中电联专家委员会副主任委员王志轩:新型电力系统构建需要对行业属性和电力体制改革进行再认识

日期:2021-11-24 07:15:00

编者按

自去年9月22日习近平主席在第第75届联合国大会上第一次提出中国自主贡献承诺以来,国家实现“双碳”目标的顶层设计呼之欲出,地区、行业的减排实现路径逐步清晰。企业、机构纷纷闻风而动,积极分析形势,抢占低碳发展的先机;相关行业、领域的专家对经济社会、能源电力领域的减碳路径各持观点,在媒体的积极推动下,关于减排工作的安排,特别是新型电力系统建设的探讨热度不减,是非曲直尽显。

时下,正值“十四五”开局之年和碳达峰的关键窗口期,发用电结构特性转变与经济社会发展需求之间的强烈碰撞,已经使“能源安全”的命题和能源电力行业属性所囊括的内涵和外延不断衍化延伸。在“十四五”以及未来更长的时期内,我国能源电力行业的减排蓝图应该如何描就?阶段性矛盾如何通过现代化能源治理手段加以化解?促进能源电力领域实现从高碳路径依赖向负碳技术提供者跨越的关键技术和商业模式,将如何依托于政府、企业与市场的合力得以适时发展演进?这些问题,既是行业关切,也事关经济社会发展的方方面面。

“我国的能源电力系统经过改革开放后几十年的发展,既拥有强健的产业基础根基,也拥有完整的产业链和关键核心技术支撑。这样的后发优势,奠定了我国如期完成 ‘双碳’历史使命的信心与决心。但是,在能源转型的主战场上充满了不确定性,包括能源电力系统于经济社会转型的友好性、匹配度和适应性问题。这些关键问题,都需要电力行业不断打破行业间、专业间和地方间的壁垒,在不断的破旧立新中,走出中国自己的碳减排之路。”中电联专家委员会副主任委员、国家应对气候变化专家委员会委员王志轩在接受记者专访时表示。

自“双碳”目标确立以来,减排工作的执行节奏和力度不断引发业内关注。中央政治局曾于7月30日召开会议,纠偏“运动式”减碳的同时,明确以“先立后破”的基本原则,科学把握低碳转型的工作节奏。当前,我国实现“双碳”目标的进程与经济发展并未脱钩,在多重目标导向下,我们应该如何更好地理解和把握“双碳”目标与经济社会发展、能源电力行业低碳转型的节奏?

王志轩:

当我们在讨论“双碳”目标相关话题时,都会用“一场广泛而深刻的社会变革”,来定义和概括“双碳”目标在经济社会发展阶段中的定位、布局和实现的难易程度。事实上,低碳转型既是时代洪流,也是我国多年来实施改革创新和可持续发展的需求和结果导向。其中,气候变化作为经济社会、能源电力领域低碳转型的主要推动力,已经悄然改变着能源电力、经济、社会与气候四者关系间的本质内涵。

首先从社会学的角度来看,“双碳”目标,根源上是法理社会的基础向高级生态文明社会形态的转化和演变;从经济学原理来看,能源的稀缺性在宏观层面发生了根本性的变化,随之带来转型过程中微观价格的变化;从环境经济学原理来看,随着减排污染物的特点发生了重大变化,新旧环境问题的转化也将带来环境经济政策的衍化;从气候经济学的角度来看,气候变化不仅增大了灾害性影响的频率和程度,使得应对气候变化更为迫切,但同时,在传统认知下的正常气象要素对光伏和风电的影响也会成为很大的能源转型风险因素。

当前,低碳转型的大势席卷全球。从国际转型经验来看,欧盟的碳减排-中和路径,是在达峰后经历了一个长期波动的平台期(约30年),然后缓慢下降;同时,在上世纪80、90年代,发达国家在实现现代化之后从增长方式上或是从产业分工上自然地将高污染、高碳产业转移到发展中国家。总体来看,发达经济体的碳中和过程将是一个相对自然发展的减排过程。

