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21|碳中和需求技術(shù)之電力供應(yīng)端技術(shù)需求

返回列表 來源: 發(fā)布日期: 2024.05.07

“能不能把這些分布廣、能量密度低的風(fēng)、光資源利用起來,并保證電價相對便宜,研發(fā)出先進(jìn)的技術(shù),尤其是儲能技術(shù)是關(guān)鍵中的關(guān)鍵!”傳統(tǒng)上,電力供應(yīng)系統(tǒng)包括了發(fā)電、儲能和輸電三大部分,從現(xiàn)在業(yè)界經(jīng)常談到的“新型電力供應(yīng)系統(tǒng)”的角度,還應(yīng)把用戶也統(tǒng)籌考慮在內(nèi)。

在這樣的電力供應(yīng)系統(tǒng)中,碳中和本身的目標(biāo)要求未來電力的70%左右來自風(fēng)、光發(fā)電,其他30%的穩(wěn)定電源、調(diào)節(jié)電源和應(yīng)急電源也要盡可能地減少火電的裝機(jī)總量。正因為如此,未來需要促進(jìn)發(fā)電技術(shù)、儲能技術(shù)和輸電技術(shù)這三方面的“革命性”進(jìn)步。

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第一個組成部分:可再生能源

1、光伏發(fā)電技術(shù):

雖已發(fā)展到可平價上網(wǎng)的程度,但這類技術(shù)在降成本、增效率上還有潛力可挖;

2、太陽能熱發(fā)電技術(shù):

對電網(wǎng)友好,既可保證穩(wěn)定輸出,也可用于調(diào)峰,但目前發(fā)電成本過高,未來應(yīng)在材料、裝置上尋求突破;

3、風(fēng)力發(fā)電技術(shù):

也基本具備平價上網(wǎng)的條件,未來要在大功率風(fēng)機(jī)制造、更高空間風(fēng)力的利用、更遠(yuǎn)的海上風(fēng)電站建設(shè)上下功夫;

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分布廣、總量大,但能量密度太低,如要將地?zé)嵊糜诎l(fā)電,還得重點突破從干熱巖中提取熱能的技術(shù);

5、生物質(zhì)能:

也是可再生能源,目前生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)是成熟的,但其在總的電力供應(yīng)上的占比較為有限;

6、海洋能和潮汐能:

總量不小,但其利用技術(shù)有待進(jìn)步;

7、傳統(tǒng)的水電:

我國開發(fā)程度已經(jīng)較高,未來在雅魯藏布江、金沙江上游開發(fā)上還有較大潛力。

除以上可再生能源發(fā)電以外,社會公眾還得接受這樣的現(xiàn)實:要達(dá)到碳中和,核電還得較大程度地發(fā)展,因為核電應(yīng)作為“穩(wěn)定電源”的重要組成部分。此外,火電還得在“穩(wěn)定電源”“應(yīng)急電源”“調(diào)節(jié)電源”方面發(fā)揮作用,正因為如此,“無碳電力”在很長時期內(nèi)是難以實現(xiàn)的,除非我們把火電站排放出的二氧化碳收集起來再予以封存或利用。


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第二個組成部分:儲能技術(shù)

儲能技術(shù)在未來的電力供應(yīng)系統(tǒng)中將占有突出的位置,這是因為風(fēng)、光發(fā)電具有天然波動性,用戶端也有波動性,這就需要用儲能技術(shù)作出調(diào)節(jié)??梢赃@樣說,如果沒有環(huán)保、可靠并相對廉價的儲能技術(shù),碳中和目標(biāo)就會落空。儲能是最重要的電力靈活性調(diào)節(jié)方式,包括物理儲能、化學(xué)儲能和電磁儲能三大類,而靈活性調(diào)節(jié)還有火電機(jī)組的靈活性改造、車網(wǎng)互動、電轉(zhuǎn)燃料、電轉(zhuǎn)熱等方式和技術(shù)。

1、物理儲能主要有四類:

一是抽水蓄能電站,它是最成熟的技術(shù),我國以東部山地為依托,已建、在建和規(guī)劃中的抽水蓄能電站總量很大,但可再生能源豐富的西部如何建抽水蓄能電站還得探索。

二是壓縮空氣儲能,主要是利用地下鹽穴、礦井等空間,該類技術(shù)在我國還處在起步階段。

三是重力儲能,簡單地說是利用懸崖、斜坡等地形,電力有余時把重物提起來,需要電力時把重物放下用勢能做功,這類技術(shù)我國尚處在試驗階段。

四是飛輪儲能,這是成熟的技術(shù),但其能量密度不高。

2、化學(xué)儲能

就是利用各類電池,大家熟知的有鋰電池、鈉電池、鉛酸(碳)電池、液流電池、液態(tài)金屬電池、金屬空氣電池、燃料電池(氫、甲烷)等。不同的電池有不同的應(yīng)用場景,它們在未來的電力供應(yīng)系統(tǒng)中具有不可或缺的地位,但今后會遇到電池回收、環(huán)保處理、資源供應(yīng)等問題。

3、電磁儲能

主要是超級電容器和超導(dǎo)材料儲能,目前看,它的作用還有待觀察?,F(xiàn)有四種:

火電機(jī)組的靈活性改造,是指使其“出工能力”具備靈活性,用電高峰時機(jī)組可以發(fā)揮100%發(fā)電能力,用電低谷時只“出工”20%或30%。這個技術(shù)一旦成熟,應(yīng)該非常管用,尤其在實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的早中期階段,應(yīng)將其作為主打技術(shù)。

車網(wǎng)互動,是指電動汽車與電網(wǎng)的互動。簡單地說,今后大量的電動汽車整合起來就是一個非常龐大的儲能系統(tǒng),如果在電網(wǎng)電力有余時,它們中的一部分集中充電,而電力不足時,它們中的一部分向電網(wǎng)輸電,這樣就起到了平滑峰谷的作用。這個想法很美好,也有點“浪漫”,但如何將理論上的可能性轉(zhuǎn)化為實踐中的可行性,估計還得創(chuàng)新商業(yè)模式。

電轉(zhuǎn)燃料,就是把多余電力轉(zhuǎn)化為氫氣、甲烷等燃料,電力不足時再把燃料用于發(fā)電。

電轉(zhuǎn)熱儲能,則是用水、油、陶瓷、熔鹽等儲熱材料把多余的電轉(zhuǎn)化為熱儲存,需要時再為用戶放熱。


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第三個組成部分:新型電力系統(tǒng)

從實現(xiàn)碳中和的邏輯分析,我國未來的電網(wǎng)將有以下幾個突出特點:

遠(yuǎn)距離的輸電規(guī)模將在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上增加數(shù)倍,意味著要把西部的清潔電力輸送到東部消納區(qū),輸電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求巨大;

為了統(tǒng)籌、引導(dǎo)大空間尺度上的發(fā)電資源和用戶需求,大電網(wǎng)應(yīng)是基本形態(tài);

貼近終端用戶(如工業(yè)園區(qū)、小城鎮(zhèn)等)的分布式微電網(wǎng)建設(shè)將受到重視,并將成為大電網(wǎng)的有效補(bǔ)充;

為解決波動性強(qiáng)的可再生能源占比高、電力電子裝置比例高的特點,需要在電網(wǎng)的智能化控制技術(shù)上實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

從上面的介紹可知,建立一個新型電力系統(tǒng),其實是逐步“擠出”火電的過程,或者嚴(yán)格地說,是一個把火電裝機(jī)量占比減到最小的過程,留下的火電也得作“清潔化”改造。我國具有充足的風(fēng)能、太陽能,從理論上講,資源絕對足夠。

但能不能把這些分布廣、能量密度低的風(fēng)、光資源利用起來,并保證電價相對便宜,研發(fā)出先進(jìn)的技術(shù),尤其是儲能技術(shù)是關(guān)鍵中的關(guān)鍵!


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