新能源發電向第一電源轉身

文 | 本刊記者 武魏楠

我國當前電源結構、電網結構均以煤電為主體構建，在新型電力系統的構建過程中，煤電面臨著加速由基本電源、主力電源向支撐性、調節性電源轉變。

從當前的能源裝機結構看，煤電無論是裝機比例，還是發電量比例，都占據著絕對的主導地位。“十三五“”期間，煤電發電量占比保持60%以上，煤電裝機占比在50%左右。壓減煤電是建設新型電力系統繞不開的話題。

新能源向第一電源轉身

在以新能源為主體的電力系統中，新能源裝機占比、發電量占比將大幅提升。

根據落基山研究所（RMI）、能源轉型委員會（ETC）《電力增長零碳化（2020-2030）：中國實現碳中和的必經之路》預測，2030年中國全社會用電量至少達到10萬億千瓦時，風光發電量為2.5萬億千瓦時；風電和光伏裝機分別為8.7億千瓦和8.54億千瓦。

按照2030年煤電裝機10億千瓦、4000小時年發電量測算，2030年煤電發電量占比仍會在40%左右。

考慮當前太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質能、氫能和水能等非化石能源的技術經濟性、資源稟賦，風電、光伏是未來新型電力系統主要的生產主體。

十三五期間我國發電量構成

全球能源互聯網發展合作組織的研究認為，2025年中國電源總裝機達到29.5億千瓦，其中清潔能源裝機17億千瓦，占比57.5%。2030年、2050年、2060年，中國清潔能源裝機將分別增至25.7億、68.7億、76.8億千瓦，分別占比67.5%、92%和96%，實現能源生產體系全面轉型。對于煤電而言，我國煤電總量應控制在2025年達到峰值，2050年電力系統要實現近零排放，2060年煤電完全退出。

十三五期間我國發電裝機構成

另一個不可忽視的問題是，隨著可再生能源在電力系統中的權重增加，風電、光伏總裝機的規模可能要遠遠高于用電負荷。卓爾德(北京)環境研究與咨詢中心首席能源經濟師張樹偉認為，如果新能源發電量占比超過60%，電力系統總裝機至少是最高負荷的4倍以上?！?/p>

國家電網能源研究院新能源與統計研究所所長李瓊慧認為，基于風電、太陽能的波動性、間歇性，高比例新能源系統對靈活調節資源需求激增。燃煤機組靈活性改造、燃氣機組、抽水蓄能、電化學儲能、大電網跨區輸電通道、用戶側可中斷可調節負荷和氫能等將承擔重要的調節功能。其中，新型儲能在發展潛力、調節特性、響應時間、利用靈活性等方面都具有一定優勢。同時，新能源開始步入高比例時代，需要承擔類似于傳統電源的保障電網安全穩定運行的責任與義務。

風光與煤電互補，而非替代

最近兩年，中國、歐洲、美國連續發生極端天氣造成的電力短缺現象。2020年冬季，中國部分地區出現電力短缺；2021年2月，美國得克薩斯州因極寒天氣發生電力短缺。除此外，2020年8月，美國加州也發生由于連續酷熱造成的電力短缺；2021年第一季度德國遭遇寒流天氣，電力現貨度電價格飆升至百歐元，電價漲至四年來最高。

面對突發狀況的出現，新能源無法支撐電力系統，需要電力系統在更大范圍內的互濟來解圍。這樣的狀況在高新能源占比的甘肅也曾發生。

國家電網甘肅省電力公司工作人員介紹，“當時，我們日前預測第二天新能源出力可以達到500~600萬千瓦。但第二天風力突然改變，新能源實際出力只有50萬千瓦左右。這對于全網1500萬千瓦的用電負荷而言，相當于失去了1/3負荷供給?！?/p>

由于沒有足夠的可調節電源，電力短缺已經無法在甘肅省內解決。最終，甘肅省電力公司通過向國調申請降低直流外送、西北電網緊急向甘肅送電等方式，度過了這一天的危機。

可見，電網中新能源占比越高，越需要省間互濟支援，更大甚至全國范圍內互濟顯得尤為重要。風光與煤電是互補關系，絕非替代關系。

以甘肅酒泉至湖南±800kv特高壓直流輸工程為例，其配套電源規模高達1580萬千瓦，其中風電700萬千瓦、光伏發電280萬千瓦，同時需要600萬千瓦的燃煤火電配套才能運行。其中，甘肅電投常樂電廠4×100萬千瓦項目是甘肅首個百萬千瓦級的調峰火電工程，也是“千萬千瓦”級酒泉風電光電基地、特高壓工程的配套火電項目。由于特高壓對電壓波動敏感，在特高壓的運行過程中需要配備大功率煤電機組作為調峰電源。