能源谋变:谁是零排放的关键先生?

◆ 作为世界上最大的发展中国家、世界上最大的以煤电为发展基础的国家,无论从能源量级、能源结构还是能源增长的需求来看,控制能源电力行业的碳排放,都是贯彻落实“30·60”双碳目标的重中之重

◆ 未来,随着电力体制改革的不断深化,我国能源电力系统的结构形态、运行控制方式及商业与管理模式,将发生根本性变革

本期《瞭望》专题报道《能源谋变》,共5篇,今日整组播发:

能源谋变

“到2030年,中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。”

2020年12月12日,中国在联合国气候雄心峰会上的郑重宣布,量化了“30·60”碳减排的阶段性目标,昭告了具体实现路径。

实现“碳达峰、碳中和”目标,意味着绿色发展与高效发展将成为我国能源体系建设的未来方向。

目前,占我国碳排放总量85%左右、占温室气体排放总量75%左右的行业是能源电力

作为世界上最大的发展中国家、世界上最大的以煤电为发展基础的国家,无论从能源量级、能源结构还是能源增长的需求来看,控制能源电力行业的碳排放,都是贯彻落实“30·60”双碳目标的重中之重。

2021年3月15日,中央财经委员会第九次会议强调,“要构建清洁低碳安全高效的能源体系,控制化石能源总量,着力提高利用效能,实施可再生能源替代行动,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。”

新型电力系统的提出,指明了能源电力系统的减排发展之路。大力发展新能源,将成为建设清洁低碳安全高效现代能源体系的有力抓手。

尽管我国的新能源开发利用较晚,但相关探索成效显著。

水电、风电、光伏发电、生物质发电装机容量分别连续16年、11年、6年和3年稳居全球首位。2019年非化石能源占能源消费总量比重达15.3%,比2012年提高了5.6个百分点。2019年碳排放强度比2005年下降48.1%,扭转了碳排放快速增长的局面。这背后,正是能源供给侧和消费侧的持续优化。

▲ 河北省张家口市张北县国家风光储输试验示范项目基地 宋鹏涛摄

未来,我国将制定更积极的新能源发展政策,至2030年实现风电光伏装机12亿千瓦以上,将超过当前煤电近11亿千瓦的体量。随着新能源发电与储能技术更紧密地结合,装机体量与利用效率并行提升,其与传统化石能源的角色,将发生实质性的转换。随着新能源技术不断创新升级,其对于减少碳排放的作用,将愈发明显。

新型电力系统的提出,亦明确了推动传统电力系统转型发展的迫切性。构建清洁低碳安全高效的现代能源体系,要求电力系统在技术创新、体系建设、体制机制等方面进一步突破。

未来,随着电力体制改革的不断深化,我国能源电力系统的结构形态、运行控制方式及商业与管理模式,将发生根本性变革。随着信息通信技术和能源管理技术的进步,我国能源电力系统将朝着“清洁化、综合化、智能化、去中心化”方向发展。随着高比例可再生能源分布式能源系统的广泛建设,以去中心化为特征的新型能源主体,将成为电力市场的重要组成部分。

面对错综复杂的国内国际形势,实现能源电力的清洁转型,不仅是破解日益严峻的能源、环境问题的需要,兑现“30·60”双碳目标承诺的需要,它更是一场发展革命。

分布相对均衡的新能源,将助力新型城镇化建设,改变传统的城乡二元结构,为乡村振兴和农村现代化找到新的突破口。可再生能源互联网与通信互联网、交通运输互联网“三网融合”,将重塑产业链,催生新经济体系,极大地提升劳动效率和社会生产力。随着更大规模低成本的可再生能源发电供给越来越多,很多以前难以电气化的工业领域将实现碳中和。

“能源生产电力化,电力生产清洁化”,是创新、协调、绿色、开放、共享新发展理念的贯彻落实。它不仅会在中国国内掀起一场工业发展模式和社会经济发展模式的变革,亦将在世界范围内树立一个样板——摆脱了边发展边污染的老路、开启零碳社会的现代化实践。

这种高效益低成本、资源节约和环境友好的新能源驱动的新型现代化路径,将为发展中国家的现代化提供新的选择,为人类发展贡献中国方案,亦将使中国在全球形成新的竞争力。

谁是零排放的关键先生

◆12亿千瓦是当前新能源装机量的两倍多,超过了当前煤电近11亿千瓦的体量

◆ 随着风机技术的进步和特高压输电工程的发展,西北风电的大基地平价项目将有很多新的发展空间;中东部地区将发展分散式风电;海上风电、海上工程和海上装备的成本预计未来几年将明显下降,海上风电将迎来高速发展

◆ 据国家能源局统计,2020年全国水电“弃水”主要发生在四川,四川又主要集中在大渡河干流,约占全省“弃水”电量的53%。与此同时,四川也面临着缺电隐忧

◆ 国家停止新能源补贴后,新能源企业可以通过“绿证”来填补这部分空缺,但必须要让消费企业通过使用绿电来获得经济上的收益

文 |《瞭望》新闻周刊记者 杜刚 杨迪 郭燕

薪柴、煤炭、石油、太阳能……能源不仅见证同时也在推动着人类文明不断发展。在应对全球气候变化中,能源行业正成为先行军。中国、美国、欧盟、英国、日本等均制定了明确的碳中和时间表,吹响了全球能源结构从化石能源为主体向可再生能源转型的号角。

