舒印彪：构建新型电力系统的挑战与对策

　　2050年，我国全社会用电量将达到16-19万亿千瓦时。这意味着我国用电需求比现在还要翻番。其中清洁能源发电量占比将超过80%。如何实现这个目标?有哪些挑战?数十万亿投资的煤电何去何从?

　　碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。为了实现双碳战略目标，需要对能源和电力系统进行颠覆性变革。

　　过去100多年建立在化石能源基础上的能源体系、产业体系、技术体系都将发生深刻变化，从资源依赖型向技术主导型转变。

　　新型电力系统是实现“双碳”目标的枢纽平台。中国工程院院士舒印彪提出，到2060年，中国能源电力转型将实现“70/80/90”目标，即电能消费比重、非化石能源消费比重与清洁能源发电比重分别达到70%、80%、90%以上。

　　其中，到2050年，清洁能源发电量占比将超过80%。

　　如何实现这个目标?有哪些挑战?如何打造新型电力系统?具体实现路径是什么?数十万亿投资的煤电何去何从?

　　围绕这些问题，11月8日，在河北省工信厅、沧州市政府主办，远景科技集团和沧州市工信局承办的 “零碳能源与绿色工业创新论坛”上，舒印彪院士发表了《构建新型电力系统的挑战与对策》的演讲，并给出了答案。

　　舒院士认为，到2050年，中国全社会用电量将达到16-19万亿千瓦时。那时新增电力需求全部由清洁能源满足，新能源还需要大规模发展。煤电保持一定的装机规模，承担兜底保障作用。

来源：舒印彪《构建新型电力系统的挑战与对策》

　　01 新型电力系统构建的三个阶段

　　在我国，能源活动碳排放占二氧化碳排放总量的88%左右，而电力行业碳排放又占能源行业碳排放的42%左右。因此，实现“双碳”目标，能源是主战场，电力是主力军，新型电力系统则是其中的关键载体。

　　舒印彪院士提出，新型电力系统的目标是打造深度低碳(零碳)的电力系统，路径是能源生产侧逐步用新能源替代化石能源，能源消费侧逐步提高电气化率。

　　其中，他把中国新型电力系统构建分为三个阶段：

　　一是碳达峰阶段(从目前到2030年)。2030年，终端用能电气化率达到34%，全社会用电量达到13万亿千瓦时。按此计算，未来6年年均新增电量是5000亿千瓦时。

　　在此期间，大力发展新能源同时，煤电还需增容控量。新增负荷的80%由清洁能源满足，清洁能源发电量占比超过50% 。

　　二是快速降碳阶段(2031-2050年)。随着产业结构深度调整，全社会用电量呈现低速增长。2050年，按照年均1%-2%增速，全社会用电量将达到16-19万亿千瓦时。18、19万亿度电，这意味着我国用电需求比现在还要翻番。

　　在此期间，新增电力需求全部由清洁能源满足，新能源还需要大规模发展，逐步替代存量煤电。2050年，预计清洁能源发电量占比超过80%，煤电发电量的占比要降低到10%左右。

　　三是碳中和阶段(2051-2060年)。终端用能高度电气化，达到70%左右，电力需求增长趋于饱和。

　　在此阶段，煤电承担兜底保障作用，保持一定的装机规模，产生的碳排放采用生态碳汇和CCUS技术等移除。

来源：舒印彪《构建新型电力系统的挑战与对策》

　　02 新型电力系统面临三大技术经济性挑战

　　尽管我国清洁能源供应体系在加速构建，电源结构在持续优化，但要打造新型电力系统，还面临一些关键挑战。

　　舒院士提出主要有三大挑战，一是电力电量平衡问题，二是安全稳定性问题，三是经济型问题。

　　具体来看：

　　关于电力电量平衡问题，主要是从可控的电源跟踪变化的用电负荷单向平衡模式，转变为源荷双随机、源网荷储多主体互动的复杂平衡模式。

　　舒院士指出，目前，对气候气象和新能源出力特性耦合机理尚缺乏认识，现有的系统调节机制和调峰能力无法适应新能源大规模发展带来的平衡问题。

　　关于安全稳定问题。舒院士表示，新能源惯量小，且其运行在最大功率追踪的模式时，不具备上调的调频能力，频率支撑能力大幅下降。

　　新能源机组动态无功支撑能力较常规电源弱，且新能源发电逐级升压接入电网，与主网的电气距离是常规机组的2-3倍，降低了系统的电压稳定水平。

　　关于经济性问题，舒院士指出，构建新型电力系统是资源、技术、经济混合的一个复杂的系统竞争。构建成本很大程度上取决于各种技术的经济比较和相互竞争。

　　因此，技术的成熟度及商业化应用将决定本需要科学选择新型电技术的发展路径，确保电力供应的可获得性。

　　舒院士认为，政策和市场将发挥重要作用，对转型的经济性产生重大影响。传统以化石能源为主的市场设计理论已不适应高比例新能源电力系统，电力市场理论基础和交易规则需要重构。

