中國儲能網訊：當前，積極應對氣候變化、推動綠色低碳發(fā)展成為全球共識。隨著新一輪科技革命和產業(yè)革命深入發(fā)展，能源電力系統(tǒng)的安全高效、綠色低碳轉型及數(shù)字化智能化技術創(chuàng)新已成為全球發(fā)展趨勢。黨的二十大報告就深入推進能源革命、加快構建新型能源體系、確保能源安全等作出明確部署。
隨著新能源的高速發(fā)展，新能源滲透率上升對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行提出了眾多技術上、體制機制上的新挑戰(zhàn)，電力發(fā)輸配用系統(tǒng)的傳統(tǒng)邏輯也迎來顛覆性變革。近日，中國工程院院士、國家電網有限公司一級顧問、國家能源集團電力領域首席科學家黃其勵圍繞能源生產消費利用場景的變化趨勢、電力系統(tǒng)發(fā)展的新方向、氫能的角色定位和發(fā)展，系統(tǒng)闡述了關于新型電力系統(tǒng)建設的關鍵問題與破題路徑。
電力發(fā)展成果豐碩但仍任重而道遠
黃其勵表示，近年來，我國電力發(fā)展呈現(xiàn)出四大向好跡象：一是電力供應保障能力穩(wěn)步增強，二是電力綠色低碳轉型不斷加速，三是電力技術創(chuàng)新水平持續(xù)提升，四是電力體制改革攻堅成效突出。盡管成果豐碩，但黃其勵也表示，與西方發(fā)達國家碳達峰碳中和窗口期較長不同，我國碳達峰碳中和時間短、任務重，我國還處在邁向第二個百年奮斗目標新征程中基本實現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化的第一個階段，經濟發(fā)展與能源發(fā)展仍未脫鉤，諸多系統(tǒng)性、“卡脖子”難題還有待攻克。
第一，新能源發(fā)展面臨多重挑戰(zhàn)。長期以來，我國電源結構以煤電為主，靈活調節(jié)電源不足，需加強靈活調節(jié)電源和儲能設施建設，發(fā)揮負荷側調節(jié)潛力，在新能源發(fā)電快速發(fā)展形勢下，要提升電力系統(tǒng)的安全性、靈活性，以確保支撐能源電力低碳轉型。尤其是西部、北部、西南部新能源集中開發(fā)、遠距離大規(guī)模輸送，對電網安全穩(wěn)定運行提出更高要求，東中部分布式電源快速發(fā)展，需要進一步提升配電網智能化水平和承載能力?！斑^去我們電力裝機主體是相對穩(wěn)定、可調的煤電和水電，未來將轉向以不穩(wěn)定的新能源為主；過去是發(fā)輸配用瞬時平衡的剛性平衡電網，未來將轉向能源生產和消費雙向轉化的柔性多元電網；電網的結構形態(tài)也將從逐級升壓逐級降壓、單向潮流為主的傳統(tǒng)電網，轉向交直流混聯(lián)、微電網、局部電網、用戶可調負荷等兼具各種新負荷特性的綜合性電網。”黃其勵指出。
第二，能效水平亟待提高。目前，我國能源利用方式比較粗放，能源效率偏低。我國單位GDP能耗是全球平均水平的1.4倍，發(fā)達國家的3~4倍，能源科學消費和碳排放“雙降”，還有較大提效空間。亟待樹牢節(jié)能提效是“第一能源”理念，加快形成科學合理、簡約適度、綠色低碳的生產生活方式，培育綠色、健康消費習慣，增強全社會節(jié)能意識。
第三，科技創(chuàng)新能力亟須增強。隨著能源轉型深入推進，電力系統(tǒng)技術創(chuàng)新進入“無人區(qū)”，許多傳統(tǒng)理論將出現(xiàn)革命性、顛覆性變化，諸多技術創(chuàng)新沒有現(xiàn)成的經驗可以借鑒?；A研究能力仍存在近、中、長期短板，建設新型電力系統(tǒng)的理論創(chuàng)新、技術突破、基礎材料、元器件、軟件等方面存在不足。黃其勵指出：“電力系統(tǒng)不論是在基礎理論、工程技術還是平衡特性上，都會出現(xiàn)巨大的變化和挑戰(zhàn)，我們需要進一步加大力度，從技術研究到工程應用，努力深化創(chuàng)新，提供完整可行的解決方案?！?