作为当今世界能源利用效率提升最快的国家,为了实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的双碳目标,中国的能源电力行业正在迎来变革——电力系统中的主力军煤电与替补队伍可再生能源,未来将发生角色转换。

▲ 位于四川省宁南县和云南省巧家县交界处金沙江干流下游河段上的白鹤滩水电站(5月31日摄)王冠森摄

提法变了

碳达峰是指二氧化碳的排放量不再增长,达到峰值之后逐步降低。碳中和是指通过节能减排、技术创新等途径,抵消排放的二氧化碳,实现“零排放”。

3月15日召开的中央财经委员会第九次会议(下称会议)提出,要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局,拿出抓铁有痕的劲头,如期实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标。这次会议,更清晰地谋划了“十四五”期间碳达峰、碳中和工作的“施工图”——从能源体系、重点行业、绿色低碳技术、绿色低碳政策和市场体系、绿色低碳生活、生态碳汇能力、国际合作等7个方面进行了部署。

国网新疆电力有限公司经济技术研究院院长赵志强认为,中国现在距碳达峰只有不到10年时间,从碳达峰到碳中和也只有30年时间,时间紧、压力大,所以“十四五”必须取得实质性进展,才能保障碳达峰及后续的碳中和目标如期实现。可以说,“十四五”是落实双碳目标的关键期、窗口期。

能源的清洁低碳化,是会议对碳达峰进行部署的第一项重点工作。会议指出,“要构建清洁低碳安全高效的能源体系,控制化石能源总量,着力提高利用效能,实施可再生能源替代行动,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。”此前的2020年底,国家能源局的相关表述是,“构建适应高比例可再生能源发展的新型电力系统。”

受访专家认为,对新型电力系统的新提法,一方面更加明确了新能源在新型电力系统中的主导地位,意味着以风电和光伏为主的新能源将迎来爆发式增长,新能源在一次能源消费中的比重将持续提升;另一方面则更加明确了推动新型电力系统转型发展的迫切性——新型电力系统的发展目标是构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系,目前的电力系统还不能满足这一发展要求,因此,还需要在电力系统技术创新、体系建设、体制机制等方面进一步突破,加快推进电力系统转型发展。

谁把局面扭转了

实现碳达峰目标,为什么要建立新能源为主体的新型电力系统?

厦门大学中国能源政策研究院院长林伯强解释,我国的资源禀赋是“富煤、贫油、少气”,过去,能源消费结构中化石能源消费量占比约85%,化石能源的二氧化碳排放量,75%是由煤炭消耗导致的。以煤电为主的能源消费结构若继续保持下去,就不能实现“30·60”双碳目标,“新型电力系统要实现低碳化,就必须让非化石能源在其中占据主体地位”。

我国的可再生能源开发利用较晚,但在这一领域的探索成效显著。去年底发布的《新时代的中国能源发展》白皮书显示,2019年碳排放强度比2005年下降48.1%,超过了2020年碳排放强度比2005年下降40%~45%的预定目标,扭转了二氧化碳排放快速增长的局面。这背后,是能源供给侧和消费侧的持续优化。

一方面,在能源供给侧,水电、风电、光伏发电、生物质发电装机容量分别连续16年、11年、6年和3年稳居全球首位。特别是2010年以来,我国在新能源发电领域累计投资约8180亿美元,占同期全球新能源发电建设投资约三成。

另一方面,能源消费结构加快向清洁低碳转变。白皮书显示,2019年我国煤炭消费占能源消费总量比重为57.7%,比2012年降低10.8个百分点;天然气、水电、核电、风电等清洁能源消费量占能源消费总量比重为23.4%,比2012年提高8.9个百分点;非化石能源占能源消费总量比重达15.3%,比2012年提高5.6个百分点。

未来,随着我国新能源装备制造业不断创新升级,新能源在减少碳排放中起到的作用将越来越明显。

我国风电制造头部企业之一新疆金风科技股份有限公司董事长武钢介绍,今年1月,金风科技和全球权威的第三方机构瑞典环境科学研究院合作,完成了GW155-4.5和GW136-4.2两款风机的全生命周期环境影响评估,发布了我国首个风机环境产品声明:两款风机在整个生命周期的单位发电量对应二氧化碳排放分别为7.25克/度和8.04克/度,不到火电的1%。两款风机在分别运行6个月和6.4个月后所产生的能源量,便可抵消其在全生命周期中所消耗的能源量。

我国光伏制造头部企业之一协鑫集团执行总裁沈承勇介绍,目前世界上绝大部分厂家生产的光伏产业所需的硅料,均采用传统的改良西门子法,这是最为成熟、应用最广泛的工艺技术。而该集团旗下保利协鑫能源控股有限公司历经10年探索与创新,推出了完全自主创新工艺——硅烷流化床法(FBR)制备颗粒硅,去年下半年万吨级生产线已正式量产。光伏产业链分别对FBR颗粒硅和改良西门子法生产的多晶硅组件进行碳足迹溯源后发现,仅在硅料环节,生产1吉瓦颗粒硅就可减排13万吨二氧化碳,较改良西门子法降低74%;从整个产业链来看,生产1吉瓦组件至少可降低二氧化碳排放量47.7%。

新能源装机量将超煤电

国家能源局的数据显示,截至2020年底,我国可再生能源发电装机总规模达到9.3亿千瓦,占总装机的42.4%。其中水电3.7亿千瓦、风电2.8亿千瓦、光伏发电2.5亿千瓦、生物质发电2952万千瓦。

