2021全球供应链大会|周孝信:以新能源为主体的新型电力系统五个主要特征和五项核心指标

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10月11-12日,由南京市人民政府、中国电动汽车百人会共同主办的“2021第三届全球新能源汽车供应链创新大会”在南京国际博览会议中心召开。本届大会的主题是“全球变局与双碳目标下的汽车供应链”。

在11日下午举办的高层论坛上,中国科学院院士、美国国家工程院外籍院士周孝信提到,总书记提出:我们要构建以新能源为主体的新型电力系统。所谓的构建,就是构建清洁低碳、安全高效的能源体系,构建以新能源为主体的新型能源系统。“双碳”目标和能源转型的战略目标高度一致,两个构建是实现能源转型的根本措施,是实现“双碳”目标的基本保证。

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以下为演讲实录:

“双碳”目标下我国能源电力系统发展前景和储能的需求,我个人是做电力系统研究的,我国电力系统和电动汽车、新能源汽车关系非常非常密切,刚才几位领导的报告已经说得很清楚了,就不再重复。

报告的几个主要内容:

一、我国能源转型的战略目标和实施路径;

二、新型电力系统的主要特征和核心指标;

三、“双碳”目标下我国新型电力系统发展前景分析;

四、面临2030年电力发展的储能需求。

因为我过去几年做新一代能源系统和新一代电力系统的研究,总书记提出:我们要构建以新能源为主体的新型电力系统,我个人也有很多的体会,所以我想在这次报告里和大家分享我个人的一些体会。

“双碳”目标的提出,大家都很清楚。所谓的构建,我个人理解,落实两个构建,是我国能源转型支撑国民经济绿色发展的一个很重要的举措,就是构建清洁低碳、安全高效的能源体系,构建以新能源为主体的新型能源系统。

“双碳”目标和能源转型的战略目标高度一致,两个构建是实现能源转型的根本措施,是实现“双碳”目标的基本保证。

以新能源为主体的新型电力系统,有哪些主要特征和核心指标呢?我归结为五个主要特征和五项核心指标,给大家分享。

1、高比例可再生能源电力系统

我们将来的电力系统一定是高比例可再生能源的,以前都说电动汽车很好,但是用的电主要是化石能源提供的,所以不是一个清洁的。将来的电力系统的发展,包括现在的发展,是高比例可再生能源,一定是新型电力系统的一个很主要的特征。

2、高比例电力电子装备电力系统;

3、多能互补的综合能源电力系统;

4、数字化智能化智慧能源电力系统;

5、清洁高效低碳零碳电力系统。

五项核心指标,包括一部分能源的指标,但是搞电力的人应该关注能源。

1、非化石能源在一次能源消费中的比重;

2、非化石能源发电量在总发电量中的比重;

3、电能在终端消费中的比重;

4、系统总体能源利用效率;

5、化石能源的二氧化碳排放;

“双碳”目标清晰后,根据“双碳”的目标要求,考虑经济社会发展对能源电力安全的要求及能源电力技术进步的要求,设定三项经济社会和能源发展的主要目标及变化趋势。

1、一次能源消费总量;2、非化石能源消费的占比;3、全社会用电量。

右边的图,绿色的曲线,表示一次能源的消费总量,2030年达到峰值以后比较稳步地下降。

分成三个阶段,最初表现在红颜色的曲线,就是非化石能源占比的变化情况。

第一阶段是2021年到2030年,这10年是增长比较慢的。从2030年到2050年是非常非常关键的一个时期,非化石能源的占比要以比较高的速度增长,而且我们也有条件了,2030年以后,通过10年的发展,已经具备了相应的技术条件和电力系统的基础,所以可以发展很快,平均每年要增加2.5个百分点。到了2050年以后,2060年碳中和的10年,变化又是比较平缓,将来怎么配合碳中和实现的一个过程。

根据刚才三项主要的指标以及其他的一些比较确定性的指标,我们做了一个发展的前景分析,从2020年到2060年这40年的时间。左边这张图是装机容量,右边这张图是发电量。

