要實(shí)現深度低碳轉型，就必須從根本上解決可再生能源與傳統煤電在電力系統中的矛盾?！赌茉窗l(fā)展“十三五”規劃》明確提出，中國的能源系統應向著(zhù)清潔低碳、安全高效的方向積極轉型。截至2019年底，全國非化石能源發(fā)電量為2.39萬(wàn)億千瓦時(shí)，占全國發(fā)電量的32.6%，實(shí)現2030年非化石能源發(fā)電量占比50%的目標已過(guò)半程。而即使是在2020年新冠疫情的壓力下，中央政府也沒(méi)有松懈綠色復蘇和轉型的決心，今年上半年風(fēng)電和光伏的發(fā)電量分別同比逆勢增長(cháng)了6.8%和9.1%。在已提前實(shí)現了“十三五”可再生能源裝機目標之際，今年6月，國家發(fā)改委和能源局進(jìn)一步提高了目標，計劃今年內風(fēng)電和光伏發(fā)電裝機均達到240吉瓦左右。
然而，當下這場(chǎng)“風(fēng)光無(wú)限好”的綠色低碳轉型，也對傳統電力系統的靈活性和調節能力，即如何經(jīng)濟地調用各類(lèi)靈活性資源以保持電力供需動(dòng)態(tài)平衡、應對電力系統的波動(dòng)性和不確定性，提出了更高的要求。
目前，中國以煤電為主的電力系統靈活性嚴重不足，電力系統的僵化導致了棄風(fēng)、棄光問(wèn)題的出現。2011-2019年，中國的棄風(fēng)和棄光率一度高達17.1%和10.5%，造成了大量發(fā)電資源的浪費。2016-2018年間，中國棄風(fēng)和棄光電量共計1389億千瓦時(shí) ，相當于約3000萬(wàn)千瓦煤電廠(chǎng)的發(fā)電量。由此可見(jiàn)，一方面可再生能源的發(fā)展正在穩步加速，向著(zhù)“2030年非化石能源發(fā)電量占比50%”的國家中長(cháng)期能源戰略目標邁進(jìn);另一方面，在全國非化石能源發(fā)電量占比32.6%情況下，就已經(jīng)普遍面臨并網(wǎng)難、消納難、調度難等問(wèn)題，這說(shuō)明中國以煤電為主的電力系統還沒(méi)有為可再生能源的有效接入做好轉型準備。面向高比例可再生能源發(fā)展的新時(shí)代，煤電在中長(cháng)期的能源低碳轉型中應如何定位將成為關(guān)鍵。
靈活調節電源能力不足：15%的理想狀態(tài) v.s 6%的現實(shí)瓶頸
雖然可再生能源項目投資監測預警機制、全額保障性收購以及可再生能源電力交易等政策使2019年的棄風(fēng)和棄光現象明顯改善，但隨著(zhù)可再生能源出力占比的逐步提高，系統凈負荷波動(dòng)增大，未來(lái)單純依靠火電和抽水蓄能的調節容量和調節能力無(wú)法滿(mǎn)足系統安全運行的靈活性要求。既有電力系統與高比例可再生能源發(fā)展之間存在不匹配性，電力系統靈活性不足制約可再生能源消納的問(wèn)題尚未得到根本性解決。
中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì )于2019年12月發(fā)布的《煤電機組靈活性運行政策研究》也指出了中國電力系統調節能力不足的現狀。“我國發(fā)電裝機以煤電為主，抽水蓄能、燃氣發(fā)電等靈活調節電源裝機占比不到6%，‘三北’地區新能源富集，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機分別占全國的72%、61%，但靈活調節電源不足3%，調節能力先天不足。比較而言，歐美等國靈活電源比重較高，西班牙、德國、美國占比分別為34%、18%、49%。”
中國工程院院士黃其勵早前在接受記者采訪(fǎng)時(shí)也曾指出，在電力系統中，靈活調峰電源至少要達到總裝機的10%-15%?？紤]到中國靈活性電源占比還不到6%的現實(shí)，電力系統調節能力不足已成為中國能源轉型的主要瓶頸之一，特別是在可再生能源持續高速發(fā)展的新形勢之下，大幅提升電力系統調節能力已迫在眉睫。