国家能源局主要负责人表示,未来将制定更积极的新能源发展政策,锚定2030年非化石能源消费比重25%和风电光伏装机12亿千瓦以上的目标,构建清洁低碳、安全高效的能源体系。12亿千瓦是当前新能源装机量的两倍多,超过了当前煤电近11亿千瓦的体量。

各种新能源的发展动力和趋势如何?业内人士分享了他们的观点。

——长期来看,海上风电发展潜力大。

国家能源局的数据显示,到2020年底,全国陆上风电累计装机2.71亿千瓦、海上风电累计装机约900万千瓦。西北、华北、东北仍是陆上风电场集中区域;山东、江浙、福建、广东等中东部沿海经济发达、负荷集中地区则是海上风电市场发展迅速。

新疆金风科技股份有限公司旗下天润新能创新经理刘昊分析,随着风机技术的进步和特高压输电工程的发展,西北风电的大基地平价项目将有很多新的发展空间;中东部地区将发展分散式风电;海上风电、海上工程和海上装备的成本预计未来几年将明显下降,海上风电将迎来高速发展。

和君国有资本与国企改革研究中心专家任明涛介绍,海上风电与陆上风电相比有几个优势:一是距离用电负荷中心近。海上风电场一般都在沿海一两百里处,离主要的经济圈比较近,并且常年有风,不需要长距离运输,符合用电负荷中心的需求。二是海上风机利用效率更高。在同等海拔,海上的风速要显著高于陆上风速,海上风电风能资源的能源效益比陆地风电高20%~40%。三是海上风机不占用土地资源,不会对居民和生物产生太大影响。

——光伏成本大幅降低,集中与分布并重。

我国光伏产业经过20年的发展,已经实现了光伏制造业产量、装机量和发电量三个世界第一,成为一张闪亮的“中国名片”。我国光伏产业头部企业之一隆基绿能科技股份有限公司副总裁李文学认为,双碳目标的提出,为光伏产业发展带来了前所未有的历史机遇。

李文学介绍,光伏产业多年来技术进步很快,超出人们预期。2008年,我国单晶硅片的市场价格约为100元/片,现在已降至3元多;组件当年30多元/瓦,现在是1.8元/瓦。光伏设备没有转动部件,运行维护简单,大规模应用后,运维成本也较低。目前,光伏发电在全球绝大多数国家和地区是最便宜的电力能源。“将来技术继续进步的空间还很大,成本还可能进一步降低。”

沈承勇认为,当前光伏产业的发展趋势可以从两个层面来看:一是从技术角度看,随着储能技术的进步,“光伏+储能”会解决光伏电力不稳定的难题,减少对电网的冲击;二是从经济角度看,随着光伏产业技术迭代发展,成本逐步降低,每度电的上网成本可以低至0.16元,即使政府不补贴,也可以在能源市场有很强的竞争力。“未来10年到20年,光伏是前景最明朗的新能源产业。”沈承勇的语气充满信心。

对于光伏产业集中式电站和户用分布式两种发展方式,沈承勇认为,未来这两种方式需要并重发展,光伏集中式电站好比高速公路,户用分布式光伏则可以看作省道、县道,两种发展方式有不同用途,一定会并存。

——光热电站尚需寻求突破。

在新能源行业中,太阳能光热发电是新型发电方式。其中熔盐塔式光热发电是目前较受欢迎的技术路线,原理是将太阳光通过镜面集中反射到吸热塔形成热能,再通过传统发电技术将热能转化为电能。

2016年,国家为了支持太阳能光热发电产业,在全国推出了20个示范项目,分布在新疆、甘肃、青海等地。一相关投资人介绍,太阳能光热发电产业链条长,属于资金密集型、技术密集型产业,在短时间内很少有企业能正常投产。据不完全统计,此前的20个示范项目,截至目前仅有8个项目并网。这名投资人介绍,国内不少企业不掌握核心技术,只能作为承包商来进行项目建设。

——水电正形成梯级滚动开发之势。

根据国家能源局的数据,截至2021年3月底,全国水电装机容量约为3.71亿千瓦。因开发规模最大、技术最成熟、经济性最强,水电已成为我国目前最重要的清洁能源种类。我国不仅是水电大国,还是水电装备大国,水电装备国产化水平很高。

四川、云南是我国水电装机规模最大的省份。目前,正在建设中的乌东德、白鹤滩,以及已经建成投运的溪洛渡、向家坝等四座水电站,将在金沙江下游河段形成4646万千瓦装机的水电集群。形成梯级滚动开发之势后,金沙江下游水电站还将与三峡、葛洲坝电站联合调度,发挥出巨大的综合效益,标志着世界上最大清洁能源走廊初步建成。

当前,我国水电开发项目多位于川滇两省,不过两省的水电发展也面临着一系列“新愁旧困”,特别是自“十二五”以来出现了水电大规模“弃水”问题。据国家能源局统计,2020年全国水电“弃水”主要发生在四川,四川又主要集中在大渡河干流,约占全省“弃水”电量的53%。与此同时,四川也面临着缺电隐忧。

“一边在‘弃水’,一边又缺电,这种矛盾反映出四川电力行业的结构性问题。”四川省能源局有关负责人解释,四川水电“弃水”主要发生在汛期,缺电主要是因水电先天不足、“丰余枯缺”导致的冬季季节性缺电,以及成渝地区双城经济圈加快建设带来的成都及其周边的区域性缺电。

