電力行業碳中和的實施方式和障礙

陳鵬新

摘要：碳中和、碳達峰自2020年9月以來成為了能源行業的熱點話題。在能源規劃工作中，風、光等新能源得到了大力支持，而煤炭生產卻受到了限制。各級政府為了保障煤電機組的滿負荷運行，以此來配合有序的用電方案，被迫通過協調資源來促進煤炭的生產和運輸，進而確保民生的用電需求。鑒于此，本文就電力行業碳中和的實施方式和障礙展開探討，以期為相關工作起到參考作用。

關鍵詞：電力行業;碳中和;實施方式

1.電力行業成為碳中和重點行業的原因

（1）電力是最大的碳排放行業。電力行業不僅能夠供給能源，同時還消耗能源。發電企業的廠用電和電網企業的網損合計在全社會用電量中的占比超過了10%，電力行業在生產過程中不僅能夠產生碳排放，同時資深的電力消耗也會伴隨碳排放產生。由此可見，電力行業的減碳降排將是影響碳中和的關鍵因素。

（2）電力資產具有集中性特點，易于整體考慮政策。國有企業具有高度的社會責任感，在國家政策的落實上從來不打折扣。由于電力企業的資產具有集中化特點，因此，很容易從技術上以及政策上實現集中處理，和其他產業相比具有天然優勢[1]。

（3）電力行業具備良好的資金條件和技術條件。電力企業的資金積累雄厚，從而為實現碳中和奠定了良好的基礎。同時，電力行業是社會的基礎行業，關系到千家萬戶。如今，電力行業逐步發展電力現貨市場，市場所決定的電力價格可以實現用戶側引導，從而推動節能技術的應用。由此可見，電力行業將首先落實碳中和工作，通過實現用戶側引導來改變人民生活習慣和社會生產習慣，逐漸和其他行業結合起來，在碳中和方面實現全社會和諧共振。

2.電力行業碳中和的實施方式

2.1高比例風光新能源是現階段電力生產側實現碳中和的必然選擇

和其他店員種類相比，盡管風光新能源發電具有天氣因素影響大，季節性能源分布不均的特點，而且面臨著發電隨機性大、出力波動性大的問題，但是，由于風光等新能源具有地域分布廣、資源豐富、運行成本小、場址選擇受限以及核電較低等優勢，從國際層面而言，高峰光電量占比的系統具有一定的運行經驗，并且是技術經濟條件下實現碳中和的首選店員。由此可見，在電網規劃中國家也將風光發電的發展作為一項重點工作，預計于2030年，太陽能與風電發電總裝機容量將會超過12億千瓦[2]。

2.2大電網為主消納是現階段高比例風光消納的唯一選擇

為了能夠盡可能解決風光新能源波動對用戶用電平穩性產生的影響，就需要使用儲能技術能有效消除風光新能源的波動性。如今，常見的儲能技術主要有電化學儲能、物理機械儲能以及氫儲能，其中，物理機械儲能主要是以壓縮空氣儲能、抽水儲能和飛輪儲能為代表。各項技術都有其優缺點，在具體選擇的時候應該結合實際情況予以選用。總之，在可以預見的時間內，從經濟性層面而言仍然沒有一種儲能技術作為風光發電消納的主要方法，換言之，傳統的電力不具備大規模經濟存儲條件，使用大電網消納風光發電技術，也就是借助電網的電能輸送能力，將風光發電發出的具有隨機性以及波動性的電能及時傳送到電力需求側，借助電力系統的可調節性機組的調節能力來實現風光發電消納。和儲能技術相比，大電網消納風光發電具有明顯的經濟性，然而，該項技術存在著安全事故，連鎖反應風險，并且大電網消納很容易出現難以劃分經濟責任的現象。由于儲能技術突破的周期通常為20～30年，所以，要想實現30·60目標不能將希望寄予儲能技術，要想實現風光發電消納，仍然需要借助大電網的電能調配技術。