与国际经验有所不同,我国的碳中和战略是先树立减排里程碑,再以背水一战的决心和“压缩式”发展的理念来倒逼减排。综合考虑各种因素尤其是技术进步因素,我认为,在2030年之前,我国碳排放总量将缓慢上升到达顶峰;从2030-2040的十年间,我国的碳排放总量将从波动下降进入较快下降阶段;2040-2050年以前,碳排放总量线性下降;2050-2060年以前,碳排放总量加速下降,最终通过负碳技术实现中和。

不难看出,这四个阶段与我国在2035年基本实现社会主义现代化和2050年建成社会主义现代化强国的进程是一致的,也与当前我国面临的能源电力形势、国际形势和我国的电力系统各要素、电价水平等各个环节相适应。

但值得注意的是,当前,我国仍处在社会主义初级阶段,经济社会发展还属于爬坡时期,不平衡不充分的问题仍然存在;同时,我国高碳能源特性十分显著,国际环境的不确定性,也难以支持我国进行高碳产业的外迁转移,甚至要防止“碳泄露”。在经济社会发展需求和碳减排目标负重爬坡的并行阶段,传统风险将不断被新的风险所替代,甚至叠加。因此,我们既不能期望在碳达峰之前以冲高碳排放量来维持较高的经济增长,也不能单纯地为减轻碳中和压力而立即达峰、压低峰值,从而过多地影响经济发展。

面对“双碳”目标,尤其是要在30年之内完成发达国家大约60年才完成的任务,更需要我们尊重事实,敬畏规律,从实际出发把握好长期和短期、发展与减排、局部与全局的关系,以节约优先、分类施策、加强风险防范为基本原则,通过供给与消费两端的广泛性变革,和来自于科技进步的赋能和体制机制的革新,来迎接这一场世纪大考。

一直以来,能源电力行业是经济、社会发展的重要依托,在今年3月中财委第九次会议上提出建设以新能源为主体的新型电力系统,为新能源产业带来更为广阔发展前景的同时,也引发了在现行技术条件下,行业对于更大规模新能源并网的隐忧。在您看来,新型电力系统的构成要素、系统形态和运行逻辑将发生何种转变,才能适应和对接能源电力行业低碳转型的发展要求?

王志轩:

电力作为经济社会发展的“先行官”,以新能源为主体的新型电力系统构建,与“双碳”目标的实现路径具有方向上的一致性。其中,新能源发电技术的发展和利用,是推动、引导、实现“双碳”目标的基本动力,也是实现经济绿色复苏和国际国内“双循环”战略的重要依托。因此,新型电力系统的构建步伐与实现“双碳”目标的能源转型大致同步且应适当超前而不能满后。

当前,我国电力系统先后经历了19世纪末、20世纪初以分散式、小容量、低电压、小系统为主的第一代电力系统,以及20世纪末以大机组、大电厂、大系统、高电压、高度信息化为主要特征的第二代电力系统;演进到今天——以优化电源结构为主要目标,以灵活性电网模式、智能控制运行为特征,以更高电力可靠性和更低安全风险等为主要特点的第三代电力系统方兴未艾。

现在很多观点都在讨论,新型电力系统的可靠性是否还有必要延循既往电力系统的指标。引发这种讨论,多是出于对数量多、规模小、随机性强的新能源机组个体,给电网调度模式带来压力的担忧。但在我看来,新型电力系统本应是结合多种电源结构,骨干电网与微电网相结合,智能化电网控制与智能用电系统协调匹配的电力系统。这样的特征,恰恰是解决系统可靠性难题,并科学、分类提高供电可靠性的新一代电力系统的基本特征。

但不能忽视的是,能源转型,特别是能源电力领域的低碳化转型,绝不是低碳、零碳发电资源一蹴而就的简单替代——新型电力系统的构建,也不单单是电力生产方式的转变。电力行业实现从高碳路径依赖向负碳技术提供者的跨越,至少还涉及到用户特性、电力企业属性、电力系统形态以及电力体制机制等多重要素的协同并进。