国网四川省电力公司副总工程师、调度控制中心主任李镇义介绍,近年来,通过着力提升外送能力、促进本地消纳、加大市场化交易力度等举措,四川省花大力气使“弃水”电量连续四年同比下降,水能利用率在2020年底达到了国家《清洁能源消纳行动计划(2018—2020年)》要求的目标。“十四五”时期,随着成渝地区双城经济圈建设国家战略的加快实施,川渝地区将成为高质量发展的重要增长极,电力供需形势将在未来两三年出现“拐点”。当前,急需加快推动连接川西水电群和成都负荷中心的1000千伏四川特高压交流电网落地开建。

大连理工大学水利工程学院教授程春田认为,在电化学储能技术的规模、经济性、安全性目前尚不足以支撑上述需求的情况下,如何利用好世界独一无二的水电资源禀赋,利用水电基地干流多个龙头水电站巨大的梯级杠杆效应,通过梯级水电功能再造,加建季节性抽水蓄能电站,进一步提升水电灵活性,构建以水电基地为核心的国家、区域灵活性调节枢纽风光大规模集中消纳技术体系,将是未来很长一段时间内实现我国双碳目标的可靠和现实选择。

也有不同观点认为,水电会受到技术和可开发量的限制。由于前期国家对水电大规模集中开发较多,剩余水电可开发空间有限。随着水电开发难度增加,综合造价会逐步上升,开发规模会逐渐趋缓。加之生态、民生等因素,水电装机增长空间有限。

——生物质发电成有益补充,也需“减污降碳”。

目前,可再生能源中装机最少的是生物质发电。生物质发电作为可再生能源利用的一种形式,主要包括沼气发电、垃圾发电等形式和技术。业内人士分析,作为新能源电源发展的有益补充,未来生物质发电装机规模将呈缓慢上升趋势,考虑到生物质发电同样存在二氧化碳排放的问题,中期可能要“减污降碳”。

林伯强认为,可再生能源发电与储能技术相结合,才是推动其大规模应用的关键。这种结合不仅可以有效提升可再生能源发电的可靠性和稳定性,同时可以降低电力系统的碳排放,推动双碳目标实现。

▲ 中交一航局海上施工人员在进行海上风电大直径嵌岩单桩施工作业(5月21日摄) 魏培全摄/本刊

平价时代的新挑战

国家能源局的数据显示,2020年我国风电和光伏发电总量合计仅占当年发电总量的9%左右。在这样的情况下,推动实现双碳目标,除了要提升可再生能源装机体量,还要提升其利用效率。

近日国家发改委发布《关于2021年新能源上网电价政策有关事项的通知(征求意见稿)》,明确提出2021年起对新备案集中式光伏电站、工商业分布式光伏和新核准陆上风电项目发电中央财政不再补贴。补贴“断奶”后,新能源在供给侧形成新的商业模式,在消费侧建立更有利于促进可再生能源消纳的电力市场,就成为提高利用效率的关键问题。

刘昊认为,从新一轮电改、新能源参与市场化交易以及最新发布的新能源上网电价政策所释放的信号可以看出,新能源电价走进平价时代,将引导全行业寻找转型的机会,发展更多的细分新型服务。对新能源企业而言,具备更强的风资源预测、发电量预测、政策研究、绿电销售、碳资产交易能力,将尤为关键。

从消费侧来说,作为社会用电主力的企业如何使用更多绿色电力是关键。记者调研发现,许多企业还不愿意主动消费绿色电力。有一些企业有购买绿电的意愿,这种意愿来源于上游跨国企业的要求。客观来说,绿电存在一定的价格劣势,消费成本相对较高。现在企业要用绿电,如果自己去建一个新能源电站,它们一般不愿意去做;如果从国家可再生能源信息管理中心购买“绿证”,也会额外增加企业的运营成本,所以近些年来“绿证”的推广并不快。

清华大学中国碳市场研究中心主任段茂盛认为,国家停止新能源补贴后,新能源企业可以通过“绿证”来填补这部分空缺,但必须要让消费企业通过使用绿电来获得经济上的收益。同时,要加强可再生能源配额管控,要求售电公司出售的电必须有一定比例的可再生能源是较为现实的选择。

此外,多位受访专家表示,随着新能源占比快速提高,为消纳新能源付出的系统成本将会明显上升,电力系统源网荷储各环节建设和运营成本都要增加,且新能源发电成本下降不能完全实现对冲。与此同时,社会各界对于降电价的呼声和期盼仍然强烈。因此,未来需要着力疏解供应侧成本上升与需求侧降低用电成本的矛盾,努力实现电力安全、绿色、廉价三者的综合平衡。LW

化石能源总量控制之后

◆传统化石能源发电要逐步从主体电源先向灵活调节的电力电量型电源过渡,进而向单一调节功能型

◆ 电源转变,最终成为提供备用服务的、应对突发事件的非常规的战略备用电源

◆煤电发展的重心要转向挖掘现有机组的灵活调节能力

◆ 新型电力系统所要求的电源主体地位更新换代,并不是简单的此消彼长或替代竞争

文 |《瞭望》新闻周刊记者 刘羊旸 安娜

碳达峰、碳中和与低碳化已经成为我国能源发展的硬约束。未来,随着以新能源为主体的新型电力系统的不断构建,化石能源将何去何从?

