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核能和可再生能源 不是“对手”是“队友”

北极星电力网新闻中心  来源:中国核工业  作者:张利  2021/7/12 9:34:09  我要投稿  
所属频道: 核电   关键词: 核能 可再生能源 核电

北极星核电网讯:中国2060碳中和目标的宣布,对于电力行业来说,意味着加快推进我国能源结构从以煤炭发电为主向以清洁低碳能源为主的跨越式发展。如果中国要在2060年之前实现碳中和目标,需沿着1.5℃路径不懈努力,力争在2050年前实现75%~85%的温室气体减排。为了达到这一目标,2050年清洁能源占一次能源比例应超过85%。

(来源:微信公众号“中国核工业”  ID:cn_industry  作者:张利)

随着风、光等可再生能源的大规模上网,电力系统的转动惯量持续下降,调频、调峰能力有待大力加强。同时,由于可再生能源资源的波动性和随机性、发电设备的低抗扰性和弱支撑性,电力系统将面临高效消纳、安全运行和机制体制三大挑战。如何在快速发展可再生能源的同时保证系统的安全、稳定、高效,成为电力系统转型的关键所在。

01

核能与可再生能源协同的智慧能源体系 —

随着煤电装机比重的下降和可再生能源发电比例的提高,核电对电网长期安全稳定运行将起到重要的作用。核能依靠其运行稳定可靠、换料周期长等特点,作为清洁的基荷能源可以解决大规模电力供应的安全稳定问题,核能与风、光等可再生能源协同互补发展的局面亟待形成。

因此,从我国能源禀赋实际出发、适应能源转型需要,核能与可再生能源协同智慧系统兼顾战略性、必要性、可行性和经济性,可以在保障能源安全的前提下,有效减少弃风弃光,实现资源高效配置,优化我国能源结构,突破化石能源制约,实现减排目标,是我国实现中国“30·60目标”下清洁低碳能源的发展和能源转型的重要途径,对我国实现生态文明建设、引领全球气候治理具有重要价值,是确保能源供应、经济发展和生态环境协调发展的重要选择。

核能与可再生能源协同智慧系统是以电力系统为核心,以智能电网为基础,以核能和可再生能源为主体,配以适量水电和火电,实现冷、热、气、水、电等多种能源互补,提高用能效率的智慧能源系统。

核能与可再生能源协同智慧系统架构主要包括四个部分:发展基础体系,包括核能和可再生能源基础设施;技术支撑体系,包括分布式能源技术、智能电网技术、大数据技术、物联网技术和多能互补技术等;消费体系,包括能源交易、能源服务、决策支持和优化控制;标准规范体系,包括需求响应、能源协调、能源存储、能源价格、能源交易、网络安全等一系列标准。

该系统通过将现代信息技术、智能控制与优化技术和现代能源供应、储运、消费技术深度融合,为能源优化管理、多能协同提供更为科学的预测、决策与互动平台,为消费者创造获取能源、存储能源乃至售卖能源的全新方式。促进核能和可再生能源比例提升和能源结构调整优化,促进用户用能理念变革和终端能效提升,实现在节能减排目标约束下的能源安全、清洁、节约和可持续发展。

在该系统中,核能综合利用可提供多种二次能源。例如在风光不能提供有效电源的情况下,核能发挥基荷能源特性提供电源保障;在风光提供有效电源的情况下,核能通过综合利用,将能量转化为氢、淡水、熔盐储热等方式储存和运输,提高系统整体经济性和利用率。

核能与可再生能源协同智慧系统采用先进的核能与可再生能源供应与能源转换技术、能源传输技术、能源消费技术、智能处理技术、综合系统优化技术,实现能源供应与消费的自主化、安全化、清洁化、多元化、高效化。该系统的主要特征包括安全、清洁、多元、经济。

