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      發展抽水蓄能對實現凈零目標至關重要
      2021/12/10 7:30:06    新聞來源:中國水力發電工程學會

      /張博庭(2021-12-09在中歐《靈活和可持續水電助力實現凈零排放目標》論壇上的發言)

      一、實現碳中和的前提是零碳的電力

      各國實現碳中和的前提,是首先要實現零碳的電力供應。因為,從可持續發展的角度看,未來人類能源的來源,只能是可再生能源。而當前人們獲得可再生能源的最有效方式,主要是發電。所以,人們只有先實現了零碳的電力供應,再通過不斷的擴大電能替代,逐步解決交通、建設、冶金、化工等領域的碳排放,才能最后實現碳中和的社會。

      也有人認為:即使電力不能實現零碳,還可以通過其它碳匯,實現電力的碳中和。但是,我們要知道,目前人類社會的電氣化水平只有30%左右。未來我們要實現全社會的碳中和,即使實現了零碳的電力,還有要逐步替代60%多各種能源的艱巨任務。因此,如果我們連電力都不能做到零碳,如何替代其他各種能源?況且,在其它領域,我們幾乎不可能替代全部的化石能源,所以,必須需要創造其它的碳匯來解決??傊?,如果我們的電力都需要碳匯的平衡,才能做到零碳,那么整個社會的碳中和幾乎是沒有可能的。

      所以,實現碳中和的前提,是先實現100%的由可再生(至少是非化石)能源供電。國際上很多權威的能源研究機構通過分析各國的資源情況,都曾預測說,多數國家都可以在2050年實現100%的由可再生能源供電。這不僅在技術上可行,而且經濟上最優。


      二、在當前科技水平下,抽水蓄能是電力“零碳”的基石和保障

      抽水蓄能在將來的零碳電力中非常重要,因為未來主要的能源來自水、風、光(但因水能資源非常有限),為了解決大量的風、光供電的間歇性、隨機性與用電負荷之間的矛盾。目前最有效的手段還是蓄能調蓄。

      解決電網對新能源的接納的方式,還有電化學儲能。不過,目前我們的電化學儲能技術水平,還難以滿足電網大規模使用的需求。鋰電池技術雖然成本上已經問題不大,但是其安全性和耐久性還難以滿足需要大規模電網的儲能要求。今年以來,北京的豐臺和澳洲最大的化學儲能電站都先后發生過大型火災事故。此外,氫能也是一種很好的儲能方式,不過目前電解水制氫能的成本還比較高。大規模的利用也存在著巨大障礙。

      也許到未來的某一天,鋰電池儲能技術能出現重大突破,解決了安全性和耐久性的致命弱點,或者氫能的儲能成本出現大幅的下降。但是,就目前的技術水平而言,電網中最可行的大規模儲能方式還是抽水蓄能。


      三、中國發展抽水蓄能的需求最為迫切

      目前國際上對抽水蓄能的需求,還不是十分迫切。因為發達國家的發電方式大都已經完成了從煤炭向油氣的轉化。油氣發電的調節性能比煤炭好得多。承受50%以內的風光發電基本沒有問題?,F階段各個發達國家的風光發電,都還沒有超過50%,所以,對抽水蓄能的需求,似乎還不是十分的迫切。但隨著未來風光裝機比重的上升,以及零碳電力的到來(油氣發電的退出,完全依靠可再生能源),抽水蓄能的開發建設一定會成為一個非常重要的方向。(除非人類的電化學儲能技術,出現重大的突破)。

      與發達國家的電力發展不同,中國對抽水蓄能有特殊的需求。因為中國的資源稟賦,幾乎沒有條件實行高碳向低碳轉化(油氣資源有限),發電方式需要直接由煤炭轉向可再生能源。這樣,中國的能源轉型從一開始就需要有大量抽水蓄能作為支撐。而國際社會對抽水蓄能的需求,則主要體現在能源轉型的最后階段,也就是油氣發電開始退出和高比例使用可再生能源階段。

      由于煤電的靈活性非常差,因此煤電只能給非常少量的風光調節。所以,中國的能源轉型,除了靠常規水電的支撐以外,必須要有大量的抽水蓄能。這樣才有可能容納較多的風光發電。除此之外,煤電本身的效益,也非常需要抽水蓄能來保障。只有具備一定數量的抽水蓄能,才能保障讓煤電機組,處于基荷運行,取得最佳的經濟效益。所以,就中國的電力而言,無論是目前的以煤電為主,還是今后將從煤炭發電直接轉向可再生能源發電。都需要大量的抽水蓄能。所以,中國對抽水蓄能的需求是十分迫切的。


      四、中國抽水蓄能的發展經歷了較大的曲折

      目前世界上抽水蓄能比例最高的國家是日本,裝機超過常規水電。這主要是得益于日本的電力體制(分區域競爭,廠網一家)非常適合發展抽水蓄能。因為早期的抽水蓄能主要是為煤電、核電等適合基荷發電服務的,通過抽水蓄能的調節,讓煤電、核電處于長時間的基荷發電,從而可取得巨大的效益。

      中國的早期電力體制也是發廠網不分的,所以,在早期的電力發展規劃中,也曾經規劃在2020年的抽水蓄能裝機要達到1億千瓦。但由于抽水蓄能電站的特點是,運行的費用在電網側,但效益卻要產生在發電側。因此,2002年在我國的廠網分開的體制改革之后,抽水蓄能的發展就開始遭到了冷遇。到“十二五”電力規劃中的2020抽水蓄能目標,已經降低到了6000萬?!笆濉崩^續降低到了4000萬。而實際結果是,到了“十三五”末的2020年,我國的抽水蓄能裝機僅有3100多萬。