煤电未来的角色是兜底保障

“我国的能源结构以高碳的化石能源为主。化石能源燃烧不但是二氧化碳等温室气体的主要来源,燃烧产生的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等也是当下大气污染物的主要来源。”生态环境部部长黄润秋说,调整能源结构、产业结构不仅可以减少碳排放,也从根源上降低了污染物排放。

“从长远看,减污降碳是保障我国能源安全的战略选择。随着能源清洁低碳转型深入推进,我国将逐步摆脱化石能源依赖。”国家能源局局长章建华表示。

华北电力大学教授袁家海认为,随着新型电力系统建设的推进,传统化石能源发电要逐步从主体电源先向灵活调节的电力电量型电源过渡,进而向单一调节功能型电源转变,最终成为提供备用服务的、应对突发事件的非常规的战略备用电源。

“长期来看,新能源在电力系统中的地位和作用会越来越凸显。同时,化石能源发电在其中的贡献会呈现下降的趋势。”北京燃气研究院副院长白俊说。

根据有关研究机构初步测算,到2060年,我国非化石能源消费占比将由目前的16%左右提升到80%以上,非化石能源发电量占比将由目前的34%左右提高到90%以上,建成以非化石能源为主体、安全可持续的能源供应体系,实现能源领域深度脱碳和本质安全。

国家能源局日前公布的《2021年能源工作指导意见》称,2021年我国煤炭消费比重将下降到56%以下。2021年将因地制宜推进实施电能替代,大力推进以电代煤和以电代油,有序推进以电代气,提升终端用能电气化水平。

专家表示,未来煤电将更多发挥兜底保障作用,定位将由主体性电源向提供可靠容量、调峰调频等辅助服务的基础性电源转型,更多承担应急备用和调峰角色。

▲ 4月28日,国网山东淄博供电公司技术人员巡检光伏电站 远德亮摄

能源企业的新布局

4月23日,在塔克拉玛干沙漠,中国石化西北油田自主研发的首座移动式光伏发电站试运行成功。这座电站利用“退井还林”后闲置的井场光伏板和蓄电池等设备建造而成,采用并网、离网双模式,可实现偏远井场无人值守,年发电量可达11.68万千瓦时,年碳减排量预计90.7吨,每年可节约煤炭66.3吨,节约用水36.3吨。

今年3月,国家电网发布“碳达峰、碳中和”行动方案,提出大力发展清洁能源,最大限度开发利用风电、太阳能发电等新能源;推动能源电力从高碳向低碳、从以化石能源为主向以清洁能源为主转变,在能源供给侧,构建多元化清洁能源供应体系。

中海油日前发布的可持续发展报告将绿色低碳确立为其核心发展战略之一,提出了从常规油气向非常规油气、从传统油气向新能源跨越发展的愿景。

近年来,能源企业纷纷向新能源领域进军,布局新能源,将清洁低碳作为未来发展方向之一。

“为积极响应双碳目标,各大能源企业提出了各自的转型目标,在新能源发电、新型储能、综合能源服务、能源多元化应用、节能、充换电服务等领域发挥了各自的优势。”袁家海说。

例如,华电集团积极推进风光水储一体化可再生能源综合基地开发,国家电投将加大对绿电交通领域的投入,国家能源集团打造风能、太阳能等新能源产业体系,中国石油将新能源业务与油气业务并列、提升为第一大业务板块,华能坚持以清洁能源为主导推进基地型规模化自主开发,大唐提出2025年非化石能源装机超过50%并实现碳达峰。

“在新能源领域,搭建了‘四供两融’新能源业务架构。四供包括氢能供给、清洁供电、清洁供热、生物燃料。两融是指新能源业务与现有业务绿色融合发展、新能源业务与新科技新模式融合发展。”中国石化有关负责人表示,目前已在广东、上海、浙江等13个省市建成投运20个加氢站。中国石化利用产业和网络优势,“十四五”期间将规划建设1000座加氢站或油氢合建站。

专家指出,在碳达峰、碳中和、新型电力系统等明确目标的指引下,化石能源产业、企业向新能源及相关领域进军,既是服务于国家战略和社会发展的需要,也是把握未来自身发展新机遇的关键决策。只有敢于求变,才能在能源产业结构、商业模式、技术体系和管理机制的加速变革中生存壮大。

“随着新型电力系统建设的推进,未来能源领域的问题,要立足于新能源特点、高科技手段,探寻新的解决方案。”国家发改委能源研究所原所长周大地说,以化石能源为主的传统能源系统,要寻求新的发展空间,传统能源企业要及时转型,去开发新的领域。能源行业及企业要随着终端用能的变化调整,开发也要从以化石能源为主转换为以新能源为主。

新旧更替

应紧扣“协调”关键词

基于碳达峰、碳中和目标要求,能源行业需加快绿色低碳发展步伐。专家指出,根本改变以煤为主的能源结构需要付出巨大努力。构建新型电力系统,要统筹推进系统灵活调节能力建设,合理布局各类保障性电源。未来在电力供给方面,化石能源与新能源要协调发展,这不只关乎整个电力系统的综合效率和成本,更关乎能源安全。

“新型电力系统所要求的电源主体地位更新换代,并不是简单的此消彼长或替代竞争,是一项牵一发而动全身的系统性工程,不能拖沓,也不能冒进,应当平稳有序地全面开展。”袁家海说。

白俊认为,化石能源和新能源之间应该形成合力,保证我国电力系统安全、平稳运行,满足消费者对能源可靠性、灵活性、安全性、经济性的需求。

袁家海认为,短期内要提高清洁能源装机占比,大力发展以风光为主的新能源,集中式与分布式并举、电源建设与灵活性能力提升同步发展;煤电发展的重心要转向挖掘现有机组的灵活调节能力,严控规模扩张的同时积极服务于新能源发展,继续深度挖掘煤电存量机组超低排放和节能改造潜力,充分挖掘现有机组潜力,与抽水蓄能、气电、电化学储能、需求响应等共同保障新能源消纳和电力安全。

