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| 煤電與新能源耦合發(fā)展模式的探析 |
| 來源：電聯(lián)新媒 作者：袁家海 張浩楠 黃輝 時間：2023/2/16 |
長期以來煤電作為我國的主力電源，在我國電力安全供應保障中發(fā)揮著決定性作用。遠期來看，在碳中和目標下，無減排措施的燃煤發(fā)電量必然逐步削減乃至清零，但這是一個長期過程，不可能一蹴而就。中期來看，到2030年，就全國總體而言，煤電仍然是我國的主體電源，提供近50%的電量，以及不低于60%的容量支撐和重要的電網(wǎng)安全保障;遠至2040年，就電量貢獻而言，煤電屆時仍然可能是第一大電源品種。在低碳減排和安全保供的雙重約束下，一方面煤電需要逐步由高碳電源轉(zhuǎn)變?yōu)榈吞蓟蛄闾茧娫矗l(fā)展綠色低碳技術(shù)，推動煤炭的清潔高效利用，長期逐步退出以順應經(jīng)濟社會的清潔低碳發(fā)展;另一方面煤電同時作為電力供應安全、能源系統(tǒng)碳中和以及生態(tài)環(huán)境治理的“壓艙石”，仍將長時期承擔電力安全保供的責任，由主體性電源轉(zhuǎn)向基礎(chǔ)保障性和系統(tǒng)調(diào)節(jié)性電源，同時肩負供熱服務(wù)。這就要求未來煤電向更加清潔低碳、更加高效、更加靈活的方向發(fā)展。
由于可再生能源的能量密度低、間歇性、不可預測性和不具備電網(wǎng)支撐性能，在我國新型電力系統(tǒng)建設(shè)的進程中，可再生能源與煤電不是簡單的此消彼長的關(guān)系。《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍皮書(征求意見稿)》指出，2030年前煤電裝機和發(fā)電量仍將適度增長。為滿足經(jīng)濟社會用電負荷增長以及新能源大規(guī)模高比例發(fā)展的調(diào)峰需求，在嚴控煤電項目前提下，近期仍需要在部分地區(qū)發(fā)展適量為消納風電、太陽能發(fā)電服務(wù)的調(diào)峰機組和為保障電網(wǎng)安全供應服務(wù)的支撐性機組。至少在新能源及其配套的儲能技術(shù)具備獨立保障電力安全供應能力之前，要處理好煤電與新能源的優(yōu)化組合問題，推進二者耦合發(fā)展。這既是我國建設(shè)新型電力系統(tǒng)的必由之路，也是可再生能源規(guī)模化躍升式發(fā)展的前提條件，更是煤電自身轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要途徑。
煤電“三量”與“三新”的耦合發(fā)展
煤電存量、增量、減量“三量”發(fā)展促進可再生能源發(fā)展
預計煤電規(guī)模在電力需求剛性增長和電網(wǎng)安全支撐需求下仍會有一定的擴張，近期將出現(xiàn)煤電規(guī)模小幅增長、靈活性改造大面積鋪開的情形，從主力電源向基礎(chǔ)電源轉(zhuǎn)變，來滿足新能源快速發(fā)展的系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求;達峰后以煤電碳捕獲改造、容量有序清退、合規(guī)機組延壽運行(備用)為重點，從基礎(chǔ)電源轉(zhuǎn)變?yōu)檠a充電源，煤電發(fā)電存量由新能源逐步替代，推進新型電力系統(tǒng)平穩(wěn)過渡和煤電高質(zhì)量有序退出。煤電存量、增量和減量“三量”發(fā)展能夠有效促進可再生能源的發(fā)展。
對于現(xiàn)役煤電機組、自備電廠，即存量機組來說，可作為主力機組在網(wǎng)側(cè)起到基礎(chǔ)支撐兜底保障作用，配合推進煤電機組清潔高效改造與靈活性改造，保障電力系統(tǒng)的低碳、靈活和穩(wěn)定運行。對于當前即將到期退役的煤電機組，根據(jù)需要完成適應性改造后符合能效、環(huán)保、安全等要求的，可通過延壽運行來滿足容量需求。存量機組的改造能快速提升電力系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)能力、減少電力系統(tǒng)安全容量投資，應對大規(guī)模新能源并網(wǎng)和用電負荷“雙高峰”化所帶來的供電安全挑戰(zhàn)。