首先,相对于传统的电力系统而言,由“源随荷动”转变为“源荷互动”,将成为新型电力系统的主要特征之一。在传统的电力系统中,保持电力系统功率的瞬间平衡和稳定(涉及电压、频率、功角等参数)是电力系统规划、设计、运行的基本任务。为此,传统电力系统运行的逻辑是电源侧根据负荷侧的变化而随时变化,而这些变化基本上均是由电网调控。

在以新能源为主体的新型电力系统中,基于新能源发电特性制约的大量分散式电源,显然无法适应“源随荷动”的基本要求;且在极端情况下,风、光发电还具有反调峰特性。同时,随着更多的电能由分布式发电接入配电网,由分布式电源和相关储能、调控、保护设施构成的微电网和主动配电网逐渐增多。因此不难看出,此时的“源”与“荷”,已经不是传统意义上的“发”与“用”——源、荷两端特性的转变和边界上的模糊,以及原有电力系统各个环节的交互融合,将极大地增加电网安全稳定运行的难度。

毋庸置疑的是,为了保障电力系统安全,不仅需要在“源”侧尽可能地提高预测的精度并加强调节性能;同时在“荷”侧,也应当提高调节能力或者需求响应能力。此外,“源”与“荷”之间必须加强协同互动——在新型电力系统中,为了适应不同地区、不同“源”与“荷”的特点以及电网的特点,需要多种灵活性手段以不同形式在网侧、源侧与荷侧进行部署。彼时,随着以多种形式储能为代表的灵活性资源大量使用,加之分布式电源规模的扩大,传统的单向电能配置模式将转变成双向、多向的电能配置模式,并以资源利用效率的提升适应更大规模新能源消纳的需求。

此外,在系统各构成要素发生转变的同时,传统的电力管理、运行机制也将随之发生转变。从物理形态上看,新型电力系统“发、输、配、储、用”等设备的功能调整和价值体现,将会根据电力流、信息流、价值流进行重新分配,由此推动能源、经济、社会的全面转型。要达到这样的目标,深化电力体制改革将起到引领性、关键性,甚至决定性作用。

事实上, 我国的电力体制改革步伐从未停滞,当前改革取得的阶段性成果,已经为构建新型电力系统奠定了良好的体制机制基础。但是,当前的改革路径仍是在2015年以前形成思路的延续,当时的改革精神和实际情况,与当下“双碳”目标的实现要求有着不少差距。

新型电力系统的构建涉及法律、规划、政策、标准、技术、市场、规范、人才等全方位、整体性的改变。一方面,需要行业对电力体制改革的目标有更新的认识,加快建立大规模新能源并网后保持电力系统安全稳定运行的机制,并建立起支撑可负担的社会公平转型的价值传导机制;另一方面,也需要政府作用的及时发挥和政策的有效落地,确保和确立起新商业模式蓬勃发展的市场环境和稳定的政策预期,使大量支撑性技术、标准快速有效地替代衔接。

最为重要的是,能源电力行业需要重新考量电网主体在新型电力系统中的作用与属性,进而使电网在政府的有效监管下发挥更大的作用。只有政府、政策、市场和企业的共同发力,才能构建起与“发、输、配、储、用”各环节高度耦合的物理电力系统,并进而衍化出与之相适应的科学化、制度化、规范化、现代化的新型管理系统。

随着可再生能源发展实现从量到质的转变,其在系统中的定位也将由补充能源向主体能源过渡;同时,“十四五”时期,能源电力行业不仅要面临多元化、清洁化的多重发展诉求,能源安全的保障形势也比过去更为复杂。在您看来,未来五年我国的能源电力系统具体应该从哪几个维度进行系统优化?

王志轩:

未来,在全社会低碳可持续发展的导向作用下,能源电力与钢铁、化工、交通等行业的联系更加密切;在融合发展的趋势下,能源电力的“行业社会化”属性也会随之增强。作为社会生态文明进阶的基石,能源电力行业既需要以安全、绿色、经济为前提进行全方位系统优化,同时也要遵循优先性、阶段性、区域性和预防性原则统筹推进。

近期,随着人民生活水平的日益提高,用电负荷冬夏“双高峰”的特征愈加明显,由于有效容量不足引发的用电“缺口”,也从去年冬季开始在我国多地陆续出现,其中不乏新能外送大省。

