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中國大唐黨組副書記、董事時家林:以科技為支撐構建現代能源體系

時間:[2020-03-12 ] 信息來源:中國電力報
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不朽的浪漫 www.ffhad.com   2014年,習近平總書記就提出了“四個革命,一個合作”的能源安全新戰略,為我們加快推進能源革命指明了方向,提出了更高要求。要完成這一重大歷史任務,必須加快構建順應能源革命發展趨勢、符合我國發展階段和能源基本國情的現代能源體系。

  目前人類的發展經歷了三次能源革命,第一次以蒸汽機的發明和應用為標志,第二次以電的發明和應用為標志。前兩次能源革命是以煤炭、石油和天然氣等化石能源為主,第三次則是以風光發電為主的新能源的開發和應用,逐步實現“非化石能源對化石能源的替代”。

  中國作為全球最大的化石能源消費國,推動第三次能源革命,相比發達國家更具緊迫性和艱巨性。除了生態環保和資源瓶頸問題,預計2020年我國原油和天然氣對外依存度將高達70%和50%,在復雜的國際環境下,能源安全不容樂觀,實現自給自足、找出一條替代化石能源的路徑才是根本。

  “新科技”助力第三次能源革命

  當前,以新能源、智能化、新材料、物聯網等技術為主要驅動力的第四次工業革命正席卷全球,并加速推進第三次能源革命。新能源、智能電網,儲能、儲熱、儲冷,以及電動車與氫能產業快速發展,傳統能源生產和消費方式將發生革命性變化。

  風光電為主的新能源量足價低,是替代煤油氣的最佳“一次能源”。我國風光資源豐富,內蒙古、青海等西北地區開發六十分之一,即可滿足我國當前全部能源需求。2019年我國新能源裝機突破4億千瓦,位居世界第一。實踐證明,大規??⑽鞅鋇厙履茉?,通過特高壓輸送到東部地區,技術和經濟性都是可行的。

  電是最清潔、最便利的能源利用方式。相比化石能源高溫高壓、熱能、動能、電能的轉化過程,新能源可實現風光能在常溫常壓下向電能的直接轉換,過程簡單、無碳,具有較好的經濟性。因此,風光電為主的新能源是替代煤油氣的最佳“一次能源”,將成為第三次能源革命的主角。

  新技術的發展,使“風光電為主的新能源替代煤油氣為主的化石能源”的條件越來越成熟。當前燃料電池及電解制氫技術快速發展,主要設備和材料逐步國產化,成本快速下降。隨著大規模采用新能源制氫,預計到2025年氫能車成本將低于燃油車。如實現北京市“公交、物流重卡全部氫能化”,預計可減少北京市三分之一的燃油消耗,將為我國規?;魄?,以及利用氫能調峰儲能,以氫代油探索出新模式。

  電動車儲能發電。電動車的運行成本已經大幅低于燃油車,未來將是一個海量的儲能系統,可以低谷充電、高峰向電網售電,將對儲能產業和能源體系帶來深刻的變化。

  智能化、互聯網、大數據、云計算等新技術的出現,將融通電力網、熱力網、交通網,形成能源互聯網,助力新能源、儲能、儲熱/冷、氫能、電動車等新產業的快速發展,提升能源配置效率,最終實現能源體系從量變到質變。

  “兩步走”構建現代能源體系

  現階段我國一年的能源消費總量約35億噸標煤(扣除原料用煤后),一次能源消耗煤炭17億噸,石油6億噸,天然氣2800億立方米。折合成電能約12萬億千瓦時,其中電力消耗7萬億千瓦時,石油折算約3萬億千瓦時,天然氣及散煤折算約2萬億千瓦時。

  要實現風光電為主的非化石能源替代煤油氣為主的化石能源,必須滿足兩大條件,一是風光電為主的新能源充裕且有經濟性;二是解決新能源的不穩定性問題。目前,通過在西北部風光資源富集地區大規??⑿履茉此橢煉康厙?,與化石能源相比有經濟性。下一步,關鍵要解決新能源不穩定的問題,加速非化石能源對化石能源的替代。

  傳統電力系統是“發輸用”同時完成,發電規模按照最大負荷來配置,發電側隨著用電需求的變化而調節,有多少需要就發多少電;且為滿足安全運行,需要預留較大的備用容量,導致目前電力系統的運行效率較低,不超過50%。

