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考虑当前太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能、氢能和水能等非化石能源的技术经济性、资源禀赋,风电、光伏是未来新型电力系统主要的生产主体。
全球能源互联网发展合作组织的研究认为,2025年中国电源总装机达到29.5亿千瓦,其中清洁能源装机17亿千瓦,占比57.5%。2030年、2050年、2060年,中国清洁能源装机将分别增至25.7亿、68.7亿、76.8亿千瓦,分别占比67.5%、92%和96%,实现能源生产体系全面转型。对于煤电而言,我国煤电总量应控制在2025年达到峰值,2050年电力系统要实现近零排放,2060年煤电完全退出。
另一个不可忽视的问题是,随着可再生能源在电力系统中的权重增加,风电、光伏总装机的规模可能要远远高于用电负荷。卓尔德(北京)环境研究与咨询中心首席能源经济师张树伟认为,如果新能源发电量占比超过60%,电力系统总装机至少是最高负荷的4倍以上。”
国家电网能源研究院新能源与统计研究所所长李琼慧认为,基于风电、太阳能的波动性、间歇性,高比例新能源系统对灵活调节资源需求激增。燃煤机组灵活性改造、燃气机组、抽水蓄能、电化学储能、大电网跨区输电通道、用户侧可中断可调节负荷和氢能等将承担重要的调节功能。其中,新型储能在发展潜力、调节特性、响应时间、利用灵活性等方面都具有一定优势。同时,新能源开始步入高比例时代,需要承担类似于传统电源的保障电网安全稳定运行的责任与义务。
风光与煤电互补,而非替代
最近两年,中国、欧洲、美国连续发生极端天气造成的电力短缺现象。2020年冬季,中国部分地区出现电力短缺;2021年2月,美国得克萨斯州因极寒天气发生电力短缺。除此外,2020年8月,美国加州也发生由于连续酷热造成的电力短缺;2021年第一季度德国遭遇寒流天气,电力现货度电价格飙升至百欧元,电价涨至四年来最高。
面对突发状况的出现,新能源无法支撑电力系统,需要电力系统在更大范围内的互济来解围。这样的状况在高新能源占比的甘肃也曾发生。
国家电网甘肃省电力公司工作人员介绍,“当时,我们日前预测第二天新能源出力可以达到500~600万千瓦。但第二天风力突然改变,新能源实际出力只有50万千瓦左右。这对于全网1500万千瓦的用电负荷而言,相当于失去了1/3负荷供给。”
由于没有足够的可调节电源,电力短缺已经无法在甘肃省内解决。最终,甘肃省电力公司通过向国调申请降低直流外送、西北电网紧急向甘肃送电等方式,度过了这一天的危机。
可见,电网中新能源占比越高,越需要省间互济支援,更大甚至全国范围内互济显得尤为重要。风光与煤电是互补关系,绝非替代关系。
以甘肃酒泉至湖南±800kv特高压直流输工程为例,其配套电源规模高达1580万千瓦,其中风电700万千瓦、光伏发电280万千瓦,同时需要600万千瓦的燃煤火电配套才能运行。其中,甘肃电投常乐电厂4×100万千瓦项目是甘肃首个百万千瓦级的调峰火电工程,也是“千万千瓦”级酒泉风电光电基地、特高压工程的配套火电项目。由于特高压对电压波动敏感,在特高压的运行过程中需要配备大功率煤电机组作为调峰电源。
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