记者注意到,在确保化石能源与新能源协调发展及新型电力系统稳定运行方面,国家有关部门在上述专家所提及的环节,正在抓紧出台相关政策,支持相关领域发展和完善。

比如,国家能源局近日提出,为推动新型电力系统建设,保障电力系统安全稳定运行,将全面实施火电机组灵活性改造,因地制宜发展天然气调峰电站,加快抽水蓄能电站建设和新型储能研发应用,增强系统灵活调节能力,提高新能源消纳和存储能力;并探索开展电动汽车灵活充电、大数据中心智能调度等虚拟电厂示范;发展以消纳新能源为主的微电网、局域网;加快柔性直流输配电、大规模储能电站等技术的研发、示范和推广应用等。

国家发展改革委、国家能源局组织起草了《关于加快推动新型储能发展的指导意见(征求意见稿)》,国家发展改革委日前发布关于进一步完善抽水蓄能价格形成机制的意见,以加快推动储能等领域的建设和完善。

《新时代的中国能源发展》白皮书指出,立足基本国情和发展阶段,确立生态优先、绿色发展的导向,坚持在保护中发展、在发展中保护,深化能源供给侧结构性改革,优先发展非化石能源,推进化石能源清洁高效开发利用,健全能源储运调峰体系,促进区域多能互补协调发展。LW

零碳社会的溢出效应

◆当交通、通信和能源三个要素同时发生变化时,也意味着新经济体系正在形成

◆ 工业领域未来应重点关注高效电转蒸汽、大规模电制氢等技术,研发核心技术装备并推广应用,持续深挖工业领域替代潜力

◆ 化石能源支持下的工业文明,已经造成了城乡二元对立,新能源支持下的生态文明,则将助力新型城镇化,改变城乡发展格局

文 | 李晓华

能源产业牵一发动全身,是关系国计民生的重大基础性产业。能源产业的历次变革,都对经济与社会发展产生了长远而又深刻的影响。

畅销书《第三次工业革命》《零边际成本》和《零碳社会》的作者杰里米·里夫金在他的书里提到了一个命题:当交通、通信和能源三个要素同时发生变化时,也意味着新经济体系正在形成。

19世纪,由蒸汽驱动的印刷机和电报机、丰富的煤炭资源和国家铁路系统(以火车为代表)的结合,形成了推动社会转型的通用技术平台,从而引发了第一次工业革命。蒸汽机技术创新对能源发展产生了划时代的影响,推动了煤炭的大规模高效开发和利用,促使社会生产从手工劳动转向大机器生产,极大地提升了劳动效率和社会生产力。19世纪后期,蒸汽机技术的提升潜力越来越小,对煤炭主导的能源发展的推动作用开始逐渐减缓。

20世纪,电力、电话、广播、电视、廉价的石油和国家公路系统(以内燃机车为代表)的紧密结合,为第二次工业革命创造了基础设施。随着内燃机、电动机的出现和广泛应用,以石油和电力为代表的新的能源形式推动了能源效率和劳动生产力进一步提升。

现在,我们正处于第三次工业革命之中。在物联网平台上,数字化通信互联网融合了数字化可再生能源互联网(由太阳能和风能驱动)和数字化交通运输互联网(由绿色能源驱动的无人驾驶电动汽车和燃料电池汽车组成),将改变21世纪的社会和经济。

▲ 以谷壳和鸡粪混合物为原料发电的环保电厂——福建凯圣生物质热电厂(2019 年5月23日摄)林善传摄 / 本刊

新变革的落脚点

电能是清洁、高效、便捷的二次能源,是工业化进程的“助推器”。当前,在新一轮科技革命的推动下,能源电力的开发更加绿色化,电力的输送与使用更加智能化,能源电力与经济社会和人民生活的融合更加密切,以电为中心的现代能源体系特征愈发明显。这一轮能源产业的新变革,最主要的落脚点就在电力上,是以“能源生产电力化,电力生产清洁化”为基本特征的电力新变革。

从能源生产侧来看2018年,我国发电用能占比达到46.4%,高于世界平均水平;到2035年,我国发电用能占比有望达到57%。在供给侧,非化石能源取代化石能源的条件初步具备。基地式规模化的开发使得新能源上网电价已具备同火电标杆电价同台竞争的潜力;储能技术的快速发展及成本持续下降和具有针对性的电力需求侧管理,可以有效克服新能源的不稳定性;智能控制技术的广泛应用使能源电力资源能在更大范围内实现灵活高效配置,实现发电和负荷的动态匹配,促进不稳定非化石能源的消纳。《中国电力行业年度发展报告2020》的数据显示,2019年全国新增发电装机容量10500万千瓦,其中新增并网风电和太阳能发电装机容量分别为2572万千瓦和2652万千瓦,合计新增占全国新增发电装机容量的49.75%,电力生产结构持续优化。

在消费侧,大规模电能替代化石能源初具经济性。在上一轮电力革命的基础上,正在进行的新一轮深度电气化和“再电气化”如火如荼。与其他能源品种相比,电能的终端利用效率最高,可以达到90%以上。中国的数据表明,电能的经济效率是石油的3.2倍、煤炭的17.3倍,即1吨标准煤当量电能创造的经济价值与3.2吨标准煤当量的石油、17.3吨标准煤当量的煤炭创造的经济价值相当。随着电力在终端消费比例的不断提高,各种能源之间的融合和替代也在加强。数字化技术的应用也前所未有地将各个能源品类以更优化的方式结合起来,能够以更加清洁和低碳的方式供应能源。