安全:核能与可再生能源协同智慧系统中的能源总量稳定丰富,可持续性强,系统中的能源供给对外部依存度低。

清洁:核能与可再生能源协同智慧系统中的能源供给是低碳能源,环境友好性高。

多元:核能与可再生能源协同智慧系统中的能源供应连续性强。核能作为基础负荷,通过冷、热、气、水、电等多种能源相互补充,灵活应用,保障多品种的能源供应。

经济:核能作为一种成熟的支撑电源,已实现技术自主化,其成本可控且随着应用规模扩大将逐步降低。风、光等可再生能源也已成为极具经济竞争力的能源品种。同时,核能与可再生能源协同智慧系统中的电力传输损耗小、能源损耗低。

要实现核能与可再生能源智慧协同,核电的灵活运行能力是基础保障。目前我国三代核电普遍具有一定的灵活运行能力,核电的高能量密度和可调节性可以为可再生能源上网保驾护航,满足电网安全稳定运行的需求。

02

— 核能与可再生能源协同应用场景 —

1.能源基地外送场景

截至2020年三季度末,青海新能源发电总装机占比突破57.1%。由于风、光等可再生能源所固有的随机性、波动性和间歇性特点,导致其大规模并网对电网产生冲击,加之电网调峰容量紧张,造成电网消纳困难,因此新能源基地在并网时须考虑稳定的基荷电源。此外,青海省电力市场长期供大于求,为了解决大规模新能源的消纳问题,必须依托外送通道。因此,“清洁能源基地+外送通道+匹配的调峰电源”的开发模式,成为开发新能源基地的必由之路。

青海省拟为其第二个大规模新能源基地搭建特高压直流通道,但由于一时无法解决电源支持点问题,致使规划落地缓慢。为了充分利用全国最好光照资源和大面积荒漠化土地,促进柴达木循环经济试验区可再生能源就近消纳综合试点工程建设,可考虑选取合适地点建设核电机组,为新能源基地提供稳定支持电源点,促进新能源基地和外送通道建设落地。该应用场景可推广至内蒙、新疆等可再生能源资源丰富、能源供需不均衡的地区。

2.能源综合利用场景

山东省是我国沿海经济带的重要区域,清洁高效安全的能源体系是其快速稳定发展的坚实基础。截至2020年底,全省新能源和可再生能源发电装机达到4800万千瓦,占电力总装机的比重突破30%。与此同时核电规划建设稳步推进,现已累计发电突破485亿千瓦时,全省在运在建核电装机达到570万千瓦。山东省的地理条件和能源禀赋具备发展可再生能源和核能智慧协同的天然条件。

已建成的海阳核电站在发电的同时,不仅通过核能供暖满足了周边近70万平方米居民清洁供暖需求,而且可参与海上风电的调节,一定程度上弥补海上风电间歇性的短板。

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核能综合利用系统示意图

针对沿海地区场景,还可以推广核能综合利用系统,通过对核电站的热力系统进行创新,实现发电、制氢、海水淡化、供热、制冷、供汽、储能等多种功能综合协同。核能裂变后释放的能量最初就是以热能的形式展现,对核热能直接进行综合利用,可以有效提高能源系统的经济性。此外核能制氢具有无温室气体排放、高效等诸多优势,核能海水淡化可以保障沿海缺乏地区的用水安全,核能供热、制冷可以提供清洁经济的居民供暖和工业用热、用冷,满足地区经济发展和人民需求的各种用能形式。

3.孤网运行场景

对远离大陆的海上孤岛等偏远地区,由于特殊地理因素的原因,从主电网架线的电损大且成本高,这就需要因地制宜地在当地建设离网型能源供应系统。

核能作为一种稳定、可控、能量密度大的能源形式,是这种场景模式下基荷能源的最优选择。将小型核能系统与太阳能、风能、海洋能等任何一种或者几种进行组合,结合核能综合利用技术,则可以获得更加安全、经济、高效的能源供给。

在此模式下,一方面场景内供给侧利用核能和可再生能源协同发电,实现绿色电力的稳定供应,另一方面对终端用能设备进行零碳替代,如城市家庭等用能终端电气化,交通、物流船舶码头、市政环卫等系统采用氢能化运营,供冷、供热、动力终端全面实现电气化替代,则可为孤网运行场景实现零碳智慧高效能源体系。

(作者单位:中国核电发展中心)

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