發(fā)布日期:2021-11-10
電力是能源轉型的關鍵,隨著“雙碳”目標的提出和推進,建設新型電力系統的壓力不斷增加。這一過程中,不僅是將電源從煤電為主轉向以可再生能源為主,還涉及提高發(fā)電效率、儲能、電網改造、數字化等一系列復雜轉型改造。
11月3日,國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《全國煤電機組改造升級實施方案》提出,供電煤耗在300克標準煤/千瓦時以上的煤電機組要么“加快實施節(jié)能改造”,要么“組逐步淘汰關?!薄0刺囟ㄒ笮陆ǖ拿弘姍C組,原則上都需要采用超超臨界且供電煤耗低于270克標準煤/千瓦時的機組。
中國工程院院士、清華大學原副校長、北京能源與環(huán)境學會名譽會長倪維斗在接受21世紀經濟報道專訪時表示,當前電力轉型的重中之重,一方面是盡快提高煤電效率減少耗煤量,另一方面則應盡快摸清風電、光伏發(fā)電等快速發(fā)展的新能源的環(huán)境影響,避免不必要的環(huán)境損害。
他表示,近些年電力領域新技術不斷涌現,但大多還未形成產業(yè)化發(fā)展。這需要政策支持,也需要大型電力企業(yè)提高自身的改造積極性。
倪維斗:電力轉型面臨的挑戰(zhàn),我認為目前來看并不是該怎么將煤電關停,第一要務是需要大幅提高煤電的效率。目前我們還有很多30萬千瓦及以下的小容量機組,效率是不高的,如果在這方面好好下功夫的話,也可以大量減少煤的使用。
根據國家統計局發(fā)布的數據,2020年,全國發(fā)電量77790.6億千瓦時。其中,火電發(fā)電量53302.5億千瓦時。現在100萬千瓦及以上的大功率煤電機組,我們已經可以做到供電煤耗量在270余克標準煤/千瓦時的水平,相比同等機組300克標準煤/千瓦時左右的量,每度電能減少30克耗煤量。根據國家能源局公布的數據,全國6000千瓦及以上電廠供電標準煤耗已達到305.5克。由此減少的相應的二氧化碳排放量大約10億噸左右。
雖然我國大型發(fā)電站的發(fā)電效率已經提到了相當高的水平,但中小型的機組還有很大效率提升空間。以全球發(fā)電效率最高、最清潔環(huán)保、單位發(fā)電煤耗最低的發(fā)電廠之一——上海高橋第三發(fā)電廠為例,在2013年就實現了276克標準煤/千瓦時的年平均供電煤耗。而國家煤電示范工程安徽淮北平山電廠的135萬千瓦機組,其發(fā)電數據能達到251克標準煤/千瓦時,效率能達到46%。
目前我國至少30萬千瓦上下的中等機組大概有4.5億千瓦裝機容量,還有大量5萬千瓦左右的小型電站和中石化、中石油等自備電廠,效率相對來說都可以大大提高。
不論大中小型的電廠,在效率提高上都還大有潛力可挖,要大幅度、大面積、大規(guī)模降低現有電廠的煤耗或者提高效率。如果每度電能降低幾十克的煤耗,將對二氧化碳的減排非常有利。在這件事上國家應該有統一的規(guī)劃,用先進技術來改造亞臨界的技術,實現“提溫不提壓”的技術措施。
除此之外,降低負荷和調峰,也是今后至少10到20年內需要重視的方面,因為煤電將來可能轉變成給波動性較大的可再生能源調峰的角色。低負荷運行達到20%對煤電機組發(fā)揮調峰功能有很大益處,煤電機組改造后最重要的就是低負荷穩(wěn)定高效運行。目前,許多機組無法調峰的主要原因正是無法低負荷運行。一般電廠達到50%以下運行就不太穩(wěn)定了,需要使用噴油助燃等方法,這會耗費高價的燃油。這方面已經有了成功經驗,比如徐州銅山電廠三號機組在改造后就能夠在20%的負荷內穩(wěn)定運行,且效率基本沒有像超臨界大型機組一樣大幅度降低。
倪維斗:可再生能源這幾年的確發(fā)展得很快,但是最大的問題是出力變動比較大、不穩(wěn)定。從地球物理和化學的角度來說,可再生能源的發(fā)電情況很大程度上取決于是否有風、有太陽等自然條件,間歇性較大。雖然最近幾年我國可再生能源發(fā)展得很快,但是要按照此前我校李政教授研究團隊的研究結果來看,用風電來替代煤電的話,發(fā)電量要成幾十倍地增加。