“三化五新”成為電力發(fā)展新特征
眾所周知，實現(xiàn)“雙碳”目標，能源是主戰(zhàn)場，電力是主力軍，電網是排頭兵。近期，國家能源局發(fā)布《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍皮書》，全面闡述了新型電力系統(tǒng)的內涵特征、發(fā)展路徑?！端{皮書》指出，新型電力系統(tǒng)是新型能源體系的重要組成和實現(xiàn)“雙碳”目標的關鍵載體。那么新型電力系統(tǒng)，到底“新”在哪里？
黃其勵將新型電力系統(tǒng)的“新”總結為“三化五新”：能源生產加速清潔化、能源消費高度電氣化、能源利用高效化，電源出現(xiàn)新結構、負荷出現(xiàn)新特性、電網出現(xiàn)新形態(tài)、技術出現(xiàn)新基礎、運行出現(xiàn)新特性。
“三化”意味著能源生產、消費、利用場景均出現(xiàn)前所未有的變革——能源生產方面，能源主體調整帶來電源主體的顛覆性變化，電源從以可控常規(guī)電源為主體，逐步轉換為以隨機性“靠天吃飯”的新能源為主體，引起電力系統(tǒng)運行特性改變；能源消費方面，能源深度脫碳使電能成為能源主體，帶來社會生產生活用能方式轉變，終端用能方式向電氣化、智能化發(fā)展；能源利用方面，能源轉化及利用效率需要提升，以電為樞紐的能源資源配置方式將進一步提升和加強，涉及到網絡資源及模式匹配的變革。
“五新”是指電源新結構、負荷新特性、電網新形態(tài)、技術新基礎、運行新特性——一是電源結構由連續(xù)可控出力的煤電占主導，向強不確定性、弱電網友好型的新能源發(fā)電占比大幅度提升轉變；二是負荷特性由傳統(tǒng)的剛性、單向、發(fā)-輸-用瞬時平衡型，向柔性、多元以及生產與消費柔性互動、多元以及生產與消費雙向型轉變；三是電網形態(tài)由單向、逐級升/降壓輸電為主的剛性傳統(tǒng)電網，向包括交直流混聯(lián)大電網、微電網、局部直流電網和可調節(jié)負荷的能源互聯(lián)網轉變；四是技術基礎由同步發(fā)電機為主導的機械電磁系統(tǒng)，向由電力電子設備和同步機共同主導的混合系統(tǒng)轉變；五是運行特性由源隨荷動的實時平衡、大電網一體化控制模式，向源網荷儲協(xié)同互動的非完全實時平衡大電網與分布式微電網協(xié)同控制模式轉變。
“新型電力系統(tǒng)以滿足經濟社會高質量發(fā)展的電力需求為首要目標，以高比例新能源供給消納體系為主線，以源網荷儲多元協(xié)同靈活互動為任務，以堅強智能柔性電網為核心平臺，以技術創(chuàng)新和體制機制創(chuàng)新為基礎，新型電力系統(tǒng)是我國實現(xiàn)中國式現(xiàn)代化的關鍵。”黃其勵總結道。
氫能全面發(fā)展關鍵在于降低成本
隨著具有隨機、波動、弱可控特征的新能源在電力系統(tǒng)中的滲透率逐步攀升，新型電力系統(tǒng)調節(jié)能力不足的矛盾愈發(fā)突出。目前，抽水蓄能等常規(guī)儲能所占比例尚不高，電化學儲能、壓縮空氣等新型儲能方式剛剛起步，只能滿足小時級、跨日的短期儲能需求。受溫室氣體排放和厄爾尼諾現(xiàn)象影響，全球氣溫飆升、異常氣候模式出現(xiàn)，比如“極熱無風”以及綿長的雨季，復雜氣候對新能源發(fā)電出力影響加大。電力系統(tǒng)急需尋找能夠滿足跨周乃至跨季需要的長周期儲能介質，降低供電成本，提高電力系統(tǒng)調節(jié)能力和吸納能力，而氫能或許就是解題的密鑰。
“氫能可作為各類能源之間的橋梁，與化石能源和可再生能源實現(xiàn)雙向聯(lián)動，通過平抑、吸納新能源的波動，以及部分替代化石能源，提高清潔能源在能源結構中的占比，助力新型能源系統(tǒng)的安全保障。”黃其勵介紹道。他還指出，氫能屬于技術密集的高科技行業(yè)，行業(yè)鏈條長、關聯(lián)產業(yè)多，從制氫、儲氫到用氫環(huán)節(jié)多，關鍵在于實現(xiàn)氫能產業(yè)核心技術、關鍵設備、重要原材料的自主化和降本增效。
成本始終是氫能應用推廣需要突破的門檻。以氫能產業(yè)下游環(huán)節(jié)為例，三年前，國內氫燃料電池系統(tǒng)的報價約為6000元/千瓦，而今年，價格已降至原來的一半，且系統(tǒng)質量也有所提升。黃其勵說：“我國燃料電池產品功率已經達到了200千瓦，部分產品達到250千瓦~300千瓦，使用壽命可以達到20000小時，系統(tǒng)成本2000~3000元/千瓦，具有一定的競爭力。將來我們需要更大的規(guī)模、更低的成本、更好的經濟性和環(huán)保性，促進氫能產業(yè)技術全方位發(fā)展?！?
