自2020年9月我國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化“雙碳”目標(biāo)宣布以來(lái),有關(guān)政策指引不斷出臺(tái)。其中,最引人注目的是進(jìn)一步將“雙碳”目標(biāo)納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局,構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系,構(gòu)建以“新能源”為主體的新型電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵領(lǐng)域。中國(guó)電力系統(tǒng)產(chǎn)生的碳排放占全部碳排放的40%左右,單位發(fā)電量二氧化碳排放約為577g/kWh。在制定全行業(yè)減排規(guī)劃時(shí),電力系統(tǒng)將發(fā)揮舉足輕重的作用,并形成系統(tǒng)性帶動(dòng)和輻射效應(yīng)。因此,快速實(shí)現(xiàn)低碳化、提早邁入脫碳軌道、最終實(shí)現(xiàn)近零碳是中國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì),也是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的目標(biāo)與要求。
在探索落實(shí)這一宏大愿景之前,有必要回顧電力系統(tǒng)的“初心”與“本色”,從其本質(zhì)特征再出發(fā),才能夠切中挑戰(zhàn)、加速轉(zhuǎn)型、不負(fù)“使命”。
電力的第一個(gè)重要特性是供需必須實(shí)時(shí)平衡。相比其他商品的供需關(guān)系,電力的供需平衡關(guān)系體現(xiàn)出較為絕對(duì)的“實(shí)時(shí)性”,這一方面是由于電力的生產(chǎn)從物理性與經(jīng)濟(jì)性兩方面衡量,在很大程度上不能或不必存儲(chǔ);另一方面,電力的需求也在隨時(shí)隨地變化和波動(dòng),這種供需關(guān)系特征決定了電力的生產(chǎn)在很大程度上須隨需而變、即產(chǎn)即消。當(dāng)供應(yīng)稀缺時(shí),電力生產(chǎn)的邊際成本會(huì)急速攀升,甚至引發(fā)供需失衡。
電力的第二個(gè)重要特性是用戶的剛性需求。從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度看電力需求彈性較差,這一特征會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活質(zhì)量提高而更加顯著。從電力需求側(cè)看,兩大天然缺陷也使得電力需求趨于“剛性”。首先,需求側(cè)缺乏實(shí)時(shí)的計(jì)量與收費(fèi),電力用戶一般無(wú)法做到從價(jià)格角度進(jìn)行自身的需求管理或控制,從行業(yè)角度看也無(wú)法依據(jù)電力消費(fèi)的實(shí)時(shí)成本對(duì)消費(fèi)行為進(jìn)行引導(dǎo)或做出供需優(yōu)化。再者,電力用戶無(wú)需與電力供應(yīng)方事先簽約即可消費(fèi)電力,目前除了對(duì)階梯電價(jià)變化有提示之外,用電交易與其他交易不同,無(wú)合同上限、預(yù)期管理和總量控制,其“剛需”特征不僅在質(zhì)上表現(xiàn)明顯,在量上也會(huì)形成習(xí)慣和固有模式。
電力的第三個(gè)重要特性是電力網(wǎng)絡(luò)的“中介”作用。電網(wǎng)使得電力的大規(guī)模、大范圍應(yīng)用成為可能,而在集中式、大規(guī)模電網(wǎng)輸電模式下,物理學(xué)定律決定了電力供與需無(wú)法實(shí)現(xiàn)一對(duì)一匹配。電網(wǎng)的效率也會(huì)與電力生產(chǎn)能力和電力需求的匹配度形成正比,在電網(wǎng)重載甚至阻塞的情況下,電力需求與電力生產(chǎn)之間會(huì)形成較大的信號(hào)遲滯。
在以可再生能源為主的新型電力系統(tǒng)構(gòu)架下,可再生能源比重將不斷提高,電力系統(tǒng)的上述特征將更為突出。簡(jiǎn)言之,非水可再生能源輸出的波動(dòng)性加劇了供需實(shí)時(shí)平衡的沖突,而綠色電力的供應(yīng)曲線與電力需求曲線往往形成更高程度的失配。
作為對(duì)國(guó)計(jì)民生有重大影響的基本商品,毫無(wú)疑問(wèn),電力系統(tǒng)的“初心”是向社會(huì)提供可靠、經(jīng)濟(jì)、充分的電力。盡管有數(shù)字化、智能化和新型能源及技術(shù)突破等現(xiàn)代工業(yè)結(jié)構(gòu)給電力轉(zhuǎn)型帶來(lái)的新思路、新機(jī)遇,上述電力的“本色”決定了電力系統(tǒng)脫碳進(jìn)程中有幾個(gè)值得重視的疊加效應(yīng)帶來(lái)的挑戰(zhàn)。
一是剛性需求與負(fù)荷高速增長(zhǎng)疊加。盡管全球眾多經(jīng)濟(jì)體宣布了碳中和目標(biāo),全球電力需求仍呈上升趨勢(shì),到2050年需求量將翻番。我國(guó)經(jīng)濟(jì)仍處于較高速發(fā)展時(shí)期,預(yù)計(jì)到2030年,電力需求約達(dá)到11萬(wàn)億千瓦時(shí),年均增長(zhǎng)率約4%。這一較高增長(zhǎng)速度使得電力需求的剛性特征更為突出,需要持續(xù)不斷擴(kuò)大的電力生產(chǎn)能力才能滿足電力的需求,而在電力脫碳的前景和要求之下,負(fù)荷的增長(zhǎng)需要可再生能源以更快、更大規(guī)模的開(kāi)發(fā)來(lái)滿足。目前,我國(guó)提出到2030年風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到12億千瓦以上,這個(gè)目標(biāo)需要以更有力的行動(dòng)提高上限,而2/3以上電力增量需由可再生能源承擔(dān)。