2025年非化石能源发电装机占比超过50%,“十四五”结束之后。2035年风光装机容量超过总装机容量50%,这是两个很重要的点,而且2025年到2030年期间,风电光伏装机容量也超过煤电。

关于发电量,是2030年到2035年非化石能源年发电量超过50%。原来我们曾经做过是不是在2030年实现,现在看来有些困难。

2045年到2050年之间,风光发电量超过总发电量的50%,这个是以新能源为主体的电力系统,以什么样的量化标志,怎么体现呢?我想就是发电量50%。2045年到2050年间,新能源为主体,风电和光伏超过总发电量50%。

刚才有两个指标已经是被作为前提条件提出来,3、4、5这三项是经过情景分析的结果做出的,一个是在终端消费中的比重,红颜色的这条线,从目前占6.7%,增加到80%,我们认为还是比较乐观,比较快速的增长。蓝色的曲线是系统总体能源利用效率,两个因素带来了效率的提高,一个是从供应侧,非化石能源大量地代替了化石能源,它本身就是意味着效率的提高。因为非化石能源拿来发电要经过热力学的定律,效率不可能太高,30~40%左右。而新能源,非化石能源,我们认为它发出的电就是一次能源的,我们过去叫一次电力,效率是100%的。再一个是需求侧用电侧,用电能替代一些化石能源应用的部分,这个本身也意味着效率的提高,这是我们通过模型测算得出的结果。

左边这张图是碳达峰的情况,没有把具体的数标出来,但是坐标给出来了,这是通过化石能源燃烧排放的二氧化碳,大概是在2025年之后可以达峰,2030年之前,大概是94亿~95亿吨。

电力系统是这样的达峰法,红色的虚线就是电力系统,主要指的是火电的二氧化碳排放,也是在2025年到2030年之间达峰,接近2030年,因为中间煤电还保留比较多的部分,所以达峰时间稍微晚一点。

下面就把几个饼图给大家看一下,一个是2020年的情况,这是实际发生的情况,左边这张图,黑颜色的是煤电的装机容量,10.8亿千瓦,风能、太阳能发电量大概不到7%,这是我们的基础。

到了2030年,包括一次能源的情况,非化石能源比重,我们按25%来作为一个前提条件,算下来煤电的装机容量在2030年占32.3%,发电量占46%。就是说经过10年的发展,可再生能源的发展也是比较快的,但是煤电依然在起着非常重要的作用。

这是2050年的情况,发生重大的变化,从2030年到2050年非化石能源的比例大幅度增加,相当多的煤电要退出运行。煤电的装机容量只有2不到2.5亿千瓦时,这个数也是不小的,占3.4%,发电量是在0.9万亿千瓦时,占5.7%。当然,非化石能源太阳能、风能的占比比较高了。

这个电力系统带来很多问题,包括怎么应对风能、太阳能的发电带来很多的波动性、间歇性、随机性,这就需要储能,所以下面给大家说一下储能的分析。

刚才讲电动汽车,我们是非常希望电动汽车在充电的时候,能够起到储能的作用,通过数字化、智能化的控制,能够有序地为电力系统提供储能的安排。

简单介绍一下关键技术,我们列了十项,面向新型电力系统的关键技术。其中红颜色的,安全、高效、低成本新型储能技术;清洁高效低成本氢能储能技术,主要说这两项。

根据2030年的情况,采用一种最简单的算法,所谓分项计算法,根据风能、太阳能的发展,分布式还是集中式的,每种要补充多少储能的安排,等等,分门别类,来做这个统计计算。根据情景分析算的结果,仅供参考。

这是刚才把2030年的情况更细一点说出来,2030年电源结构,发电总装机38.7亿千瓦,风电(新能源)装机比重41.5%,风电装机5.7亿千瓦,光伏发电装机10.4亿千瓦,分布式光伏比重40%,光热电站0.05亿千瓦。

