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劉吉臻院士:2萬億千瓦時供電難題怎麼解?

作者:國際能源網

摘要:

劉院士反複強調,現有技術條件下,能源轉型的“經濟賬”一定要算清。

2月29日,中共中央政治局就新能源技術與大陸的能源安全進行集體學習。

這是二十大以來政治局第十二次集體學習,也是十八大以來首次專題學習能源,這次學習對能源發展意義重大。

學習會上,能源安全和能源轉型,是兩大重點關注方向。會議指出,“我們要順勢而為、乘勢而上,以更大力度推動大陸新能源高品質發展,為中國式現代化建設提供安全可靠的能源保障,為共建清潔美麗的世界作出更大貢獻。”

值得注意的是,中國工程院院士、新能源電力系統全國重點實驗室主任、華北電力大學教授劉吉臻在會上就該問題進行講解,提出工作建議。他的意見被中央政治局的同志認真聽取,并進行了讨論。

劉吉臻是誰?他對能源行業提出了什麼具體的觀點?他對新能源轉型到底怎麼看?在新華社的新聞稿中并沒有記述。

劉院士在能源界其實是一位重量級人物,從1973年進入河北電力學院(現華北電力大學)求學并留校任教以來,已在電力行業躬耕不辍五十多年。

劉院士思想也比較活躍,經常在一些重要會議和刊物上發表卓見,他帶領的團隊在能源行業發展面臨的多項關鍵技術難題方面,取得了具有開創性、系統性的研究成果,2020年,“智能發電運作控制系統研發及其應用”獲得中國電力科學技術進步獎一等獎。他在電力科研、人才教育、能源戰略咨詢等方面也建樹卓著。

劉吉臻還有一個身份是中國新型儲能産業創新聯盟專家委員會主任委員,是以對儲能也常有驚人之語。2023年9月在全球能源轉型高層論壇他提出:我們對儲能一定要有個清醒的認識,儲能不是萬能的!“風光配儲”這個路徑,肯定不是一個正确的路徑。

這一觀點,當時在儲能行業引發熱議。不過仔細研讀他的講話,媒體解讀有點偏頗,他并不是否定儲能的作用,而是認為相對大電網來說,目前的儲能是杯水車薪,起不到實質性作用,儲能更應該在使用者側發揮作用。

除此之外,劉院士對中國能源發展戰略有什麼思考?對“雙碳轉型”與經濟發展間的關系怎麼看?對打造新型電力系統等話題有什麼觀點?根據公開報道和相關文獻,對劉院士主要觀點進行梳理。

劉吉臻院士:2萬億千瓦時供電難題怎麼解?

圖說:華北電力大學被譽為中國能源電力的“黃埔軍校”。 來源:華北電力大學

大能源融合觀

對于能源革命以及面向能源電力領域的低碳化變革問題,劉吉臻院士在很多場合提出大能源融合的觀點。

比如,在2022年4月的博鳌亞洲論壇上, 劉吉臻指出,能源革命是一個艱巨、複雜,甚至是一個相當長時期的任務目标,必須處理減碳去碳與經濟發展間的關系,在目前和今後一個時期,能源發展的主要路徑應該是化石能源清潔化、清潔能源規模化、多種能源綜合化,新舊能源互相融合,此消彼漲,新能源逐漸取代化石能源主體地位,進而實作零碳的目标。

化石能源清潔化即發展煤炭等化石能源清潔高效開發利用技術,降低化石能源消費量和占比;清潔能源規模化即發展可再生能源和先進核能技術,大幅提高非化石能源占比;多種能源綜合化即提高電能在終端能源消費中的比重,突破電網、儲能、氫能等綜合能源技術。

劉吉臻院士指出,從技術的層面來講,能源融合主要是三個方面,一是多能互補,發揮傳統能源和新能源各自的禀賦和優勢,使得新舊能源融合成一個能夠支撐生活生産發展穩定的、可靠的、安全的能源。二是供需互動,互動需要靠技術和市場。比如電價有分時電價和階梯電價,不同時段收費不同,把供需互動融合到一起,按需所取。三是充分發揮現代資訊化技術,使得能源流、資訊流、價值流等多流融合。

劉吉臻認為,“化石能源清潔化、清潔能源規模化、多種能源綜合化”這三者相輔相成,既不能互相割裂,也不能各自為政、怱略互相的支撐作用。

劉吉臻院士:2萬億千瓦時供電難題怎麼解?