二是可再生能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)對(duì)電力系統(tǒng)靈活性能力提出更高要求。傳統(tǒng)上,電力系統(tǒng)的靈活性需求來(lái)自實(shí)時(shí)平衡負(fù)荷的變化與波動(dòng),而非水可再生能源輸出具有強(qiáng)烈的波動(dòng)性,在電力脫碳場(chǎng)景下,電力系統(tǒng)必須面對(duì)實(shí)時(shí)平衡負(fù)荷加大規(guī)??稍偕茉丛斐傻碾p重波動(dòng)性。這種靈活性需求帶來(lái)的挑戰(zhàn)一方面會(huì)體現(xiàn)在對(duì)高效的、市場(chǎng)化的儲(chǔ)能技術(shù)的依賴,另一方面,能源轉(zhuǎn)型要求煤電大規(guī)模退出,化石能源無(wú)法或不適合全面承擔(dān)靈活性需求響應(yīng)的任務(wù),對(duì)其他需求響應(yīng)手段提出緊迫要求。
三是更大規(guī)模、更長(zhǎng)距離穩(wěn)定輸送的物理挑戰(zhàn)與大規(guī)模消納所需機(jī)制更新,使得電力系統(tǒng)“硬件”和“軟件”必須同時(shí)升級(jí)。眾所周知,我國(guó)可再生能源的資源分布與電力消納負(fù)荷中心在地理上逆向分布,西北及西南地區(qū)可再生能源資源豐富,東南沿海及中部地區(qū)則是電力負(fù)荷高度聚集的中心區(qū)域。根據(jù)北京電力交易中心的數(shù)據(jù),今年6月,在284億千瓦時(shí)的交易規(guī)模中,包括水電在內(nèi)的清潔能源共計(jì)138億千瓦時(shí),占比達(dá)49%,其中絕大多部分屬于跨省調(diào)度。未來(lái),預(yù)期仍需更大規(guī)模的輸電能力,更靈活、可靠的輸電技術(shù),更大范圍跨省區(qū)域輸送,以及更靈活的電網(wǎng)資源調(diào)度能力。
與此同時(shí),長(zhǎng)期實(shí)施的傳統(tǒng)發(fā)電的保障性收購(gòu)無(wú)益于電力脫碳的推進(jìn),在非市場(chǎng)環(huán)境下,可再生能源難以體現(xiàn)其邊際成本的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)缺乏市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)時(shí),電力的生產(chǎn)和輸送很難與消納側(cè)精確響應(yīng)和對(duì)接,以實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置,這也是未來(lái)電力市場(chǎng)的繼續(xù)深化改革的方向與重任。
在“構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”的全新理念框架下,我國(guó)電力系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)啟了邁向電力脫碳的征程,不斷嘗試與開(kāi)展政策試點(diǎn)和結(jié)合創(chuàng)新技術(shù)的商業(yè)模式探索。2020年年底,國(guó)務(wù)院發(fā)布《新時(shí)代的中國(guó)能源發(fā)展》白皮書,目前正在開(kāi)展多個(gè)“互聯(lián)網(wǎng)+ ”智慧能源示范項(xiàng)目。國(guó)家電網(wǎng)風(fēng)光儲(chǔ)輸一體化試點(diǎn)的先進(jìn)技術(shù)實(shí)踐與探索,破解大規(guī)模能源集中并網(wǎng)、集成應(yīng)用的難題,首創(chuàng)風(fēng)光儲(chǔ)輸聯(lián)合發(fā)電技術(shù)路線。南方電網(wǎng)以特高壓柔性直流輸電技術(shù)支撐大規(guī)模能源集中開(kāi)發(fā)與跨省區(qū)高效優(yōu)化配置。今年以來(lái),為促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的快速發(fā)展,應(yīng)對(duì)大規(guī)??稍偕茉撮_(kāi)發(fā)對(duì)系統(tǒng)靈活性的挑戰(zhàn),多個(gè)省份先后推出的“新能源+儲(chǔ)能”的發(fā)展政策與規(guī)定。近期,整縣(市,區(qū))推進(jìn)屋頂分布式光伏開(kāi)發(fā)試點(diǎn)工作已經(jīng)開(kāi)展,將促進(jìn)分布式可再生能源的快速、大規(guī)模發(fā)展。
盡管有著多元的嘗試與實(shí)踐,但對(duì)電力零碳發(fā)展面臨挑戰(zhàn)的應(yīng)對(duì)策略,對(duì)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的詮釋,以及對(duì)中國(guó)未來(lái)電力系統(tǒng)發(fā)展的態(tài)勢(shì),尚缺乏全行業(yè)、全方位、多層次、多緯度的深刻共識(shí)。因此,在此中國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展的歷史性時(shí)刻,亟需匯聚電力行業(yè)的決策精英、頂級(jí)專家與學(xué)者共同探索未來(lái)新型電力系統(tǒng)理念,洞察中國(guó)電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵要素,促進(jìn)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)最佳實(shí)踐,共同規(guī)劃中國(guó)電力脫碳路線圖,加速零碳電力系統(tǒng)愿景的落地。
原標(biāo)題:構(gòu)建面向碳中和的新型電力系統(tǒng):厘清挑戰(zhàn),加速轉(zhuǎn)型