2023年9月12-14日，以“綠色 持續(xù) 共生 向新”為主題的“第五屆未來能源大會”在江蘇常州武進召開，本次大會由中國能源研究會與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會上，中國科學院院士、中國電力科學研究院名譽院長周孝信發(fā)表了《雙碳目標下我國能源電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢》的主旨演講。
以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實錄進行整理。
尊敬的各位領導、各位院士、各位專家：大家上午好！非常榮幸能夠接受邀請，參加未來能源大會，這是我的第幾次我忘記了，反正上一次是參加了。
今天為大家匯報的題目這里已經(jīng)有了，不再重復，我加了一個副標題，就是“綠電替代+綠氫替代”，就是現(xiàn)在我個人認識的發(fā)展趨勢。
首先給大家匯報一下綠電綠氫替代的一次能源結(jié)構(gòu)。我們都知道要建設新型能源體系首先要分析預測雙碳目標下，未來一次能源消費結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢，剛才說了，我認為這個趨勢就是綠電替代+綠氫替代。一次能源分三部分，第一部分化石能源逐步被非化石能源替代，第二部分是非化石能源的電利用，這一部分就是非化石能源發(fā)電逐步替代化石能源發(fā)電，我們叫做綠電替代，這個是我們一個未來新型能源體系的主體，現(xiàn)在大家正在做的事情。第三是非化石能源非電利用，有兩部分，一部分像太陽能、地熱、核能等直接拿來用，第二是綠氫在工業(yè)、交通等領域用電替代比較困難的情況下，逐步替代化石能源的非電利用，這個我們叫做綠氫替代，前面是主體，這是輔助的。
這是一張圖，關于一次能源消費結(jié)構(gòu)和碳排放，大家可以看到，我們是從2020年到2060年之間，每一個五年有一個柱狀圖，可以很清晰的看到綠電替代發(fā)展是很有成效的，你看下面的綠色部分就是核電加上可再生能源發(fā)電，它的能量、電的能量，綠色的部分逐漸提高，從目前的7%以上，到2060年有63.2%，這個比例很高，綠電替代、風電、太陽能開發(fā)，包括核電都在里面。其他的部分就是大家有不同的見解了。所以我這里講的是綠氫替代占7.7%加8.7%，7.7是氫發(fā)電的，8.7%是其他的發(fā)電，為什么到2060年還要保持煤和天然氣發(fā)電？是因為電力系統(tǒng)要有靈活性，要調(diào)節(jié)，新能源調(diào)節(jié)性能就很差了，另外在極端情況下還要靠這些發(fā)電來給我提供一些安全的護供作用，在這樣的情況下，如果其中的一部分拿來用綠氫來發(fā)電的話，對減碳還是很有效果的。
這個是氫替代的方案，是我們團隊做的一個簡單的方案，包括氫的非電利用加上發(fā)電利用兩部分，就是這個表格的最下一行，2030年前我們不考慮它能夠替代什么，主要做示范，做技術的成熟迭代，到了2030年能不能搞到800萬噸氫不知道，就是我們拍腦袋的，到2040年3400萬噸，2050年6500萬噸，2060年1億噸，橫向比較，下面有兩個比較，一個是美國，一個是德國，他們在6月份公布了他們國家的氫能發(fā)展戰(zhàn)略，美國和我們差不多，一開始沒有它大，但后來我們比它大，美國到2050年是五千萬噸，我們2050年是6500萬噸，它沒有2060年的數(shù)，我們是1億噸，這個效果還是很好，2050到2060年碳中和階段，電力系統(tǒng)排放的二氧化碳由7億噸減少為4億噸，有利于配合其他措施實現(xiàn)電力系統(tǒng)的碳中和。這個數(shù)還是很大的，這十年減少了3億噸的碳，量還是很大，可以和其他方案做比較，看看經(jīng)濟性哪一個好。
下面主要講一講電力系統(tǒng)，電力系統(tǒng)在能源轉(zhuǎn)型的過程中，我們認為要建成新型能源電力系統(tǒng)，或者在建設過程中，我們追求的目標是什么呢？或者說它達到的實際情況是什么樣的？第一是高比例的可再生能源，第二高比例電力電子裝備，為什么？因為新能源接入都是通過電力電子裝備接進去的，輸出輸入都需要通過電力電子裝備實現(xiàn)。第三多能互補綜合能源，第四數(shù)字化智慧化能源，第五清潔高效低碳零碳，第六高韌性本質(zhì)安全可靠電力系統(tǒng)，這是很難做到的，但是我們希望朝這個目標來前進。