刚才领导的报告中说将来要到8000万辆电动车,这里只有2500万,这个数估计没有时效性了。

这样算下来,大概非抽水蓄能所需要的来支持2030年这个规模的新能源发展的储能,总数大概是1亿千瓦,就是100GW。

下面讲讲氢能,我们做电力的人来说,我们希望我们的可再生能源的发电规模化制氢,其生产过程作为电力系统可调节的用电负荷,可起到对高比例可再生能源新型电力系统灵活性调节的作用,类似于电池储能,只是电—氢,而不是电—电。

绿氢进一步与能源化学技术融合,利用火电厂捕集,规模化生产便于运输储存的甲烷、甲醇、氨等气体/液体燃料和化工原料,替代石油、天然气等化石能源,可作为未来高比例可再生能源新型电力系统应对中长周期能源电力供需不平衡的一种储能介质。

长期储能过去是储煤、储天然气、储石油,将来作为非化石能源,在完全绿色的情况下,储氢以及利用氢和二氧化碳合成做的一些能源的产品和化工原料,我觉得这一点是特别特别看重。我们希望我们的非化石能源的发电,包括光伏发电、风电,价格能够进一步降低,对制氢的效率进一步提高。这个时候,我们就可以大量地进行,成本可能就会低于天然气的成本,甚至于接近煤电的成本,加上环境因素,这样的话很有希望,将来唯一的能够应对可再生能源电力系统,包括2050年、2060年这样的系统80~90%的非化石能源、可再生新能源。这个不平衡肯定是存在的,目前已经有这个现象发生了,怎么办?就是靠这样的方式。

可再生能源电制氢,当然主要是生物质二氧化碳,这个二氧化碳拿过来制出来的甲烷、甲醇和氨就完全是绿色的。

这是我提出的一个设想方案,二氧化碳从哪儿来的?是从现有的煤电厂得来的,因为现在有10.8亿千瓦的煤电,而且“十四五”期间还有新建一小部分煤电,这个煤电的生命周期还是比较长的,所以要延迟到2040到2050年。这样的情况下,怎么发挥煤电的剩余价值,服务于我们的绿色发展?我提了这个方案,比如说燃煤混燃生物质,现在煤电比例是20%是可以的,如果再高可能有一点问题,这样的话,二氧化碳就可以是接近绿色的。作为一个生产单元,这个生产单元除了生产电以外,还生产能源产品,包括液体和气体的燃料等等。电力系统觉得更重要的虚拟电厂可以提供非常强的灵活调节能力,因为有发电,要用电,用电和发电都是可以调节的,这个调节的范围就很大了,来应对高比例可再生能源,所以我这个建议提出以后,还有不少人很感兴趣,说看看怎么样进一步地探讨。主要还是一个经济性的问题,还有要突破现有体制的束缚,等等,这个是需要进一步研究的。

小结:

生产目标下情景分析表明:2035年风电光伏装机容量超过总装机容量50%,2045年到2050年风光发电量超过总发电量50%。

能源系统和电力系统二氧化碳排放均可实现2030年前达峰,能源系统二氧化碳排放量将在2050年和2060年分别降低为峰值的28%、10.5%,而电力系统分别降低为峰值的25.4%和1.6%,这就为2060年前实现碳中和的目标做出了电力系统的贡献。

关于储能的分析,这是一个总的说法。

大概是1亿千瓦(2030年)。

可再生能源电解水制氢的生产过程,作为电力系统中可快速调节的负荷,可成为应对风电、光伏发电波动性、间歇性的有效措施,部分替代燃料电池的调节作用。绿色能源产品,甲烷、甲醇、氨等,以其便于运输易于储存的特性,既可作为化工原料,也可作为以新能源为主体的新型电力系统应对中长期能源电力供需不平衡的一种储能介质。

我今天的报告就这么多,欢迎大家批评指正,很多是个人看法,不一定对。谢谢大家!

来源:第一电动网

作者:王鸣幽

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