對于增量煤電機組，未來以發(fā)展高參數(shù)的高效節(jié)水型火電為主，不再單純以發(fā)電為目的，主要定位為靈活調(diào)節(jié)型和容量保障型機組，保障電力供應安全和促進可再生能源消納。在“雙碳”目標約束下，煤電裝機增量發(fā)展空間有限，在新建煤電機組時可考慮和新能源一體化耦合方案，發(fā)展多能互補綜合能源生產(chǎn)新模式，例如“風光水火儲一體化”，通過風光出力特性互補，聯(lián)合調(diào)峰電源和儲能，實現(xiàn)友好型并網(wǎng)，推動清潔能源最大化利用，或進行生物質(zhì)耦合混燒，以大幅度降低碳排放，減少廢棄問題。
對于減量煤電機組，隨著新能源滲透率的快速提升，源荷匹配難度加大、系統(tǒng)受沖擊干擾的風險加劇，有必要逐漸擴大常備應急電源和戰(zhàn)略備用電源規(guī)模，一來提升電力系統(tǒng)的安全供應閾值，二來充分利用退役煤電機組的技術(shù)價值。部分退役煤電機組不能簡單地關(guān)停淘汰，可以作為備用機組應對區(qū)域性、季節(jié)性、時段性的尖峰用電需求，以及在極端情況下作為應急主力機組。
新能源、新模式、新業(yè)態(tài)“三新”發(fā)展助力煤電低碳轉(zhuǎn)型
助力新能源，以綠色發(fā)展推動清潔轉(zhuǎn)型。建設(shè)一體化清潔能源基地、推進整縣式光伏、依托電力企業(yè)發(fā)展屬地的轉(zhuǎn)型光伏、開展風電下鄉(xiāng)等，都是發(fā)展新能源的重要路徑。而新能源發(fā)電出力的不穩(wěn)定性對電網(wǎng)消納帶來壓力，系統(tǒng)對儲能和調(diào)峰電源的需求愈發(fā)迫切。然而電化學儲能發(fā)展尚在初期(成本高，安全性待提升)，抽蓄受自然資源條件限制較大，靈活性改造后的煤電調(diào)峰已成為當前最優(yōu)選擇。目前風光大基地項目配備調(diào)峰火電機組已成趨勢，通過規(guī)劃建設(shè)大型風光電基地，鼓勵煤電企業(yè)與新能源企業(yè)開展實質(zhì)性聯(lián)營，以綜合能源基地模式鼓勵周邊清潔高效先進節(jié)能的煤電發(fā)揮支撐性作用，促進存量煤電機組的靈活性改造，主動改變供給側(cè)功能和定位以實現(xiàn)轉(zhuǎn)型，推動煤電和新能源的優(yōu)化組合，全面提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力和靈活性。
探索新模式，以協(xié)調(diào)發(fā)展推動穩(wěn)步轉(zhuǎn)型。推進分散式風電、分布式光伏、中小型風光與風光火儲互補項目資源儲備和開發(fā)建設(shè)，創(chuàng)新多能互補商業(yè)模式。燃煤電廠特別是城市燃煤電廠可以開展多種服務(wù)，探索與變電站、儲能電站、電動汽車充電站、分布式光伏電站和數(shù)據(jù)中心的局域集合，實現(xiàn)“源-網(wǎng)-荷-儲-用”有機聯(lián)動，形成面向城市、園區(qū)、社區(qū)及居民的綜合能源服務(wù)“一站式平臺”。
布局新業(yè)態(tài)，以創(chuàng)新發(fā)展推動增長趨勢。新能源技術(shù)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動通訊和人工智能等創(chuàng)新技術(shù)的發(fā)展，不斷推動著電力行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，帶來電網(wǎng)形態(tài)功能的改變，電力新業(yè)態(tài)不斷涌現(xiàn)。發(fā)電企業(yè)可以充分利用煤廠、庫房、熱網(wǎng)等廠區(qū)布置，因地制宜改造升級，配套部署風光可再生能源、儲能、制氫、熱泵等，為周邊工業(yè)園區(qū)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)等提供冷熱電氣水等綜合能源服務(wù)，并結(jié)合技術(shù)改造提高煤電機組經(jīng)濟運行和靈活運行水平，發(fā)揮煤電的兜底保障和靈活調(diào)節(jié)作用。
