全可靠供應(yīng)。

  加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用,更好地適應(yīng)新能源發(fā)展。研究“雙高”特征下的電網(wǎng)安全控制技術(shù),進(jìn)一步提高新能源發(fā)電機(jī)組涉網(wǎng)性能,加快光熱發(fā)電技術(shù)推廣應(yīng)用;推進(jìn)大容量高電壓風(fēng)電機(jī)組和光伏發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新,加快大容量、高密度、高安全、低成本儲(chǔ)能裝置研發(fā);推動(dòng)氫能利用、碳捕集利用和封存等技術(shù)研發(fā)。

  聯(lián)合各方力量,優(yōu)化碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)路徑。從能源安全和電力保供實(shí)際出發(fā),在優(yōu)化電源布局、推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和落地上主動(dòng)引導(dǎo)、建言獻(xiàn)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)

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