目前,風電和光伏建設本身對生態(tài)環(huán)境也有一定影響。我支持風電的發(fā)展,但是幾十倍地增加風電建設,很可能會對某些生態(tài)系統造成顯著影響。比如鳥類遷移可能會受到影響,鳥類本身與森林蟲害鼠類控制有關??赡軙纱嗽斐珊οx變多、老鼠變多,又對其他生態(tài)系統產生影響??梢哉f,目前在風電光伏的生態(tài)影響這方面還沒有研究透徹。
生態(tài)系統潛移默化的轉變是需要引起重視的。1950年我剛來到北京時,冬天風很大很冷,現在北京冬天沒以前那么冷了,風也相對減弱了,對于人來說可能相對舒服一些,但是對經過長時間形成的穩(wěn)定的生態(tài)環(huán)境,還是有一定負面影響的。可再生能源的確要發(fā)展,但發(fā)展到什么程度還需要國家通過相關課題好好研究和分析,我們還需要多做地球生態(tài)、地球物理、地球化學方面的研究。
倪維斗:電氣化的發(fā)展是必然的,這是現代化標志之一。無論是生產活動、消費活動,還是提高生活舒適度都需要電。以前是電網來適應負荷需要,有多少負荷發(fā)多少電,但是隨著發(fā)電活動本身的多樣化,風電光伏間歇性較大,負荷本身也開始需要符合發(fā)電電網的需求,而不是只依靠電網的內部調節(jié)。比如電價調整,把峰谷電價的差距拉開,以鼓勵人們避開高峰使用低谷電。
另外,從需求角度來看,我對電動車的發(fā)展寄予很大希望。汽車的電氣化不僅能解決燃油排放問題,其巨大的需求量還能對整個社會起到“儲能”作用。汽車充電時也能幫電網調峰。甚至以后在充完電后,其電池能在必要時給電網充電。
所以,消費端應該隨著電網的限制來調節(jié)用電,發(fā)電多樣化也要通過能源網絡來滿足整體的電量需求。同時,大型火電廠現在正努力做到低負荷運行,其他電源,比如核電站等,也需要做到低負荷運行和靈活調節(jié)。
倪維斗:儲能現在挺熱鬧的,但目前真正能夠達到大規(guī)模儲能目的的也只有兩種形式。
一種是抽水蓄能,從原理上沒問題,我們已經積累了不少經驗。但這一技術也有諸多限制,比如地勢要有高低差,價錢高昂,推廣比較困難。儲能時用電動水泵把水抽至高處,效率大概有80%,水由高至低推動水輪機發(fā)電,又有效率損失。
另一種是壓縮空氣儲能,原理是用再生能源發(fā)電將空氣高壓密封至儲氣罐中,需要時再推動汽輪機發(fā)電,效率也高。但要實現大規(guī)模儲能,目前也需要面臨壓縮空氣儲存空間和投資的問題。曾經有項目想利用礦物開采后的地下空穴,但適合密封地下罐的并不多,同時效率也相對較低。主要是空氣壓縮產生的熱能無法利用,儲存到地下就會冷卻。
鋰電池等技術也是辦法之一,電池種類多樣,但是目前來看其發(fā)展也有局限,比如汽車鋰電池價格昂貴,能量密度也不是很高,大概在123瓦時/公斤。而且量太小,幾萬、幾十萬千瓦量級的電化學儲能現在技術上還無法實現。
總的來說,目前大規(guī)模儲能仍然是個大問題。抽水蓄能已經有一定的發(fā)展,壓縮空氣儲能我們才剛開始做,分布式儲能還要想辦法再突破。
倪維斗:可再生能源發(fā)展要求需求端和發(fā)電端配合,低負荷運行的電廠現在也正在發(fā)展。自備電源方面,1500-1600千瓦的大型內燃機柴油機中國已有制造能力??梢允菙祩€分布式中型的,1500千瓦左右的柴油機電站就能夠快速響應電網需求?,F在電廠改造和提高效率的需求,是國際上一些設備制造公司,甚至油氣開采公司,都在關心的全球能源項目。
電網的有序改造建設,包括投資、人力、技術等多方面,我認為中國實際上已經具備了技術能力,比如上海外高橋第三方的電廠的那套技術。問題是五大電力公司在這方面積極性不高,甚至有些公司定了改造計劃后,又因為地方政策變動沒能完成。所以我希望政府在頂層設計上再給出更清晰的信號,單靠這些公司是很難做起來的。
電源接入電網,以前我們喜歡做幾十萬、上百萬千瓦的大型工程,而分布式新能源接入的辦法卻是要做數萬千瓦的小型工程,再通過計算機算法控制的方式讓這些小容量接入互聯合作,通過不斷調整各個分布式內部小電站的啟停和發(fā)電量來靈活控制。數字化優(yōu)化的調節(jié)是完全可以做到的,若干個小電站隨時可以啟動,互相配合,不穩(wěn)定性和間歇性都可以攤平。
當前新技術不斷出現,但新技術產業(yè)化很難,要變成一個示范項目需要大量投資。
來源:21世紀經濟報道官網
原文標題:專訪清華大學原副校長、北京能源與環(huán)境學會名譽會長倪維斗院士:煤電提效潛力巨大,新能源多樣化發(fā)展需政策支持