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  中國國家主席習近平近期在聯合國大會上正式宣布,中國將提高《巴黎協定》下的國家自主貢獻力度,力爭于2030年前達到碳排放峰值,努力爭取2060前實現碳中和。這意味著,中國將在未來十年全面實現能源、經濟領域的深度低碳轉型。

  要實現深度低碳轉型,就必須從根本上解決可再生能源與傳統煤電在電力系統中的矛盾。《能源發展“十三五”規劃》明確提出,中國的能源系統應向著清潔低碳、安全高效的方向積極轉型。

  截至2019年底,全國非化石能源發電量為2.39萬億千瓦時,佔全國發電量的32.6%,實現2030年非化石能源發電量佔比50%的目標已過半程。而即使是在2020年新冠疫情的壓力下,中央政府也沒有松懈綠色復甦和轉型的決心,今年上半年風電和CG賽車開獎直播網的發電量分別同比逆勢增長了6.8%和9.1%。在已提前實現了“十三五”可再生能源裝機目標之際,今年6月,國家發改委和能源局進一步提高了目標,計劃今年內風電和CG賽車開獎直播網發電裝機均達到240吉瓦左右。

  然而,當下這場“風光無限好”的綠色低碳轉型,也對傳統電力系統的靈活性和調節能力,即如何經濟地調用各類靈活性資源以保持電力供需動態平衡、應對電力系統的波動性和不確定性,提出了更高的要求。

  目前,中國以煤電為主的電力系統靈活性嚴重不足,電力系統的僵化導致了棄風、棄光問題的出現。2011-2019年,中國的棄風和棄光率一度高達17.1%和10.5%,造成了大量發電資源的浪費。2016-2018年間,中國棄風和棄光電量共計1389億千瓦時 ,相當于約3000萬千瓦煤電廠的發電量。

  由此可見,一方面可再生能源的發展正在穩步加速,向著“2030年非化石能源發電量佔比50%”的國家中長期能源戰略目標邁進;另一方面,在全國非化石能源發電量佔比32.6%情況下,就已經普遍面臨並網難、消納難、調度難等問題,這說明中國以煤電為主的電力系統還沒有為可再生能源的有效接入做好轉型準備。面向高比例可再生能源發展的新時代,煤電在中長期的能源低碳轉型中應如何定位將成為關鍵。

  靈活調節電源能力不足︰15%的理想狀態 v.s 6%的現實瓶頸

  雖然可再生能源項目投資監測預警機制、全額保障性收購以及可再生能源電力交易等政策使2019年的棄風和棄光現象明顯改善,但隨著可再生能源出力佔比的逐步提高,系統淨負荷波動增大,未來單純依靠火電和抽水蓄能的調節容量和調節能力無法滿足系統安全運行的靈活性要求。既有電力系統與高比例可再生能源發展之間存在不匹配性,電力系統靈活性不足制約可再生能源消納的問題尚未得到根本性解決。

  中國電力企業聯合會于2019年12月發布的《煤電機組靈活性運行政策研究》也指出了中國電力系統調節能力不足的現狀。“我國發電裝機以煤電為主,抽水蓄能、燃氣發電等靈活調節電源裝機佔比不到6%,‘三北’地區新能源富集,風電、太陽能發電裝機分別佔全國的72%、61%,但靈活調節電源不足3%,調節能力先天不足。比較而言,歐美等國靈活電源比重較高,西班牙、德國、美國佔比分別為34%、18%、49%。”

  中國工程院院士黃其勵早前在接受記者采訪時也曾指出,在電力系統中,靈活調峰電源至少要達到總裝機的10%-15%。考慮到中國靈活性電源佔比還不到6%的現實,電力系統調節能力不足已成為中國能源轉型的主要瓶頸之一,特別是在可再生能源持續高速發展的新形勢之下,大幅提升電力系統調節能力已迫在眉睫。

  為提升系統調節能力,增強系統靈活性、適應性,破解新能源消納難題,《電力發展“十三五”規劃》明確提出,全面推動煤電機組靈活性改造,“十三五”期間計劃完成2.2億千瓦的煤電機組靈活性改造目標。但今年5月份國家電網發布的《國家電網有限公司服務新能源發展報告2020》顯示,截至2019年底,我國累計推動完成煤電靈活性改造約5775萬千瓦,改造完成度僅為“十三五”改造目標的1/4左右。

  煤電靈活性存在局限性,無法實現高比例可再生能源發展

  除了改造進度緩慢以外,由于煤電機組自身發電技術的限制,其最低出力水平存在瓶頸。通過熱電解耦、低壓穩燃等技術改造雖然可以將煤電機組的最小穩定出力降至20%~30%的額定容量,但其增減出力的響應時間較長、爬坡速率較慢,難以充分滿足系統靈活性的需求。同時,低負荷運轉、頻繁啟停也增加了煤電機組的損耗,降低機組壽命,增加運營成本。煤電機組在低負荷下運轉時也將增加氮氧化物的排放,造成環境影響。這些負面影響都將使煤電機組靈活性改造的長遠作用受限,甚至會抬高電力系統的總體供電成本,不利于電力系統的低碳轉型。

  國網能源研究院有限公司副院長蔣莉萍在此前接受采訪時也曾提到,煤電靈活性改造之後機組長期運行在設計工況之外,機組能效降低,煤耗率上升,同時頻繁啟停造成的機械損傷加大,技改投入的成本是巨大的。

  同時,中國要在2060年前實現碳中和,必然要在電力體系中發展高比例的可再生能源,這就需要控制煤電的裝機規模,並隨著可再生能源、電網、儲能技術的發展而逐步在電力行業中淘汰煤電。當下,中國以煤電為主的電力系統靈活性調節能力嚴重不足,無法適應未來可再生能源裝機佔比逐年上升的趨勢,限制了可再生能源的出力。從中長期來看,由于煤電的靈活性在技術、成本投入和環境影響等方面存在局限性,繼續增加煤電裝機將會使電力系統的靈活性和調節能力進一步惡化,不利于高比例可再生能源的消納,也不利于中國在2060年前實現碳中和的減排目標。

  煤電產業應為中長期的能源低碳轉型需求做出調整

  提升電力系統的靈活性和調節能力並非只有煤電靈活性改造一條出路。電力發展“十四五”規劃應該在系統規劃層面,協調優化“源-網-荷-儲”各類型靈活性資源,充分挖掘現有靈活性資源的潛力,包括增加儲能設施、提高現有輸電通道的利用率,並通過電價引導電力需求側的負荷特性,實現更好的用戶側靈活性調節和“削峰填谷”效果,有效支撐可再生能源大規模開發利用,促進“源-網-荷-儲”深度互動,保障能源生產、傳輸、消費的高效可靠,提升電網運行水平,從而創建一個有利于中長期可再生能源發展的、高靈活性的電力系統。

  “十四五”是決定2030年碳排放達峰和50%非化石能源發電量佔比目標能否實現的關鍵時期。在未來五年,煤電產業應及時做出調整,嚴格控制新增煤電裝機規模,充分發揮現有存量煤電機組的靈活性潛力。在對現有煤電機組進行必要的靈活性改造的同時,降低煤電在電力系統中的裝機比例,為未來高比例的可再生能源的電力體系奠定基礎,支持中國中長期的能源低碳轉型進程和應對氣候變化的努力。(作者系綠色和平氣候與能源項目主任)

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      關鍵詞︰ 煤電,碳排放
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