工业领域是当前替代电量的主要来源。随着产业结构优化升级以及终端用能电气化技术的迅速发展,特别是冶金、陶瓷、供暖等工业电气化行业技术不断向绿色、智能、数字化方向发展,电能对终端化石能源的替代将不断深化。汽车动力正在从汽柴油大规模转向动力电池,全社会的云端化、智能化正推动大规模数据中心的快速扩容,以工业互联、智能家居等为代表的物联网设备的指数级增长,加上汽车工业的电气化转型,将使未来的电力需求越来越大。随着新能源上网电价下降,通过拉大峰谷电价差,特别是降低谷电价格,可以在供暖和交通领域实现大规模电能替代,促进以电为核心的能源消费新时代加速到来。

能源技术创新方向

未来电力发展格局取决于技术的发展方向及发展速度,受研发、市场、需求、国外引进等多方面因素的影响。《能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》《能源装备实施方案》等文件,明确了“十三五”乃至国家中长期能源技术创新发展的主要方向,包括高效太阳能利用、大型风电、氢能与燃料电池、生物质能、海洋能、地热能、先进储能、现代电网、能源互联网、节能与能效提升等。

工业领域未来应重点关注高效电转蒸汽、大规模电制氢等技术,研发核心技术装备并推广应用,持续深挖工业领域替代潜力。

建筑领域,供冷供暖方面电能替代潜力可期。未来应重点发展高效电制冷/热、高密度低成本蓄冷/热、储能等技术,提升现有技术装备能效水平,降低建设运营成本,进一步提升建筑领域电气化水平。

交通领域的电能替代整体处于快速发展阶段。未来应聚焦汽车、船舶电气化方向,重点开展新能源汽车充电桩、新能源船舶等关键技术研究,提出典型设计方案。长远来看,需加强长寿命、低成本、智能化、高可靠性的海、陆、空电气化交通工具研究,全面推动我国交通领域电气化,为电能替代提供新引擎。

同时,应加强电能替代技术与人工智能、边缘计算、5G等技术的融合应用,不断提升终端电能消费设备数字化、智能化水平,助力电能在终端用能结构中的占比持续提升。

▲ 电力员工在北辰新能源公交汽车基地开展电动汽车充电维护工作国家电网新闻客户端电网头条供图

零碳社会的新经济

展望未来,电力新变革将在哪些方面促进社会经济发展模式的变革?

首先是减少碳排放,使整个社会向零碳迈进。

以化石能源为主导的一次能源消费,构成了全球碳排放的主要来源之一。2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标实现的重要途径是大规模发展非化石能源,因此,电力的绿色转型是实现碳中和的基础。光伏和风电的全产业链创新和降低成本是未来实现可再生能源发电高速增长的最重要驱动力。随着更大规模的低成本的可再生能源发电供给越来越多,可再生能源电力制氢(“绿氢”)也将变得更加经济可行,使很多很难电气化的工业领域实现碳中和成为可能。

其次是产业链重塑,促进新模式新业态涌现。

电力大变革催生一些新的产业和企业,同时也会使一些传统产业和企业面临转型调整的挑战。一方面,随着中国经济转向高质量发展阶段,市场化改革推进以及新技术带来的产业调整,电力行业的商业模式也在不断迭代创新,新业态不断涌现。能源、电力、用户三者之间的关系变得越来越紧密,以客户需求为中心的经营理念将创造出更加多元的服务模式。如综合能源服务具有提升能源效率、降低用能成本、促进竞争等特点,使能源的供应、服务、用能等方面日趋多元化。另一方面,未来商业模式创新也来源于技术突破的应用以及政策扶持的叠加。可再生能源大规模高比例并网带来的安全挑战,以及互联网、大数据、云计算、人工智能等现代信息技术与能源电力深度融合而塑造出的新业态、新模式均待深入探讨与验证。对于电力行业从业者而言,未来十年是大变革期,也是历史机遇期。

第三是助力新型城镇化,改变城乡发展格局。

伴随着城镇化的发展,能源需求是逐步上升的。城镇化过程需要能源供给,新型城镇化更需注重生态绿色。化石能源支持下的工业文明,已经造成了城乡二元对立,新能源支持下的生态文明,则将助力新型城镇化,改变城乡发展格局。新能源相对均衡分布的特点,决定了其利用的天然优势在中小城市和农村。不仅有土地资源可供风电和太阳能开发利用,而且还有丰富的生物质资源,可直接用于供热,或生产沼气,或以热电联产方式进行利用等。河南省兰考县的经验证明,全国大部分农村不仅可以做到能源基本自给,有的甚至还可以向城市提供富余电力。在新型城镇化的规划和建设中,统筹做好农村可再生能源的开发利用,是彻底改变农村面貌,实现乡村振兴和农村现代化的一个新途径或突破口。未来将有越来越多的农户成为新能源的“产销者”。LW

煤电将成为基础性电源

◆构建以新能源为主体的新型电力系统,意味着煤电角色将发生根本性变化,从主体电源变为基础性电源

◆ 随着能源系统集成化、智能化、网络化发展,新型能源技术的推广应用将更加受营商环境和管理体制的影响

文 |《瞭望》新闻周刊记者 陈刚 徐海波 倪元锦 王阳 安路蒙 雷肖霄 卢宥伊

电网连接能源生产和消费,既要保障新能源大规模开发利用,又要满足经济社会发展用电需求,是能源转型的中心环节。构建以新能源为主体的新型电力系统,源网荷储各环节建设运营都将面临一系列全新挑战。业内人士认为,变革中需保障煤电等相关产业、电力供应安全稳定,选择好“技术赛道”。

