中国工程院院士唐光福:构建以新能源为主体的新型电力系统,要实现“四个现代化”

“中国现在是世界上最大的能源消费国。2020年全球能源消费总量为189.9亿吨标准煤,中国能源消费总量为49.8亿吨标准煤,约占四分之一。对外依存度为20%,其中原油对外依存度为73%,天然气对外依存度为43%。”

12月15日,在2021中国光伏产业年会暨(滁州)光伏创新发展高峰论坛上,中国工程院院士唐光福分析了我国目前的能源消费结构,指出固体煤向可再生能源的转化很难实现。

对此,唐光福表示,要构建以新能源为主体的新型电力系统,包括清洁供电、柔性电力系统、电力系统数字化、电力系统电子化。

中国工程院院士唐光福:构建以新能源为主体的新型电力系统,要实现“四个现代化”插图中国工程院院士唐光福致辞。图片来源:记者黄摄

中国缺少石油和天然气,过于依赖外国。

据唐光福介绍,全球90%的碳排放来自能源系统,能源系统83%的碳排放是化石能源。2019年,中国碳排放量为98.3亿吨,约占世界总量的30%,几乎是美国、欧盟和日本的总和。

目前欧美一些发达国家已经完成了从煤炭到油气的过渡,正在加速向可再生能源过渡。例如,通过美国页岩气革命,2020年油气发电占其总发电量的60%,油气碳排放量约为煤炭的一半;英国和德国的风光发电占比超过40%,天然气发电接近40%。

“2020年中国风电和轻型发电占比约11%,油气发电占比不到3.5%,火电占比71.2%。”唐光福说,油气发电是一种可调节的柔性电源。由于我国油气资源匮乏,对外依存度过高,光伏、风电的快速发展受到限制。

此外,从能源转型目标来看,唐光福表示,到2035年,我国能源消费总量将降至57亿吨标准煤,对外依存度将降至19%,到2060年,我国能源消费总量将降至55亿吨标准煤;清洁能源装机占比将从现在的43.4%提高到2035年的73%和2060年的96%,特别是非化石能源消费占比将从目前的15.9%提高到2060年的80%。

“十年的二氧化碳峰值排放、40年的碳中和,以及如此快速的转型,给我们的电力系统带来了巨大的挑战,电力系统是目前最大、最复杂、高度非线性的人为系统。然而,到2060年,中国的石油和天然气可以实现能源独立,化学工业除外。”唐光福说。

电力系统是未来能源转型的核心。

在唐光福看来,电力系统是未来能源转型的核心,如风、光、水、核能等能源必须转化为电能,储能和氢能也需要通过电能转化。“所以目前在新能源发电占比不断提升的情况下,新能源发电的波动性和随机性给电力系统的安全性带来了很大的挑战,包括电力平衡难度大、发电负荷不确定、电网脆弱性增加等。”

今年3月,中央财经委员会第九次会议指出,要“深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力体系”。对此,根据唐光福的分析,所谓“新电力系统”,是指电力系统要实现供电的清洁化、电力系统的灵活性、电力系统的数字化、电力系统的电子化。

“2030年风电和光伏发电占比将达到31.3%,2060年将达到56.6%。目前火电仍占主导地位,2030年占比降至52%,2050年降至20%。即使到2060年,火电占比仍将在10%左右。因此,必须发挥火电能源安全的基石和保障作用,大力发展火电清洁度。唐光福说。

此前,中国电力系统一直处于“刚性”状态,电力系统总资产超过4万亿元。然而,随着新能源发电比例的不断提高,电力系统的“灵活性”逐渐被提上日程。但我国柔性电源比例过低,抽水蓄能和燃气发电装机仅占8.1%,发电量不足4%。

对此,唐光福建议,要加强柔性电源建设,提高系统灵活性,如提高抽水蓄能和燃气发电比例,提高火电机组调节能力;通过区域电网灵活互联,发挥电网间接储能功能,实现资源优化利用;提高电能储存能力,助力电网“削峰填谷”。

“目前,抽水蓄能仍然是大规模电能储存的最佳手段。对于能源和电力系统,物理储能和电化学储能的经济性、效率和容量仍然不足。未来,氢能将成为跨周跨季的重要储能手段。”唐光福说。

此外,通过数字技术与物理系统的深度融合,可以实现电力系统的“数字赋能”。唐光福表示,电力系统需要提高数字化分析水平,加强电网协调控制能力;促进多用户供需互动,提升需求侧管理水平;加强数字化与装备的融合,提升装备智能化水平。

“电力电子器件广泛应用于电力系统中发电、输电、变电、配电、用电等各个领域,未来电力电子器件在电力系统各方面的比重仍将大幅提升。”唐光福的例子包括柔性交流输电技术、UHV DC输电技术、柔性DC和DC电网技术等。

(来源:国家商报)