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21|碳中和需求技術之電力供應端技術需求
2024-05-07


“能不能把這些分布廣、能量密度低的風、光資源利用起來,并保證電價相對便宜,研發出先進的技術,尤其是儲能技術是關鍵中的關鍵!”傳統上,電力供應系統包括了發電、儲能和輸電三大部分,從現在業界經常談到的“新型電力供應系統”的角度,還應把用戶也統籌考慮在內。

在這樣的電力供應系統中,碳中和本身的目標要求未來電力的70%左右來自風、光發電,其他30%的穩定電源、調節電源和應急電源也要盡可能地減少火電的裝機總量。正因為如此,未來需要促進發電技術、儲能技術和輸電技術這三方面的“革命性”進步。




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第一個組成部分:可再生能源

1、光伏發電技術:

雖已發展到可平價上網的程度,但這類技術在降成本、增效率上還有潛力可挖;

2、太陽能熱發電技術:

對電網友好,既可保證穩定輸出,也可用于調峰,但目前發電成本過高,未來應在材料、裝置上尋求突破;

3、風力發電技術:

也基本具備平價上網的條件,未來要在大功率風機制造、更高空間風力的利用、更遠的海上風電站建設上下功夫;

4、地熱能:

分布廣、總量大,但能量密度太低,如要將地熱用于發電,還得重點突破從干熱巖中提取熱能的技術;

5、生物質能:

也是可再生能源,目前生物質能發電技術是成熟的,但其在總的電力供應上的占比較為有限;

6、海洋能和潮汐能:

總量不小,但其利用技術有待進步;

7、傳統的水電:

我國開發程度已經較高,未來在雅魯藏布江、金沙江上游開發上還有較大潛力。

除以上可再生能源發電以外,社會公眾還得接受這樣的現實:要達到碳中和,核電還得較大程度地發展,因為核電應作為“穩定電源”的重要組成部分。此外,火電還得在“穩定電源”“應急電源”“調節電源”方面發揮作用,正因為如此,“無碳電力”在很長時期內是難以實現的,除非我們把火電站排放出的二氧化碳收集起來再予以封存或利用。


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第二個組成部分:儲能技術

儲能技術在未來的電力供應系統中將占有突出的位置,這是因為風、光發電具有天然波動性,用戶端也有波動性,這就需要用儲能技術作出調節。可以這樣說,如果沒有環保、可靠并相對廉價的儲能技術,碳中和目標就會落空。儲能是最重要的電力靈活性調節方式,包括物理儲能、化學儲能和電磁儲能三大類,而靈活性調節還有火電機組的靈活性改造、車網互動、電轉燃料、電轉熱等方式和技術。

1、物理儲能主要有四類:

一是抽水蓄能電站,它是最成熟的技術,我國以東部山地為依托,已建、在建和規劃中的抽水蓄能電站總量很大,但可再生能源豐富的西部如何建抽水蓄能電站還得探索。

二是壓縮空氣儲能,主要是利用地下鹽穴、礦井等空間,該類技術在我國還處在起步階段。

三是重力儲能,簡單地說是利用懸崖、斜坡等地形,電力有余時把重物提起來,需要電力時把重物放下用勢能做功,這類技術我國尚處在試驗階段。

四是飛輪儲能,這是成熟的技術,但其能量密度不高。

2、化學儲能

就是利用各類電池,大家熟知的有鋰電池、鈉電池、鉛酸(碳)電池、液流電池、液態金屬電池、金屬空氣電池、燃料電池(氫、甲烷)等。不同的電池有不同的應用場景,它們在未來的電力供應系統中具有不可或缺的地位,但今后會遇到電池回收、環保處理、資源供應等問題。

3、電磁儲能

主要是超級電容器和超導材料儲能,目前看,它的作用還有待觀察。現有四種:

火電機組的靈活性改造,是指使其“出工能力”具備靈活性,用電高峰時機組可以發揮100%發電能力,用電低谷時只“出工”20%或30%。這個技術一旦成熟,應該非常管用,尤其在實現“雙碳”目標的早中期階段,應將其作為主打技術。

車網互動,是指電動汽車與電網的互動。簡單地說,今后大量的電動汽車整合起來就是一個非常龐大的儲能系統,如果在電網電力有余時,它們中的一部分集中充電,而電力不足時,它們中的一部分向電網輸電,這樣就起到了平滑峰谷的作用。這個想法很美好,也有點“浪漫”,但如何將理論上的可能性轉化為實踐中的可行性,估計還得創新商業模式。

電轉燃料,就是把多余電力轉化為氫氣、甲烷等燃料,電力不足時再把燃料用于發電。

電轉熱儲能,則是用水、油、陶瓷、熔鹽等儲熱材料把多余的電轉化為熱儲存,需要時再為用戶放熱。


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第三個組成部分:新型電力系統

從實現碳中和的邏輯分析,我國未來的電網將有以下幾個突出特點:

遠距離的輸電規模將在現有的基礎上增加數倍,意味著要把西部的清潔電力輸送到東部消納區,輸電基礎設施建設的需求巨大;

為了統籌、引導大空間尺度上的發電資源和用戶需求,大電網應是基本形態;

貼近終端用戶(如工業園區、小城鎮等)的分布式微電網建設將受到重視,并將成為大電網的有效補充;

為解決波動性強的可再生能源占比高、電力電子裝置比例高的特點,需要在電網的智能化控制技術上實現質的飛躍。

從上面的介紹可知,建立一個新型電力系統,其實是逐步“擠出”火電的過程,或者嚴格地說,是一個把火電裝機量占比減到最小的過程,留下的火電也得作“清潔化”改造。我國具有充足的風能、太陽能,從理論上講,資源絕對足夠。

但能不能把這些分布廣、能量密度低的風、光資源利用起來,并保證電價相對便宜,研發出先進的技術,尤其是儲能技術是關鍵中的關鍵!


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