煤电从主体电源变为基础性电源

长期以来,煤电是我国电源系统的“主力军”和“压舱石”。构建以新能源为主体的新型电力系统,意味着煤电角色将发生根本性变化,从主体电源变为基础性电源。

据中国电力企业联合会统计,截至2020年底,全国全口径发电装机容量22亿千瓦。其中,全口径煤电装机容量10.8亿千瓦,占总装机容量的比重为49.1%,首次降至50%以下。相关分析显示,因能源密度高,煤电在发电量上仍是绝对主力。在2020年全国发电量中,煤电占比仍达65%左右。

部分业内人士认为,目前我国煤电需要的调峰功能与本身的灵活性存在不匹配,需要对煤电进行灵活性改造,同时煤电角色转换也要求完善相应的电力市场价格机制。比如,2020年4月山东省发改委发布的《关于电力现货市场燃煤机组试行容量补偿电价有关事项的通知(征求意见稿)》就是一种探索——参与电力现货市场交易的煤电机组主要为可再生能源做调峰备用时,可获得每千瓦时0.0991元(含税)的容量补偿电价。

在成熟的电力市场中,容量市场作为一种经济激励机制,可以使电力系统在面对高峰负荷时有足够的发电容量冗余,容量市场大多采用补贴方式。关键的问题在于,补偿金额能否覆盖成本并带来盈利。

煤炭行业要实现碳减排目标,将面临挑战。业内专家认为,在能源供给端,既要防止因对传统能源的过度依赖而迟滞清洁能源技术产品的研发推广和利用,也要避免传统能源产业发展不切实际地“大干快上”新能源项目;在能源消费端,则需要加快节能环保技术产品的研发推广,利用产品市场消费升级倒逼生产供给结构优化。

▲ 大型车辆在内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗黑岱沟露天煤矿内作业(5月26日摄)贝赫摄 / 本刊

确保电力供应安全稳定

传统电力系统生产消费的组织模式是“发电跟着用电走”,用以火电为主导的精准可控的发电系统去匹配基本可预测的用电系统,实现电力系统可靠运行。在以新能源为主体的电力系统中,新能源发电侧不确定性较强,特别是在极端天气下,可能会出现无法匹配用电需求的情况。

电力系统专家认为,因此更加需要煤电等“保底型调节电源”、抽水蓄能和电化学等“储能型调节电源”来动态跟踪新能源发电情况,平抑其波动性。目前全国增量煤电发展空间受到限制,其他灵活调节电源需和新能源合理匹配发展,以保证系统供电可靠性。

我国的新能源富集区与电力负荷集中区呈逆向分布态势。有的地方新能源富集,但本地消纳空间有限,又难以进行大规模的新能源汇集与输出。电力部门认为,随着非化石能源比重大幅提升,电力负荷集中区则需要防范电网停电的风险。

另外,在全世界和我国的部分风电富集地区,已多次监测到由风机产生的次同步谐波。未来随着全国风电光伏装机规模进一步发展,由新能源引起的电网宽频振荡风险有可能加大,这也会影响电力系统的安全稳定。

一些地方已经在探索应对之策。针对大比例区外来电可能带来的电网安全风险,苏州电网基于“互联网+”发展理念,探索试点融合智能电网技术、借助经济激励机制、遵循市场交易规则,唤醒沉睡的社会电力公共资源,将海量分布的可调节的电力负荷通过集中汇集、策略引导和集中控制,形成规模化随需响应的虚拟发电资源,实现电网供需的柔性平衡。同时,结合系统侧、用户侧的储能建设,长三角区域电网间的互济互供,实现了电源、电网、负荷、储能协调控制,以此来抵御电网大面积停电的风险。

▲ 我国海域天然气水合物第二轮试采平台“蓝鲸2号”喷出双火焰(2020年3月25日摄)广州海洋地质调查局供图

需更强协同合作能力

在保障国家能源安全和应对气候变化的大背景下,能源科技创新地位愈加突出。一些公司反映,建设以新能源为主体的能源系统,需更加注意电网安全。另外在深远海风力发电和并网、可再生能源制氢、燃料电池、二氧化碳捕集利用与封存等方面,我国仍存在明显短板,需要技术攻关和工程示范。特别是在深远海风力发电、燃料电池、地质封存等方面,国内基础薄弱,属于“卡脖子”难题,而其他方面则是全世界面临的共同难题。

北京理工大学能源与环境政策研究中心分析,我国清洁能源占一次能源比重仅15%,低于全球平均水平,能源结构调整面临高碳能源资产累积规模总量大、转型困难等问题,一些关键技术及其经济性仍存在瓶颈制约,市场体系和政策机制还不完善。

该中心认为,能源技术预见是优化能源产业政策的前提之一。由于技术演化存在不确定性,以及对技术发展规律有不同认识,各利益相关方均很难准确把握能源技术发展趋势。市场参与方对储能、氢能、新能源汽车等新型能源技术发展路线有不同认识。随着能源系统集成化、智能化、网络化发展,新型能源技术的推广应用将更加受营商环境和管理体制的影响,这对政府各职能部门间的协同合作能力提出了更高要求。LW

刊于《瞭望》2021年第24期