展望未來，一方面，氫能在新型電力系統(tǒng)中可以起到支撐和調節(jié)的作用，另一方面，氫能未來可以成為國家能源體系的重要組成部分。黃其勵將新能源和氫能比作一對情侶，兩者在促進對方發(fā)展的同時，自身也得到了發(fā)展。他建議在兩者的發(fā)展上加強技術研發(fā)、努力協(xié)同創(chuàng)新、推進產業(yè)示范、完善標準管理。
“氫電耦合未來有三個方向，‘電—氫’、‘氫—電’和‘電—氫—電’雙向，這對‘戀人’永遠手牽手在一起?！秉S其勵表示。
第一種方向是需求側“電—氫”單向氫電耦合的應用，以綠色氫能為燃料，為氫能車、重卡車和河流船舶提供動力。西北、東北、東南、中南地區(qū)都在推動氫能重卡等工具車的示范應用。根據中國氫能聯(lián)盟研究院預測，到2030年交通用氫折算用電量約1650億千瓦時，對應的電解槽裝機4000萬千瓦。在需求側的工業(yè)場景，將綠色氫能作為原料，去替代灰氫和煤炭的工業(yè)應用。未來可圍繞大型化工基地和冶金工廠開展應用，以鄂爾多斯、寧東、榆林等大型能源化工基地和河北、山東、江蘇鋼鐵生產基地為核心進行應用。
電源側“電—氫”的單向氫電耦合應用也具有現(xiàn)實意義。在應用模式上，是“新能源-電力-氫能”的單向轉化，在新能源出力高峰時期進行轉化存儲。從規(guī)模能力上看，根據中國氫能聯(lián)盟研究院預測，2030年我國具備電解槽8000萬~1億千瓦的裝機；至2060年具備電解槽5億~8億千瓦。
第二種方向是“氫—電”單向氫電耦合應用，應用模式是通過氫能電站協(xié)同摻氫/純氫燃氣輪機，在負荷高峰時提供頂峰作用。歐美國家頂峰應急電源以天然氣發(fā)電為主，天然氣發(fā)電調峰能力強、靈活機動，但我國屬于“貧氣”的國家，氫能則是天然氣的“平替”乃至“上位替代品”。在規(guī)模能力上，隨著技術成熟和產業(yè)規(guī)?；l(fā)展，氫儲能參與頂峰發(fā)電將在中遠期具備一定的市場空間。
第三種方向是“電—氫—電”雙向氫電耦合應用。在應用模式上，在新能源大發(fā)或用電低谷時制氫，在用電高峰或新能源不足時利用氫能發(fā)電上網。氫能及其衍生品有作用周期長、規(guī)模大的優(yōu)勢，可成為抽水蓄能、電化學儲能等儲能技術的有效補充，聯(lián)合配置，推動各類儲能技術的協(xié)同發(fā)展。
最后，黃其勵呼吁以氫電耦合為支撐，加快構建新型能源體系。新型電力系統(tǒng)是新型能源體系的重要組成部分，我們要深刻理解把握構建新型電力系統(tǒng)的價值判斷和方法論，分三步走，通過加速轉型期(當前至 2030年) 、總體形成期(2030 年至2045 年) 、鞏固完善期 (2045年至 2060 年)，向著碳達峰碳中和目標穩(wěn)步邁進。雖任重道遠，但務期必成，喚起工農千百萬，同心干。