下面就是我們做的情景分析，其中一個，就是在綠電替代+綠氫替代的情況下，我們做出來一個圖，也是從2020年到2060年，上面紅的曲線就是非化石能源發(fā)電裝機占比，到2025年之前就會超過50%，到2060年就到了97%以上了。這是它的發(fā)電量，我就不細說了。下面這幾個餅圖給大家簡單介紹一下，就是2022年全社會用電量8.64萬億千瓦時，裝機容量25億千瓦，總發(fā)電量是86000萬億千瓦時，可再生能源的發(fā)電裝機占47.3%，可再生能源發(fā)電量占31%，這得益于風電、太陽能、水電這些。這是2030年的情況，因為時間關系就不說了，可再生能源發(fā)電裝機占比55%，可再生能源發(fā)電量占比38.8%，但是煤電依然占據(jù)非常重要的部分，像裝機容量占32%，發(fā)電量占45.7%，還是我們國家電力保供的主要依靠。這是2050年變化就大了，這個變化是由于新能源發(fā)電大規(guī)模的進入了電力系統(tǒng)，帶來的結(jié)果就是可再生能源發(fā)電裝機占比85.9%，可再生能源發(fā)電量占比80%。這是2060年的情況，可再生能源發(fā)電裝機占93.3%，可再生能源發(fā)電量占比86%，還有一些化石能源發(fā)電就比較少了。
再看看這么高比例的可再生能源，連帶大量的電力電子裝備進入電力系統(tǒng)，我們這個電力系統(tǒng)會產(chǎn)生什么樣的問題？我就簡單的列幾項，有五項性能要求，每一項都是很大的挑戰(zhàn)，第一個就是靈活性，電力系統(tǒng)源荷平衡保持正常運行的必要條件，它帶來了靈活性的巨大需求，這個需求包括需要通過源網(wǎng)荷儲互動來提供幫助。第二是韌性，它是電力系統(tǒng)應對突發(fā)事件的必備條件，必須準備著來應對這些事件，在極端氣候下快速恢復供電的韌性需求更為頻繁和迫切。第三是穩(wěn)定性，就是由于電力電子裝備大量的進入電力系統(tǒng)，包括大規(guī)模的集流輸電、西電東送這些，它是承受各類擾動后保持暫態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定的能力，這是基本條件。第四就是可靠性，就是這些裝備要具備必要的可靠性，很高的可靠性，電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，它的接線要滿足高可靠性的要求，是電力系統(tǒng)運行的基礎條件，沒有這個也是不行的。最后一個是經(jīng)濟性，我們做了這些工作，最后落實到我們系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運行，如果是經(jīng)濟性不行的話那也是不行的，所以我認為是電力系統(tǒng)為社會提供優(yōu)質(zhì)服務的前提條件，包括我們怎么樣有效的化解電力成本，因為我們轉(zhuǎn)型提高，這是很大的問題，到底怎么化解，怎么應用市場化的辦法來解決這些問題，包括碳排放等等問題。
應對的舉措簡單列幾條，第一條大力發(fā)展各類儲能技術，這里面中短期的儲能現(xiàn)在大家都在發(fā)展，各種路線技術都在進步，但對長期儲能，應對極端氣候的變化，應對各種突發(fā)事件帶來的長期影響，我們的看法是儲氫，以及氫所衍生出來的甲烷、甲醇等等氣體液體燃料，要有足夠的儲備，還有化石能源、天然氣的一部分儲備，這樣就是長期儲能，應對季節(jié)性的變化。第二實現(xiàn)源端多能互補綜合能源電力系統(tǒng)，這個電力系統(tǒng)包括源端電力網(wǎng)絡，包括在源端構(gòu)建綜合能源生產(chǎn)單元，叫IEPU，第三實現(xiàn)受端多能互補綜合能源電力系統(tǒng)，也是有一個綜合能源產(chǎn)銷單位，叫IECU。第四就是大規(guī)模的能源電力輸送系統(tǒng)，期望未來的能源系統(tǒng)除了以電為主，西電東送以外，還要送綠色的氣體液體燃料，包括氫，包括甲烷、甲醇、氨等等，西電東送為綠色的西能東輸，這是我提出來的口號，現(xiàn)在也是西能東輸，但送的是煤炭、石油、天然氣，將來是綠色的西能東輸。第五建設結(jié)構(gòu)合理、安全可靠的配用電網(wǎng)絡，包括提高韌性、提高靈活性、安全可靠性、經(jīng)濟性，希望終端消費這部分做出很大的貢獻。第六是能源電力市場的建設，包括靈活性調(diào)節(jié)市場，包括綠電的市場，包括碳的市場，包括補償機制和激勵機制等等。