“三量”“三新”的耦合關(guān)系
面向電力安全保供和低碳轉(zhuǎn)型的雙重目標，電力行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型需要處理好傳統(tǒng)電源與新能源之間的關(guān)系，實現(xiàn)煤電清潔高效利用與新能源高質(zhì)量躍升發(fā)展的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
煤電存量、增量、減量“三量”發(fā)展是新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型規(guī)劃的關(guān)鍵，是電力新能源、新模式、新業(yè)態(tài)發(fā)展的堅實基礎(chǔ)，為消納新能源、保障電力安全提供支撐。以風光為主的可再生能源裝機容量并不等于有效容量，尤其是電力系統(tǒng)源、荷資源對越發(fā)頻繁的極端天氣的敏感度提升，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定面臨更大挑戰(zhàn)，煤電作為我國電力系統(tǒng)的“壓艙石”和“調(diào)節(jié)器”，必須要發(fā)揮“三量”功能價值促進新型電力系統(tǒng)“三新”轉(zhuǎn)型生態(tài)的發(fā)展。
新能源、新業(yè)態(tài)、新模式是助力煤電低碳轉(zhuǎn)型的重要形式，“三新”生態(tài)是推動“三量”發(fā)展的有效動力。煤電“三新”發(fā)展模式有利于推動風電光伏大規(guī)模、高比例、多元化發(fā)展，促進新能源行業(yè)技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)升級，能夠為經(jīng)濟社會發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)豐富的綠色電力。通過積極培育電力源網(wǎng)荷儲一體化、負荷聚合服務(wù)、綜合能源服務(wù)、虛擬電廠等貼近終端用戶的新業(yè)態(tài)、新模式，同時搭建能源數(shù)字經(jīng)濟平臺，發(fā)展綜合智慧能源，以“三新”模式推動煤電機組功能定位轉(zhuǎn)型，促進煤電與新能源一體化、多元化發(fā)展。
煤電與新能源耦合發(fā)展的典型模式
“燃煤電廠+分布式光伏+儲能廠內(nèi)耦合”。燃煤發(fā)電“源隨荷動”，光伏發(fā)電“靠天吃飯”且夜晚沒有出力，當新能源并網(wǎng)容量不斷提升，新能源的波動性和間斷性將導致電源側(cè)的調(diào)頻和頂峰壓力激增，因此，新型電力系統(tǒng)勢必需要煤電機組擁有深度調(diào)峰的靈活性。除發(fā)電機組的靈活性改造外，燃煤電廠可利用廠房和閑置土地加裝光伏，利用光伏發(fā)電減少廠用電，可適當降低供電煤耗，減少發(fā)電廠碳市場履約成本、增加綠電收益;并根據(jù)裝機容量，按比例配置一定規(guī)模的儲能電站，與廠內(nèi)燃煤發(fā)電及分布式光伏形成互補聯(lián)動模式，提升項目整體的低碳性、靈活性和經(jīng)濟性。
“燃煤電廠+分布式光伏廠外耦合”。我國建筑屋頂資源豐富，開發(fā)建設(shè)屋頂分布式光伏潛力巨大。但是建筑屋頂分布廣泛、資源分散、單體規(guī)模小、開發(fā)建設(shè)協(xié)調(diào)工作量大，一定程度上制約了屋頂分布式光伏的規(guī)模化發(fā)展。啟動推進整縣(市、區(qū))屋頂分布式光伏開發(fā)工作，能夠充分調(diào)動和發(fā)揮地方積極性，引導地方政府協(xié)調(diào)更多屋頂資源，進一步開拓市場，擴大屋頂分布式光伏建設(shè)規(guī)模。在推進整縣分布式光伏的政策契機下，燃煤電廠利用其中央企業(yè)或地方優(yōu)勢國企的資源優(yōu)勢，可以力爭成為所在縣域的整縣分布式光伏平臺服務(wù)商，實現(xiàn)業(yè)務(wù)、資產(chǎn)、技術(shù)和人員的整合優(yōu)化和平穩(wěn)轉(zhuǎn)型。