从去年11月7日新能源机组实际运行情况看,全国5.3亿千瓦的新能源仅有约2000万千瓦左右的出力。尽管目前,在小范围、低比重可再生能源电力系统中,日周期和季节性高峰时段的影响原则上不能称之为能源电力安全风险,但随着可再生能源渗透率的逐渐升高,发生大面积电力系统崩溃的风险概率也在增大,使短周期的风险叠加有可能酝酿成威胁能源安全的更大风险。

毋庸置疑的是,构建以新能源为主体的新型电力系统,将成为贯穿“十四五”,乃至整个“双碳”目标实践全过程的重点任务。当前,新型电力系统的目标、工作方向、主要内容已经大致清晰,关键在于画好蓝图以及制定好近期的“施工方案”。

在“十四五”碳达峰的窗口期和新型电力系统建设的关键期,应把握问题导向的原则,做好政策引导,淡化总量平衡的概念,重新考虑新体系下客观性指标的构建。通过划定系统关键要素的底线和边界,给出规划指标的预期性数量范围,并根据政策框架强化具体政策的出台和落实。

首先,在保障能源安全和稳定供应方面,要坚持能源多元化战略。在新型电力系统的构成中,应当是一个由可再生能源为主体,并与水电、核电、火电、储能等多元、低碳电力供应组成的系统,其中必须要有连续出力的基荷电源做基本支撑和备用,并在源、网、荷布局多元化的储能方式为灵活性调节需求作支撑。

因此,“十四五”时期,更应辩证地看待煤电的发展定位。在大力发展新能源的同时,既要严格限制新增煤电的建设,也要充分发挥存量煤电灵活调节及主力电源作用。一方面,对于有可能导致碳排放量增加的重大工程建设,须严防并阻止其造成碳锁定效应;另一方面,对于确需煤电支撑的电网区域,在满足节能、节水、环保等要求的前提下,对接近设计寿命的电厂,开展有针对性的评估和技术改造,使其继续发挥作用。

其次,在遵循集中与分布式并举的发展原则下,应将智能配电网建设放到优先位置。一方面,分布式发电和微电网发展的不断扩大更加有利于新能源的就地消纳;另一方面,随着电力供需主体的融合趋势将更加明显,彼时的电力系统中,源、网、荷、储高度耦合,使智能化需求响应成为常态。与此同时,在负荷侧的工业园区、社区、小型区域等用能主体的主要供能方式,将转为基于配网形态的综合能源服务。在“十四五”时期,既要重视大范围能源资源优化配置,也可通过分布式微电网与骨干电网风险防范并重的格局,分散、抵御有可能出现的新型电力系统的多重风险。

第三,由新能源出力特性定义的系统特征,对激发、释放系统灵活性的市场环境构建和商业模式培育的需求更为迫切。在实际调度运行中,新能源参与电力平衡是一项极具风险和挑战性的工作,同时,消纳新能源发电的能力也主要取决于灵活电源的配置。但根据中电联去年发布的《煤电机组灵活性运行政策研究》显示,当前,我国灵活调节电源比重低,抽蓄、燃气发电等灵活调节电源装机占比不到6%,“三北”地区不足4%,调节能力先天不足。截至2019年底,“三北”地区累计完成煤电机组灵活性改造5775万千瓦,不到“十三五”规划目标的27%。

在以低碳、零碳发电资源利用的能源转型主战场,以储能为代表的灵活性资源发展,将成为衡量能源转型广度与深度的关键指标之一;由储能资源连接形成的多向电能配置模式,也会促进生产关系的进一步调整。但是,目前大规模、安全性高、经济性好的储能技术和设备尚未达到商业规模,这是碳中和进程中的最大瓶颈。未来五年中,储能领域既要保持“百花齐放”的发展态势,借力市场探索更为多元化的储能方式和利用场景;同时,还要有选择地尽快推动一批有前景的储能设备(模组)和技术实现商业化发展。在这个过程中,既需要行业标准与监管相结合,同时,也更加依托于政府作用与政策配套的共同推动。


来源:能研慧道

作者:陈敏曦

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