　　03 新型电力系统构建的重点方向与关键技术

　　既要实现能源转型和替换，又要实现双碳目标，还要让社会经济主体负担得起，面对这些挑战，新型电力系统构建的重点方向和路径是什么?舒院士提出7大方向：

来源：舒印彪《构建新型电力系统的挑战与对策》

　　(1) 大力发展清洁能源技术

　　中国地域广阔，各地资源禀赋不一样，舒院士提出，不同区域，新能源开发方向也不一样。

　　风电光伏等新能源开发，要西北部“沙戈荒”基地、东部海上风电，与中东部分布式新能源开发并举。推进高效太阳能、海上风电轻量化等关键技术和装备研究攻关。

　　水电方面，要加快西南大基地建设，开发金沙江中上游、澜沧江上游和藏东南等一批流域水电。优先建设具有季调节、多年调节的龙头水库。积极推进大型水电站优化升级，发挥水电调节潜力。

　　核电在电力供应方面，可以起到基础保障和关键支撑作用，应优先在东部发展核电。研发第三代压水堆技术，推进高温气冷堆技术应用，实现核能在发电、供热、制氢等领域综合利用。

　　(2 )煤电灵活清洁高效利用技术

　　煤电是电力系统安全稳定运行的“压舱石”。要提升煤电灵活性。加强煤电超低负荷稳燃等技术研究，煤电热力、制粉等系统优化设计。

　　同时推进煤电掺烧技术改造。加强煤电掺烧生物质等技术攻关，因地制宜推进煤电掺烧改造。

　　加快CCUS技术研发应用。发展低能耗低成本碳捕集技术，突破陆地和海洋碳封存关键技术。

　　(3) 加强智能电网建设

　　电网是电力系统资源配置的平台，世界各国普遍把发展大电网作为能源转型的重要举措。

　　在送端，探索新能源孤岛柔直送出等技术，按照直流合理分群分组，形成清晰网架结构。

　　在受端，优化直流落点与接入方案，加强和拓展1000千伏区域主网架。

　　随着分布式新能源大规模接入，配电网形态从传统的单向“无源”网络向双向“有源”系统转变，功能从单一供配电服务向源网荷储资源配置平台转变。

　　规划方面，以分层分区平衡优化资源配置，分布式电源有序接入，主配微协同发展。

　　运行方面，强化平衡单元的柔性互联和集群自洽，实现配电网对大电网的主动支撑。

　　(4) 科学规划建设储能体系

　　储能在新型电力系统中发挥关键作用。舒院士提出，不同类型储能各有特色，构建总量充裕、结构合理、成本最优的储能体系。

来源：舒印彪《构建新型电力系统的挑战与对策》

　　其中，抽水蓄能成熟、可靠，要加快建成一批建设条件好、前期工作深、综合效益优的抽水蓄能电站。

　　电化学储能响应迅速，无地域限制，可在新能源场站、电网关键节点和用户侧广泛应用。

　　重力和压缩空气等物理储能容量大、效率高，适合大规模开发，要扩大商业化试验示范。

来源：舒印彪《构建新型电力系统的挑战与对策》

　　(5) 大力推进再电气化

　　目前，我国工业、建筑、交通等领域占能源碳排放的45%，亟需大力发展能源消费侧电能替代关键技术。

　　实施“以电代煤、以电代油、以电代气”，实现对化石能源的深度替代。

　　工业领域大力发展电炉短流程炼钢、氢还原冶金、矿山机械电气化等，推广应用高效电熔炉、电窑炉。

　　建筑领域推广超低能耗、近零能耗建筑，积极推进建筑用能电气化和建筑光伏一体化，推广“光储直柔”建筑，实现柔性用电。

　　交通领域加快发展电动船舶和氢燃料电池车辆船舶，突破氢燃料电池技术瓶颈，探索全电飞机等前沿技术。

　　(6) 加快构建全国统一电力市场

　　舒院士提出，发挥全国统一电力市场优化配置资源的基础作用，是构建新型电力系统的重要保障。具体来说：

　　一是完善电力市场规则。健全多层次统一电力市场，实现现货市场与中长期市场的有机衔接。

　　二是健全价格激励机制。完善辅助服务、容量补偿等机制，加强需求侧响应市场机制建设。

　　三是促进电碳市场协同。有序实现碳市场与绿电交易、绿证制度的深度融合和有效衔接。

　　(7) 加强碳足迹管理体系建设

　　舒院士认为，碳足迹管理体系建设是引导清洁能源投资与消费，促进全社会增加清洁电力生产和消费的关键。

　　我们要尽快建立产品碳足迹本土化数据库。提升碳排放监测质量，建立分时分区电碳因子数据库。

　　同时要加强碳排放核算标准体系建设。完善碳排放核算核查标准，形成全生命周期碳足迹标准;建立碳排放标准认证体系。积极对接国际贸易规则，与贸易伙伴建立认证机构资质互认机制。

　　总之，实现“双碳”目标是一项系统工程，需要全社会共同努力，加强科技创新，共同推动构建新型电力系统，为支撑“双碳”目标实现作出更大贡献。

　　来源：环球零碳 作者维小尼