“風光大基地+支撐調(diào)節(jié)性煤電”形成綜合清潔能源基地。建設(shè)大型風電、光伏發(fā)電基地，是穩(wěn)步快速且有保障地提高清潔能源供給能力的主要途徑。圍繞以沙漠、戈壁、荒漠為重點的大型風光電基地，合理規(guī)劃建設(shè)清潔高效先進節(jié)能的配套支撐性煤電，充分發(fā)揮煤電基礎(chǔ)保障和系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用，進一步夯實煤電的電力保供“壓艙石”作用，促進新能源開發(fā)外送，為經(jīng)濟社會發(fā)展提供堅強電力保障。
煤電發(fā)展為電熱冷汽水綜合能源。煤電需要從單一發(fā)電服務(wù)轉(zhuǎn)型為提供多種能源聯(lián)合供應服務(wù)，因地、因企制宜，構(gòu)建智能供電、氣、水、熱等系統(tǒng)，構(gòu)成區(qū)域綜合供能網(wǎng)架，為城市提供“電、熱、冷、汽、水、壓縮空氣”等多品類能源供應。煤電向綜合能源轉(zhuǎn)型發(fā)展可以通過煤電生物質(zhì)耦合、煤電與資源再利用組合發(fā)展等方式開展。
煤電生物質(zhì)耦合發(fā)電，可以利用農(nóng)林廢棄物和城鄉(xiāng)有機廢棄物，通過將其加工成燃料顆粒替代燃煤摻燒，也可以通過氣化處理產(chǎn)生可燃氣體送入鍋爐，實現(xiàn)生物質(zhì)能處理耦合發(fā)電，減少溫室氣體排放，同時實現(xiàn)鍋爐低負荷穩(wěn)燃，提高機組靈活性調(diào)峰能力。
煤電與資源再利用組合發(fā)展是推動煤電“生態(tài)共享型電廠”發(fā)展的新模式，協(xié)同處置市政污泥、垃圾及工業(yè)固廢等可再利用廢棄物，實現(xiàn)減量化、無害化、資源化處置。可以使煤電向污染治理企業(yè)和多種能源類型綜合供應商轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)能量資源體系的梯級利用、循環(huán)利用，靈活匹配多種用能需求，降低區(qū)域碳排放，打造綠色智慧低碳綜合能源服務(wù)示范區(qū)。
以煤電為中心的綜合能源生產(chǎn)單元模式。中國電力科學研究院周孝信院士團隊提出了一種融合火電機組碳捕集、燃煤機組混燒生物質(zhì)、可再生能源電解水制氫、新甲烷/甲醇合成等多種技術(shù)的設(shè)想——綜合能源生產(chǎn)單元(Integrated Energy Production Unit，IEPU)。該生產(chǎn)單元既可以生產(chǎn)電力和各種近綠色燃料，又能以其高靈活調(diào)節(jié)能力支撐高比例可再生能源電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
IEPU通過單元內(nèi)部各設(shè)備協(xié)同運行及單元與外部電網(wǎng)的靈活互動，實現(xiàn)多類型能源的生產(chǎn)、存儲、轉(zhuǎn)化和化工合成等過程耦合，具有以下兩個方面的優(yōu)點：一是以電解制氫裝置作為可控負荷，通過與火電、水電等可調(diào)機組聯(lián)合運行，在綜合能源生產(chǎn)單元內(nèi)部各子系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化的同時，實現(xiàn)與電網(wǎng)互動，成為具有高靈活性的虛擬能源生產(chǎn)單元，為高比例新能源電力系統(tǒng)提供靈活性支撐。二是通過二氧化碳與氫氣合成生產(chǎn)甲烷、甲醇等便于存儲、運輸?shù)木G色燃料或化工原料，一方面可規(guī)避大規(guī)模二氧化碳捕集后壓縮及封存的高額成本，結(jié)合相應的產(chǎn)品收益模式，有利于火電企業(yè)推廣應用二氧化碳捕集與利用技術(shù);另一方面，所生產(chǎn)的氫氣及合成產(chǎn)品，也可為能源領(lǐng)域化石燃料和原料替代提供一定的來源補充。
END
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》(上旬)2023年01期，作者系華北電力大學袁家海、張浩楠，自然資源保護協(xié)會黃輝。
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