3. 大電網消納方式的現實障礙和解決方案

3.1高比例風光發電接入系統影響轉動慣量的問題及解決方案

為了保障電網處于安全穩定的運行狀態，就需要具備足夠的轉動慣量。電網頻率作為保障交流電網運行的關鍵參數，必須將其控制在恒定范圍內。電網轉動慣量，也就是系統內同步發電機轉子旋轉過程中，基于自身轉速信號實現的一次調頻功能，進而保持電網頻率在穩定狀態。如今，在世界范圍內無轉動慣量電網或者低轉動慣量電網完全沒有運行經驗，對于低轉動慣量電網，如果在短期內出現電力不平衡問題，就會使電網頻率大幅度波動，從而嚴重影響到系統頻率的穩定性，從而引發連鎖事故。所以，為了保障交流電網的穩定性，就需要系統配置足夠的轉動慣量，然而，高比例風光發電可以影響系統的轉動慣量。

高比例風光發電機組會導致系統運轉慣量下降，為了能夠避免大電網運轉慣量下降太多，以免威脅到系統的安全，面對高比例風光發電聯想系統運轉慣量問題，就需要采取如下措施：（1）使用一定比例的火電機組。為了能夠達到碳中和目標，電量的產生無需大量的火電機組，但是，為了保障足夠的運動慣量，就需要使一定比例的火電機組在線。也就是需要借助大電網消納風光發電，確保交流電網頻率的穩定性，在電網運行的過程中必須具備一定比例的同步發電機。由于核電機組調節空間不足，再加上水電機組具有季節性特點，所以，系統中必須使用和風光發電機組容量比例河里的燃氣機組和煤電機組，只有這樣才能夠確保足夠的調節能力和轉動慣量，最終提到提高風光發電消納成本的作用。（2）使用虛擬同步機調解風光發電。為了能夠全面保障風光發電的可控性，就需要將虛擬同步技術用在風光發電中，以此來模擬運動慣量的一次調節，盡可能減少對系統的不平衡產生的影響，從而達到提升系統頻率穩定性的作用。在風光發電并網逆變器內的控制器中，虛擬同步機是一種模擬同步發電機運行機制，并且在系統中供應短缺時增加風光發電出力，在系統供應過剩時，減少風光發電出力，使用自動控制方法維持平衡的裝置，能夠提供轉動慣量。

3.2高比例風光發電接入系統影響備用問題及解決方案

基于30·60 目標的推算，未來風光新能源裝機規模將會達到40%～70%，這樣高比例的風光發電接入系統，將會增加系統預留備用比例。隨著太陽光照強度的波動，風光在自然風的變化下，如果在同一時期實現二者的疊加，就會導致風光發電出現大幅度波動，甚至會在極端的情況下導致風光發電的處理從最大負荷突然下降到零，從而嚴重威脅到系統的運行安全，大大增加系統的備用容量需求。為了能夠減小新風能源的處理不確定性對大電網備用容量需求的影響，就需要做好如下方面的工作：（1）強化風光處理預測的準確性，這樣一來就能夠減少系統對備用負荷的影響。（2）提高風光新能源的安全穩定性。在發電過程中，風電光伏大量使用逆變器以及整流器等電子設備，其和常規機組相比，嚴重缺乏對系統波動的抗干擾能力，尤其是應該提升其低壓穿越能力，通過提高風光發電安全性來減少系統對備用負荷的需求。（3）使可調節電源保持足夠的容量，并且對其進行靈活改造。使用大電網系統中的可調節性機組調峰能力，能夠實現風光消納，因此，需要將對可調節電源靈活性的改造作為一項重點工作，提高可調節性機組的頂峰壓谷能力，尤其是需要提高機組的負荷調整速率，以此來達到提高電網消納風電能力的作用。

結語

總而言之，為了能夠實現 “30·60 目標”，我國正在加快推進能源產業轉型升級，這樣一來才能夠促進電力行業的供給側結構改革，加速國民經濟的發展，因此，廣大能源行業從業人員為了促進能源轉型升級，必須積極轉變生產方式，通過進行能源的自我革新來實現碳中和目標。

參考文獻：

[1]丁甜甜，李瑋. 經濟增長與減排視角下電力行業碳峰值預測[J]. 科技管理研究，2019，39（18）：246-253.

[2]何姣，葉澤. 電力行業碳成本傳導的基本原理及均衡模型[J]. 生態經濟，2019，35（09）：45-49.

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