這就是剛才我說的一個IEPU綜合能源生產(chǎn)單元，包括燃煤電站、光伏電站，包括電解水裝置，包括做甲烷、甲醇和碳捕集，我們生產(chǎn)的綠色甲烷和氫氣來推動燃氣輪機發(fā)電，這是一個好處，可以把傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電和光伏發(fā)電結(jié)合起來，有些要退役的不一定馬上要退掉了，發(fā)揮它的作用，也能夠為將來提供很高的靈活性，在電網(wǎng)遭受大變故的情況下提供韌性有很好的作用。這里是終端用戶的，也是一個個單元，就是IECU，包括不同類型的單元，將來內(nèi)部是自治管理，統(tǒng)一的可以參加電力市場，統(tǒng)一的調(diào)度，這樣可以更好發(fā)揮分布式能源的作用，更好的把消費側(cè)的資源調(diào)動起來，這也是一種方案。
最后是總結(jié)與討論，第一關于新型能源體系構(gòu)建的綠電替代與綠氫替代，在雙碳目標指引下，風電光伏等可再生能源發(fā)電大規(guī)模開發(fā)，到2050年到2060年，基本上實現(xiàn)了高比例非化石能源對化石能源的綠電替代，成為新型能源體系一次能源消費的主體。二，隨著可再生能源綠氫生產(chǎn)儲運技術進步和成本降低，2030年后，綠氫儲能發(fā)電將有可能與風光綠電相配合，在提供長時儲能發(fā)電和靈活調(diào)節(jié)方面逐步替代化石能源，成為綠電替代的組成部分，而綠氫在工業(yè)交通民用等領域的直接利用，則實現(xiàn)了對化石能源的綠氫替代。第三是可以預期，對傳統(tǒng)化石能源的綠電替代和綠氫替代，作為實現(xiàn)新型能源系統(tǒng)碳中和目標的關鍵舉措，將在未來新型能源體系和新型電力系統(tǒng)建設中發(fā)揮決定性作用。這是我的看法。
第二關于構(gòu)建新型電力系統(tǒng)有關問題的認識，計入綠氫發(fā)電后，電力系統(tǒng)2060年非化石能源發(fā)電量占比由93.5%提高到98.1%，2060年碳排放量與2020年相比，占比由14.8%減少到4.5%，2050年至2060年碳中和期間二氧化碳平均年排放量由7億噸減少為4億噸，有利于配合輔助措施實現(xiàn)電力系統(tǒng)碳中和。燃煤發(fā)電是我國電源結(jié)構(gòu)的劣勢也是優(yōu)勢，隨著新能源快速發(fā)展，煤電機組對于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的支撐作用進一步凸顯，推進傳統(tǒng)煤電升級改造及有序退役，對我國電力轉(zhuǎn)型意義重大。源端綜合能源生產(chǎn)單元IEPU既能以其高靈活調(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，又能生產(chǎn)氫氣及其衍生的便于運輸儲存的綠色燃料，成為新型電力系統(tǒng)應對中長期能源電力供需不平衡的儲能介質(zhì)，期望能作為煤電機組低碳/無碳轉(zhuǎn)型路徑方案的一種選擇。終端綜合能源產(chǎn)銷但IECU，作為電網(wǎng)中能源消費生產(chǎn)的基層子系統(tǒng)，既是負責內(nèi)部分布式能源電力生產(chǎn)和消費自治管理的微型電力能源網(wǎng)絡，也可以作為提供靈活性資源、增強系統(tǒng)韌性，在遇到災害的時候，可以獨立運行、穩(wěn)定運行，保證基本的供應，是參與電網(wǎng)調(diào)度和電力系統(tǒng)的基本單元。
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