來源:《新型電力系統的内涵、特征及關鍵技術》.劉吉臻等

能源革命的技術選擇,要算好“經濟賬”

劉吉臻還主張,能源革命和綠色革命中,技術方向的選擇一定要與經濟性結合,算清能源革命的“經濟賬”。目前能源轉型,包括實驗室做研究,應該緊緊圍繞目标展開行動,讓不同的能源都能因地制宜高效利用,切忌異想天開、脫離實際。

劉吉臻多次表示,以最小社會成本完成好能源電力領域的低碳轉型,最終還是要依靠技術進步的力量,但是在現階段,需要我們算清能源革命的“經濟賬”。在建構新型電力系統的過程中,必須将減排目标與技術經濟的合理性統籌考慮。無論是在實作“雙碳”目标的過程中,抑或是在新型電力系統的建構中,如果冒進地使用一些不成熟的技術,既不經濟、也不負責任,造成的後果往往是不可承受的。

劉吉臻指出,我們一方面要對氫能、核能、CCUS,以及新能源技術與現代資訊技術融合應用——對這一類具有前瞻性、戰略性的前沿科技加大研發投入,盡早實作關鍵領域的突破和領先;同時,更要注重制有可推廣的應用技術,将其放到更為“耀眼”的位置,發揮最大的價值。

比如針對目前氫能發展“大熱”,有聲音認為氫能是未來的終極能源。在劉吉臻看來,在現有技術條件下,氫能經濟性有待檢驗。“目前生産1立方米氫氣需要消耗大約5-5.5千瓦時電能,如果電價低于0.2元/千瓦時,制氫價格可以承受。隻有用低價的可再生能源制氫才是正确的路徑,加之氫能具有一定的儲能屬性,可将氫能定位為可再生能源的‘搬運工’。”

再比如在燃料電池方面,如果用鉑做催化劑,明顯不劃算。再比如碳捕捉、利用與封存技術(CCUS),現有技術條件下這種處理方式是不可持續的,示範項目的成本相對過高,還将增加一次能源消耗。受控核聚變為探索性、颠覆性的前期研究,目前沒有實質性進展。

劉吉臻通過上述例子反複強調,現有技術條件下,能源轉型的“經濟賬”一定要算清。能源轉型過程中,技術必須和經濟結合起來,先進的技術也需要合理的經濟性。實作“雙碳”目标,協調好低碳發展與成本、系統安全三者之間的關系,本就是在多目标平衡中選擇更優的實施路徑。

2萬億千瓦時的電量供應空缺怎麼解?

2023年9月,在第十屆中國電力規劃發展論壇上,劉吉臻提出了一個針對大陸電力保障供應的“靈魂問”,引起了熱議。

劉吉臻表示,2022年,大陸風電、光伏裝機達到7.5億kW,發電量為1.2萬億kWh。據此判斷,到2030年,即便風、光裝機翻一番,也隻能增加1萬億多千瓦時的電量,屆時還有約2萬億kWh的電量供應空缺。這個難題該怎麼解?

劉院士指出,水電迅猛發展的時期已經過去,核電因存在争議提升空間有限,被寄予厚望的風、光可再生能源尚未形成穩定可靠的供應能力。随着風、光參與持續提升,加之極端天氣頻發,電力需求與日俱增,誰來負責電力保供?

據電力規劃設計總院預計,到2030年,大陸全社會用電增量将增長到11.8萬億-12.5萬億千瓦時。這意味着,未來幾年内,大陸全社會用電增量将達到3.2萬億。

事實上,受全球能源轉型與大陸“雙碳”目标推動,近年來,大陸風電、光伏發展一路高歌猛進,新增裝機連續三年突破1億kW。10年間,包括風電、光伏、水電等在内的可再生能源裝機增長約3倍。此同時,煤炭在能源消費結構中的占比從68.5%降至56.2%。

但即便如此,在劉吉臻看來,在當下能源轉型與兌現“雙碳”目标的大背景下,要滿足未來3萬億度電的增量需求仍然面臨巨大挑戰。

在劉吉臻看來,使用者側也許一個電力“富礦”。“用電側負荷一旦可平移、可調節、可中斷,必然就是電力系統的寶貴資源。”

此外,劉吉臻認為,我們還要立足“我們仍然處在一個煤基能源的時代”這一現實,到目前為止,煤炭在能源消費當中還是在50%以上。是以,我們要面對大陸的國情,大力推動化石能源清潔化,一定要把煤炭這篇大文章做好。

劉吉臻院士:2萬億千瓦時供電難題怎麼解?

圖說:劉吉臻院士在做《新型儲能與新型電力系統》報告。 來源:儲能研究院

需要重新評估儲能在新型電力系統中的地位和作用

目前,在能源轉型和建構新型電力系統的大背景下,儲能已經成為在全球各國都非常活躍的一個領域。

但在建構新型電力系統中,儲能究竟是什麼定位?應該往哪個方向發展?目前千軍萬馬、浩浩蕩蕩地都在做儲能,風險在哪裡?

