杜祥琬院士：新型电力系统如何实现“可能三角”

“常常见到的讨论认为，能源系统很难同时满足安全可靠、经济可行又绿色低碳三个目标，三者任何一个目标方向优化都可能引起其他方向的问题。因此,三个目标常被称作能源系统的‘不可能三角’。”在近日举行的“2021年能源转型发展论坛”上，中国工程院院士杜祥琬说，“安全可靠是对能源系统的基本要求，经济可行的能源社会才会接受，绿色低碳是能源转型的大方向。碳达峰、碳中和呼唤的新型能源系统必须逐步做到满足上述三个目标，使之成为‘可能三角’，如此才是高质量的能源系统。同时，新型电力系统也必须是实现‘可能三角’的电力系统。”

 

杜祥琬认为，在以新能源为主体的新型电力系统中，新能源占比会大幅增加，系统的绿色低碳特征比较清晰，需要着重讨论的是新型电力系统如何做到“经济可行”和“安全可靠”。

 

经济性面临巨大考验

 

“新型电力系统的发展要兼顾社会用能阶段性的承受能力和长期的经济性。”杜祥琬表示，随着技术进步和规模化发展，风电、光伏上网环节已经可与化石能源竞争，但随着新能源比例的增大，系统平衡成本、安全保障成本将成为电力系统的成本增量。

 

为此，杜祥琬提出，一方面要广泛利用各领域灵活性资源，低成本解决电力系统的平衡难题。比如一部分煤电厂为可再生能源调峰，是现实而经济的灵活性资源；再如推动系统从利用抽水蓄能、电化学储能等灵活性资源，向发展电动汽车充放电、热泵、电热、电冷协同、电氢耦合等多能互补，提高系统的效率。另一方面，随着分布式电源的发展，可将大电网的模式划分为大电网和一系列微网结合的模式，利用高精度的预测技术，实现局部的自平衡，减轻大系统的平衡压力，降低增量的成本投入。

 

杜祥琬说，有研究表明，电从“身边来”比电从“远方来”更经济，对用电负荷很高的东部地区，可把“身边来”与“远方来”相结合，而不只是依赖于“西电东送”这种传统的、集中式的供电。

 

杜祥琬表示，技术进步将降低储能和氢能的成本，目前电化学储能成本已经突破经济性拐点，未来5年储能成本有可能再降1/3，未来10年有望再降66%-80%。估计到2025年，新能源+储能的市场会迈入千亿级。

 

系统安全可靠是底线

 

众所周知，确保新型电力系统的安全韧性，是其发展、成长的底线和责任。即使在极端天气情况下，也要避免电力供应出现较大功率缺额的风险。那么，新型电力系统如何做到安全保供？

 

对此，杜祥琬认为，新型电力系统的电源，除非水可再生能源外，还需确立多能互补的策略。比如煤电，国家政策很明确，“十四五”并未提减煤电，而叫严控，“十五五”才开始煤电替代。目前比较实际的做法是，在高效、清洁化出力发电的同时，有序安排煤电机组的灵活性改造，让其参与深度调峰，助力提升电力系统灵活性。对煤电调峰辅助服务应该有补偿政策，也就是说要体现煤电的“供电价值”和“灵活性价值”。

 

在杜祥琬看来，新型电力系统的构建，要进一步发展水电，我国水电装机和出力还有一定潜力可挖掘；核电在新型电力系统当中发挥稳定基荷的作用，在安全前提下，核电装机完全可能在2030年前达到1亿千瓦以上；在多能互补的条件下，可通过电力交易市场解决调峰问题，以一定量的电厂作为备用应急电源，用户可以根据大数据提供的各种电源出力情况预测选择电源；对于新能源发电企业来说，可通过自建或者购买调峰能力深度参与电力电量平衡，实现高质量出力。

 

除上述电源侧保障新型电力系统安全可靠的措施外，还需要电网侧发展智能电网和配电网。杜祥琬认为，数字技术可以提升电网的数据采集、分析和应用能力，与传统电力技术相融合，促进电力系统各环节的智能化，使电网可观、可测、可控。“传统的大电网向大电网和微网、有源配电网、局部直流电网互补共生转变。因此，我们需要建设智慧配电网来适应分布式能源的并网、储能和电动车等。”

 

此外，杜祥琬表示，储能在发电侧、电网侧和用户侧都有应用市场。“发展商用化的储能、储热技术，是能源系统具备柔性、包容性和平衡功能的关键。”

 

如何实现“可能三角”

 

“构建新型电力系统不是一蹴而就，而是一个过程。”杜祥琬表示，新型电力系统建设初期，随着新能源电力比重的提升，应逐步形成适合新能源电力的市场交易体系，使灵活性资源获得合理权益；另一方面，应实现电力的物理系统与数字技术的深度融合，充分发挥出数字成为生产力要素的作用。“这个阶段，主要是积累新能源和储能、灵活性资源相结合的经验。同时积累化石能源与非化石能源发电相结合的经验。”

 

杜祥琬预计，碳达峰以后，新型电力系统将进入成熟发展期，这个阶段要能经济性地解决各种转型成本，深入研究和防范风险，使之成为与各种基础设施融合的新型国家综合基础设施。

 

“实现电力系统‘可能三角’，没有原理性障碍，但也不是现有技术能力可以完全解决的。”杜祥琬说，构建新型电力系统，是一个创造新技术、新产业、新社会价值的过程，需要更深入地研究和更多地实践。