  新能源的不穩定,源于其出力只能隨天氣和季節引起的風、光大小而定,不能隨負荷大小來變化,與現有的電力系統特性相悖。要解決這個問題,不是單一技術突破就可以解決的。要對現有的電力系統進行變革,由“發輸用”同時完成的傳統模式,轉變為“發輸儲用”的全新電力系統,系統的負荷大小可以隨著發電側新能源的出力而調整。

  新型“發輸儲用”電力系統中,電制氫、電制熱/冷、電動車充放電,不僅是替代煤油氣為主化石能源的過程,更重要的是起到儲能和系統負荷調節的功能。當電力系統處于低谷階段或風光等新能源充裕時,啟動上述“儲能”負荷;當系統負荷處于高峰時段或風光等新能源出力較低時,暫停這部分負荷。從代油、代氣、代煤的電量看,系統可以滿足調節需求,這樣完全改變了現有電力系統“即用即發”的特性,可以適應風光等新能源的出力特點,徹底解決其間歇性、不穩定的問題。同時,上述模式的“儲能”使得電力系統更加安全,備用容量大幅減少,系統效率大幅提升,持續增加電力在終端消費的比重,促進風光電為主的非化石能源消納。這個過程可以分兩步走。

  第一步,推動消費側儲能,提高現有電力系統效率,實現電能代油代氣。目前,我國電力裝機20億千瓦,日間最大負荷約12億千瓦,夜間最低負荷僅有6億千瓦,電力系統整體效率只有50%。如果把氫、熱、冷組織在電網低谷時段生產,可大大提高電力系統效率。當效率從50%提高到80%時,相當于可以增發4萬億千瓦時電能,可以通過挖掘存量潛力、不改變現有電力系統,實現油氣化石能源的替代。這樣既完成了電能向不同能源形態的轉換和儲存,實現了電能的“時間轉移”,也大幅提高了電力系統的運行效率和新能源的消納比例。另外,氫能車、電動車也可以在負荷高峰時段或電網特殊需要時,向電網發電,發揮調峰等作用。

  第二步,代油、代氣、代煤同步推進,實現對化石能源的全面替代。隨著儲能技術的進步,在上述制氫、制熱/冷等儲能實施代油代氣的基礎上,逐步解決成本問題,化學儲能將會大規模部署在電力系統,并完全實現對化石能源的替代。

  “促合力”保證能源安全

  風光為主的非化石能源替代化石能源,不是一蹴而就的,是一個巨大的系統性工程,不僅需要技術的進步,也需要商業模式的創新和政策的扶持。

  一是進一步拉大峰谷電價差。現階段電制氫、制熱/冷等代油代氣,尚處于替代的“臨界點”。當電價在0.2—0.3元/千瓦時內,電能替代油氣才有經濟性。完善峰谷電價政策,尤其是降低低谷電價,鼓勵和支持谷電及新能源制氫、制熱、制冷、充電等商業模式;出臺政策,推動儲電、儲氫、儲熱、儲冷等配套產業的發展。

  二是鼓勵技術創新和商業模式創新。這是一次龐大的能源體系變革,不僅需要新能源、儲能、氫能、特高壓等能源自身技術的進步,還需要能夠支撐新型能源體系的其他技術創新,比如智慧控制技術、區塊鏈技術等。同時,還要創新商業模式,優化電動車分時充放電,提高充電樁布局密度,布局更多加氫站等,充分利用現有的電力系統挖掘潛力,減少投資,提高效率,推動新興產業的發展。

  三是加大西部新能源的開發及政策支持力度。加快西部大規模風光等新能源基地開發及特高壓通道建設,充分開發利用我國獨特的資源稟賦和優勢,統一規劃,統一實施,把西、北部的高原、荒漠變成“新能源電氣田”,替代傳統的“油田、氣田、煤田”,把新能源產業打造成我國保增長、擴內需,轉型發展的新的增長極。

  四是打造“電為核心能源體系”區域示范。鼓勵和復制北京寶之谷、延慶冬奧“谷電供熱/冷,谷電制氫”的商業模式,推廣化石能源替代示范。

  現階段構建這樣一個“電為核心的現代能源體系”,技術上是可行的,也是有經濟性的。前兩次能源革命都是成倍推高能源成本,而這次能源革命可實現不推高成本且持續下降。

  我國具有資源優勢、市場優勢,特別是“集中力量辦大事”的體制優勢,也有環境?;?、能源安全的緊迫壓力。在以習近平同志為核心的黨中央領導下,我們要發揮中國人的創新力和資源整合力,一定能引領第三次能源革命的進程,加速構建現代能源體系”,加速對化石能源的全面替代,實現國家能源自足、能源安全,為全球應對氣候變化和人類文明進步作出更大貢獻。

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