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电力系统碳达峰、碳中和的基本逻辑

2022-11-24 09:43来源:北大纵横作者:王志刚关键词:碳中和碳达峰电力系统收藏点赞

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2020年9月22日,我国在第七十五届联合国大会一般性辩论上提出“中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争在2030年前达到峰值,努力争取在2060年前实现碳中和”。同日,在国家财经委员会第九次财经委员会会议上,提出要构建清洁低碳安全高效的能源体系,控制化石能源总量,着力提高利用效能,实现可再生能源替代行动,深化电力体系改革,构建以新能源为主体的新型电力系统

“双碳”是最近几年非常高频的词汇,被众多机构、公司广泛研究、探讨,本文对电力系统碳中和、碳达峰目的、举措等相关问题做了初步研究,希望可以让大家了解电力系统碳中和、碳达峰基本逻辑,引发思考。

说一说为什么电力系统的“双碳”是我国“双碳”工作的重中之重。

首先,从分类看,据IEA数据显示,2018年我国排放的二氧化碳总量中,发电及供热占比为51%,工业28%,交通10%,建筑6%,农业1%,其他4%。发电行业碳排放占到我国碳排放总量五成,改善空间巨大;

其次,从产业集中度看,电力系统中的电源、电网环节产业集中度非常高,且绝大部分为中央企业、省属国有企业,改革阻力相对较小;

再次,交通领域的新能源汽车,工业的电气化改造,需要更多电力输出,只有从源端减少碳排放,才能从根本上尽早实现碳达峰、碳中和。

电力系统的“双碳”活动是围绕以光伏、风电为代表的新能源大比例消纳展开的。新能源的广泛应用带来了碳排放的减少,但新能源发电受光照、风力等气候因素影响,发电不稳定,且与用电峰谷曲线不匹配,在“源随荷动“的技术背景下,必将出现发电高峰期电力使用不足,弃电严重;需求高峰期,电力供应不足,影响电网安全。

针对新能源发电的实际问题,我国从以下几个方面采取措施,提高新能源的消纳能力。

电源端:

首先,运用“风光水火储”一体化,减小电力波动。通过储能、火电、水电的调节作用,实现电源端的稳定供应,获得合理的送电曲线,提升通道利用效率。“风光水火储”是一个大概念,从实际使用情况看,为新能源电站提供储能配套的“风光储一体化”将逐步成为新能源电站的标配;“十四五”期间,将进行大量火电机组的调峰改造,“风光火储一体化“将稳妥推进;在水电资源丰富的地区,将因地制宜开展”风光水储“一体化建设。

其次,通过煤电、气电的低碳化技术及CCUS技术,减少传统能源的碳排放。

再次,通过电源端合理配置储能,有效提高备用容量,在发电高峰存储电能,在用电高峰释放电能,进行调峰,有效提高电源输出质量。

电网端:

首先,通过构建特高压输电网络,西电东送,将西北地区不能就近消纳的过剩电能输送至用电集中的东部地区。减少弃电,充分发挥了西北地区资源禀赋,又支援了东部地区的电力供应。

其次是“源网荷储一体化“建设,通过开展”区域(省)源网荷储一体化“、”市(县)源网荷储一体化、“园区源网荷储一体化”建设,改变“源随荷动“的电网调度模式,实现源、网、荷、储深度协同。推进局部电力平衡,降低对大电网调节支撑需求。

用户端:

通过“虚拟电厂“,整合自用/公用分布式能源、储能及可控负荷,汇聚形成发电量可观的“虚拟电厂”,调节用电负荷并对大电网形成有效支撑。

储能端:

储能端做为新型电力系统的重要组成部分是电力碳达峰、碳中和的重要环节。目前已经处于应用、研究阶段的储能技术有,抽水蓄能技术、电化学储能技术、机械与电磁储能技术、相变储能技术、氢储能技术,并发展出相应分支技术。从2020年储能存量情况看,抽水储能装机容量约占总装机容量的89%,电化学储能约占9%,其中锂电池储能约占8%,其他储能受成本及技术影响应用还比较少。短期来看,电化学储能成本将快速降低,“十四五”末期,其储能成本有望接近或达到抽水蓄能储能成本,“十五五”末期,有望低于抽水储能成本。长期来看,压缩空气储能、氢储能市场空间广阔,有望成为长周期储能的中坚力量。

机制方面:

全面放开发电用电计划、全面建立需求响应机制、完善电力系统中长期交易、完善辅助服务交易机制、深化电力现货交易、构建全国统一的电力市场体系、完善峰谷电价调节机制,促进新能源电站及储能建设。

电力系统的碳达峰、碳中和路长且阻,但逻辑清晰、前景光明。

作者:王志刚,北大纵横合伙人

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