為提升系統調節能力，增強系統靈活性、適應性，破解新能源消納難題，《電力發(fā)展“十三五”規劃》明確提出，全面推動(dòng)煤電機組靈活性改造，“十三五”期間計劃完成2.2億千瓦的煤電機組靈活性改造目標。但今年5月份國家電網(wǎng)發(fā)布的《國家電網(wǎng)有限公司服務(wù)新能源發(fā)展報告2020》顯示，截至2019年底，我國累計推動(dòng)完成煤電靈活性改造約5775萬(wàn)千瓦，改造完成度僅為“十三五”改造目標的1/4左右。
煤電靈活性存在局限性，無(wú)法實(shí)現高比例可再生能源發(fā)展
除了改造進(jìn)度緩慢以外，由于煤電機組自身發(fā)電技術(shù)的限制，其最低出力水平存在瓶頸。通過(guò)熱電解耦、低壓穩燃等技術(shù)改造雖然可以將煤電機組的最小穩定出力降至20%~30%的額定容量，但其增減出力的響應時(shí)間較長(cháng)、爬坡速率較慢，難以充分滿(mǎn)足系統靈活性的需求。同時(shí)，低負荷運轉、頻繁啟停也增加了煤電機組的損耗，降低機組壽命，增加運營(yíng)成本。煤電機組在低負荷下運轉時(shí)也將增加氮氧化物的排放，造成環(huán)境影響。這些負面影響都將使煤電機組靈活性改造的長(cháng)遠作用受限，甚至會(huì )抬高電力系統的總體供電成本，不利于電力系統的低碳轉型。
國網(wǎng)能源研究院有限公司副院長(cháng)蔣莉萍在此前接受采訪(fǎng)時(shí)也曾提到，煤電靈活性改造之后機組長(cháng)期運行在設計工況之外，機組能效降低，煤耗率上升，同時(shí)頻繁啟停造成的機械損傷加大，技改投入的成本是巨大的。
同時(shí)，中國要在2060年前實(shí)現碳中和，必然要在電力體系中發(fā)展高比例的可再生能源，這就需要控制煤電的裝機規模，并隨著(zhù)可再生能源、電網(wǎng)、儲能技術(shù)的發(fā)展而逐步在電力行業(yè)中淘汰煤電。當下，中國以煤電為主的電力系統靈活性調節能力嚴重不足，無(wú)法適應未來(lái)可再生能源裝機占比逐年上升的趨勢，限制了可再生能源的出力。從中長(cháng)期來(lái)看，由于煤電的靈活性在技術(shù)、成本投入和環(huán)境影響等方面存在局限性，繼續增加煤電裝機將會(huì )使電力系統的靈活性和調節能力進(jìn)一步惡化，不利于高比例可再生能源的消納，也不利于中國在2060年前實(shí)現碳中和的減排目標。
煤電產(chǎn)業(yè)應為中長(cháng)期的能源低碳轉型需求做出調整
提升電力系統的靈活性和調節能力并非只有煤電靈活性改造一條出路。電力發(fā)展“十四五”規劃應該在系統規劃層面，協(xié)調優(yōu)化“源-網(wǎng)-荷-儲”各類(lèi)型靈活性資源，充分挖掘現有靈活性資源的潛力，包括增加儲能設施、提高現有輸電通道的利用率，并通過(guò)電價(jià)引導電力需求側的負荷特性，實(shí)現更好的用戶(hù)側靈活性調節和“削峰填谷”效果，有效支撐可再生能源大規模開(kāi)發(fā)利用，促進(jìn)“源-網(wǎng)-荷-儲”深度互動(dòng)，保障能源生產(chǎn)、傳輸、消費的高效可靠，提升電網(wǎng)運行水平，從而創(chuàng )建一個(gè)有利于中長(cháng)期可再生能源發(fā)展的、高靈活性的電力系統。
“十四五”是決定2030年碳排放達峰和50%非化石能源發(fā)電量占比目標能否實(shí)現的關(guān)鍵時(shí)期。在未來(lái)五年，煤電產(chǎn)業(yè)應及時(shí)做出調整，嚴格控制新增煤電裝機規模，充分發(fā)揮現有存量煤電機組的靈活性潛力。在對現有煤電機組進(jìn)行必要的靈活性改造的同時(shí)，降低煤電在電力系統中的裝機比例，為未來(lái)高比例的可再生能源的電力體系奠定基礎，支持中國中長(cháng)期的能源低碳轉型進(jìn)程和應對氣候變化的努力。(李丹青)