      目前即便是中國這點少得可憐的抽水蓄能,在現實中其實也是用處不大的。因為,用煤電調峰,畢竟是發電廠花錢,而用抽水蓄能調峰,難免電網要花錢自己的錢。因為,電網在電力行業中,具有優勢的地位和巨大的話語權。所以,很長一段時間,中國電力界的主流聲音,總是強調要建設煤電給新能源調峰。因而導致中國電力行業的現狀,不僅已經是煤電產能嚴重的過剩,而且如果不讓這些過剩的煤電擔負電網的調峰任務,煤電廠就活不下去。但如果讓煤電調峰,抽水蓄能的作用和效益就無法保證。

      如果中國沒有廠網分開的電力體制改革,或者我們電力改革的政策沒有把業內最強勢的電網企業放到了能源轉型的對立面,那么中國目前的11億的煤電機組,很可能只有78億千瓦,同時可以增加大量的抽水蓄能,使得中國的抽水蓄能一方面為煤電調峰,一方面為風光調峰。不管煤電的什么時候需要退出,抽水蓄能在電網中都是非常有用的。


      五、中國要實現“雙碳”目標,必須要大力發展抽水蓄能

      大家知道,中國最近發布了《抽水蓄能發展中長期規劃2021-2035》,大幅度的加快抽水蓄能的開發建設。為什么呢?因為自從去年12月,國家主席習近平在氣候峰會上宣布,到2030年,“風電、太陽能發電總裝機容量將達到12億千瓦以上”。和20214月,習近平在領導人氣候峰會上強調:中國將嚴控煤電項目,十四五時期嚴控煤炭消費增長、十五五時期逐步減少。

      習主席的這些承諾,如何得到落實?中國當前的風、光裝機總共才不到6kW。然而,為滿足這些風、光裝機的入網,中國現有除風、光外的約16億裝機(其中11億煤電)幾乎都要為風電光伏的入網,提供調峰服務保障。接下來不到十年,我國風、光的裝機至少要增加近1倍多,顯然,相應其它各類電源顯然都不可能再同比例的增加。此外,中國要如期實現碳中和,2050年我國的風、光裝機,至少要超過50kW。因此,滿足如此大規模的風、光裝機的入網需要,根據目前的技術水平,我們必要大力發展抽水蓄能,專門作為儲能用的調峰電源。

      總之,中國要實現雙碳目標,必須要大力發展抽水蓄能。要知道在正式的《規劃》頒布之前,《規劃》的征求意見稿,所提出的抽水蓄能建設目標,比這還要高得多。曾要求2035年的抽水蓄能裝機達到3億千瓦。后來因為各征求意見時多數人都認為做不到,所以。才回避矛盾降低到了現在正式出臺的20301.2億的水平。因此,即使中國2030年抽水蓄能的裝機達到了1.2億,要想如期實現碳中和還是要有相當的難度。所以,如果2035年中國的抽水蓄能裝機達不到3億千瓦,必須要采取大規模的開發常規水電的方式,予以彌補。否則,中國碳中和的目標,恐怕還是很難如期兌現。


      六、煤電調峰,別說“碳中和”連“碳達峰”都無法實現

      不知道大家是否注意到,其實中國早在2013年就曾一度實現了“碳達峰”。其原因,就是因為2009年中國的煤炭價格的高企,國內的煤電行業普遍出現了成本倒掛的嚴重虧損,不愿意再新建煤電廠。

      所以在2009年“十二五”的前夜,能源電力行業幾乎非常一致的把滿足社會電力需求增長的希望,寄托在了水電、核電和風電上(當時的光伏發電成本還非常高)。為此,我國的“十二五”規劃,曾要求“十二五”期間水電的新開工量達到1.2億千瓦。盡管后來我國的核電發展規劃,由于日本福島的3-11地震事故而擱淺。但是,僅僅是我們當時大力發展的水電和風電,就已經連續多年滿足了我國社會電力需求增長的需要。

      遺憾的是,后來到2012年前后煤炭行業出現了嚴重的產能過剩,煤價出現大幅的下跌。煤電企業的利潤大增,新建燃煤電廠的積極性重新高漲。再加上2014年中央審批權下放,各地新的燃煤電廠建設規模嚴重失控。以至于到2016年我國由于全國性大規模的“三棄”(棄水、棄風、棄光),終于壓制住了我國可再生能源快速大發展的良好勢頭。

      風電的年新增裝機從最高的年份4千多萬KW,猛跌到1千多萬;水電的投資和年新增發電量,都比最高峰時下降了90%左右。社會新增的電力需求的市場份額,幾乎完全都被煤電奪回。所造成的最后結果,自然就是我國的碳排放量從2017年之后,重新恢復增長(如下圖)。


       今天,盡管當年我國“社會用電的增量完全擺脫煤電”的大好局面已經喪失,但是,歷史已經用無可辯駁的事實,向我們證明過了:在我國現有的資源和技術水平下,已經具備了完全依靠可再生能源的增長,來滿足社會發展用電增量的條件和可能(即:完全有條件實現碳達峰)。

      結語

      如果儲能的科學技術不能出現重大的突破,抽水蓄能必將是未來人類的零碳電力中的絕對主力。對于中國這種直接由高碳向零碳轉型的國家來說,抽水蓄能的作用則更為迫切。這不僅是未來實現碳中和所必須的,而且也是盡快實現碳達峰所必須的。所以,從現在開始中國就必須要把抽水蓄能的建設,提到一個非常重要的議事日程上來。與此同時,中國還應該吸取教訓(實現了碳達峰之后又出現反復),盡快肅清違背科學的倡導“煤電調峰”的不良影響,否則,不僅抽水蓄能的發展不可能順利,而且,恐怕連碳達峰的目標都難以實現。所以,“嚴控煤電”是中國抽水蓄能大發展的基本前提。


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