針對這些問題,去年10月 在“2023全球能源轉型高層論壇—儲能産學研融合發展分論壇”上,劉吉臻提出了“要重新評估儲能在新型電力系統中的地位和作用”的看法。

在劉吉臻看來,目前需要對儲能有清醒認識。儲能并不是萬能的。在建構清潔低碳、安全充裕、經濟高效、供需協同、靈活智能的新型電力系統過程中,儲能要發揮作用,首先要把定位搞清楚。

劉吉臻認為,新型儲能暫未發揮顯著作用。

截至2022年底,大陸新型儲能裝機規模約870萬千瓦,平均儲能時長2.1小時。已投運新型儲能項目中,锂離子電池占比約94.5%、鉛酸(碳)電池占比約1.7%、液流電池占比約1.6%,壓縮空氣儲能發展提速,占比約2%。

在劉吉臻看來,與全球電力80億千瓦的總裝機相比,目前新型儲能裝機數量仍相對較小。“這個數字看起來好像很大,但其實還處于萌芽狀态,尤其是在電力系統中,在大規模新能源消納過程中,新型儲能基本沒有發揮出顯著作用,隻相當于用幾個礦泉水桶來儲存長江水。”

劉吉臻指出,從近期、中期、遠期來看,一定要把儲能的定位搞清楚。首先,希望儲能促進新能源大規模開發和消納。一方面促進新能源本地消納,在新能源富集地區通過建設系統友好型新能源電站、新能源場站配儲能、共享儲能等形式,平滑輸出功率、減少新能源棄電、保障新能源高效消納利用。另一方面,支撐大規模新能源外送,對“沙戈荒”大型新能源基地,提升外送通道使用率和通道可再生能源電量占比。

在電網側,希望儲能能夠支撐電網安全穩定運作,支撐電力保供、提升系統調節能力、應急備用、延緩輸配電裝置投資、提高電網運作穩定水準。在負荷側,則希望儲能能夠保障使用者靈活高效用電。

劉吉臻表示,現在從世界範圍來看,在兩類場景用得比較多。一類是在使用者側,以美國為例,其市場電價有時相差十倍甚至百倍,在極端高電價下,有些使用者就會用儲能電站的電,便宜、有回報,能夠做到商業化。另一類是分布式屋頂光伏,配備儲能後可形成一個相對穩定的供電系統。目前,儲能在需求側的應用要遠遠好于網側和源側。“風光配儲”這個路徑肯定不是最優路徑。

如何打造新型電力系統

在多個論壇上,劉吉臻院士就“能源轉型與新型電力系統建設“等主題進行了演講。他的主要觀點是:新型電力系統的基本特征可概括為16個字——“多源互補、源網協同、供需互動、靈活智能”。

所謂多源互補,就是要充分認識多種能源不同的特性和禀賦,來實作互補。這裡面包括風、光、水、火、儲、氫等等。

關于源網協同,劉吉臻認為,過去我們認為把電力系統分為了電源、電網和配網供給側,面對新型電力系統和高比例新能源,我們要重新把源、網作為一個整體。協同是包括源源協同、源網協同、網網協同等等,這裡邊包括源網荷儲,電力系統當中每一個組成部分共同要承擔起功率平衡和動态平衡穩定的職責。

關于供需互動,電力系統很簡單,叫“一個扁擔兩個筐”,一條是供應側、一條需求側,中間是電網,實作平衡就行,既可以調這邊,也可以調那邊,就看調哪邊經濟可靠。

關于靈活智能,劉院士認為,這樣的電力系統絕不是傳統的把現在的電力系統修一修、補一補就可以,它要結合我們現在的現代資訊技術手段,首先是一個實體系統,同時也是一個資訊系統,進而是個社會系統,包括人的行為在内,是以它是一個社會資訊實體系統。這個系統高度數字化、資訊化、智能化,這些技術也才能使得我們這個系統得以建立對它進行分析、控制與管理。

劉吉臻院士認為新型電力系統就是要建構起化石能源清潔化、清潔能源規模化和多種能源綜合化的新型電力系統,這既是三大任務、又是一個整體。是以,我們要特别關注關于煤炭、可再生能源、新型核能、智能電網、儲能、氫能以及能源消費和需求側的這些重點任務。

在《支撐新型電力系統建設的電力智能化發展路徑》一文中,劉吉臻還特别指出,新型電力系統的建設使能源數字化迎來黃金發展期。電網公司和發電企業需要利用數字化手段,打通源網荷儲各個環節,把海量的分布式裝置通過數字化手段統合成一個虛拟的大型能源調節中心,進而幫助可再生能源的高比例接入和消納,實作清潔、低碳的目的。

來源:國際能源網微信公衆号