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中國工程院院士、清華大學原副校長、北京能源與環境學會名譽會長倪維斗表示,比起退煤減煤,更重要的是更加快速地提高發電效率,在保障供應的同時減少煤炭使用量。


電力是能源轉型的關鍵,隨著“雙碳”目標的提出和推進,建設新型電力系統的壓力不斷增加。這一過程中,不僅是將電源從煤電為主轉向以可再生能源為主,還涉及提高發電效率、儲能、電網改造、數字化等一系列復雜轉型改造。


11月3日,國家發展改革委、國家能源局印發《全國煤電機組改造升級實施方案》提出,供電煤耗在300克標準煤/千瓦時以上的煤電機組要么“加快實施節能改造”,要么“組逐步淘汰關?!?。按特定要求新建的煤電機組,原則上都需要采用超超臨界且供電煤耗低于270克標準煤/千瓦時的機組。


中國工程院院士、清華大學原副校長、北京能源與環境學會名譽會長倪維斗在接受21世紀經濟報道專訪時表示,當前電力轉型的重中之重,一方面是盡快提高煤電效率減少耗煤量,另一方面則應盡快摸清風電、光伏發電等快速發展的新能源的環境影響,避免不必要的環境損害。


他表示,近些年電力領域新技術不斷涌現,但大多還未形成產業化發展。這需要政策支持,也需要大型電力企業提高自身的改造積極性。






電力轉型先要提高煤電效率



《21世紀》:電力行業是能源改革的重點,近年來我國積極推進電力低碳轉型,加強對燃煤發電機組的管理對轉型十分重要,目前在煤電方面的工作重點是什么?

倪維斗:電力轉型面臨的挑戰,我認為目前來看并不是該怎么將煤電關停,第一要務是需要大幅提高煤電的效率。目前我們還有很多30萬千瓦及以下的小容量機組,效率是不高的,如果在這方面好好下功夫的話,也可以大量減少煤的使用。


根據國家統計局發布的數據,2020年,全國發電量77790.6億千瓦時。其中,火電發電量53302.5億千瓦時?,F在100萬千瓦及以上的大功率煤電機組,我們已經可以做到供電煤耗量在270余克標準煤/千瓦時的水平,相比同等機組300克標準煤/千瓦時左右的量,每度電能減少30克耗煤量。根據國家能源局公布的數據,全國6000千瓦及以上電廠供電標準煤耗已達到305.5克。由此減少的相應的二氧化碳排放量大約10億噸左右。


雖然我國大型發電站的發電效率已經提到了相當高的水平,但中小型的機組還有很大效率提升空間。以全球發電效率最高、最清潔環保、單位發電煤耗最低的發電廠之一——上海高橋第三發電廠為例,在2013年就實現了276克標準煤/千瓦時的年平均供電煤耗。而國家煤電示范工程安徽淮北平山電廠的135萬千瓦機組,其發電數據能達到251克標準煤/千瓦時,效率能達到46%。


目前我國至少30萬千瓦上下的中等機組大概有4.5億千瓦裝機容量,還有大量5萬千瓦左右的小型電站和中石化、中石油等自備電廠,效率相對來說都可以大大提高。


不論大中小型的電廠,在效率提高上都還大有潛力可挖,要大幅度、大面積、大規模降低現有電廠的煤耗或者提高效率。如果每度電能降低幾十克的煤耗,將對二氧化碳的減排非常有利。在這件事上國家應該有統一的規劃,用先進技術來改造亞臨界的技術,實現“提溫不提壓”的技術措施。


除此之外,降低負荷和調峰,也是今后至少10到20年內需要重視的方面,因為煤電將來可能轉變成給波動性較大的可再生能源調峰的角色。低負荷運行達到20%對煤電機組發揮調峰功能有很大益處,煤電機組改造后最重要的就是低負荷穩定高效運行。目前,許多機組無法調峰的主要原因正是無法低負荷運行。一般電廠達到50%以下運行就不太穩定了,需要使用噴油助燃等方法,這會耗費高價的燃油。這方面已經有了成功經驗,比如徐州銅山電廠三號機組在改造后就能夠在20%的負荷內穩定運行,且效率基本沒有像超臨界大型機組一樣大幅度降低。



《21世紀》:在最近幾年的能源轉型過程中,可再生能源在裝機量、價格等方面都已經取得了相當可觀的成果,這方面還有哪些問題?

倪維斗:可再生能源這幾年的確發展得很快,但是最大的問題是出力變動比較大、不穩定。從地球物理和化學的角度來說,可再生能源的發電情況很大程度上取決于是否有風、有太陽等自然條件,間歇性較大。雖然最近幾年我國可再生能源發展得很快,但是要按照此前我校李政教授研究團隊的研究結果來看,用風電來替代煤電的話,發電量要成幾十倍地增加。


目前,風電和光伏建設本身對生態環境也有一定影響。我支持風電的發展,但是幾十倍地增加風電建設,很可能會對某些生態系統造成顯著影響。比如鳥類遷移可能會受到影響,鳥類本身與森林蟲害鼠類控制有關??赡軙纱嗽斐珊οx變多、老鼠變多,又對其他生態系統產生影響??梢哉f,目前在風電光伏的生態影響這方面還沒有研究透徹。


生態系統潛移默化的轉變是需要引起重視的。1950年我剛來到北京時,冬天風很大很冷,現在北京冬天沒以前那么冷了,風也相對減弱了,對于人來說可能相對舒服一些,但是對經過長時間形成的穩定的生態環境,還是有一定負面影響的。可再生能源的確要發展,但發展到什么程度還需要國家通過相關課題好好研究和分析,我們還需要多做地球生態、地球物理、地球化學方面的研究。



《21世紀》:在電力系統轉型和替代的過程中,用電端也要適應轉型,甚至要進行同步改造。從宏觀角度來看,我們需要建立一個什么樣的機制,來協同和調整發電端和用電端這兩個環節?

倪維斗:電氣化的發展是必然的,這是現代化標志之一。無論是生產活動、消費活動,還是提高生活舒適度都需要電。以前是電網來適應負荷需要,有多少負荷發多少電,但是隨著發電活動本身的多樣化,風電光伏間歇性較大,負荷本身也開始需要符合發電電網的需求,而不是只依靠電網的內部調節。比如電價調整,把峰谷電價的差距拉開,以鼓勵人們避開高峰使用低谷電。


另外,從需求角度來看,我對電動車的發展寄予很大希望。汽車的電氣化不僅能解決燃油排放問題,其巨大的需求量還能對整個社會起到“儲能”作用。汽車充電時也能幫電網調峰。甚至以后在充完電后,其電池能在必要時給電網充電。


所以,消費端應該隨著電網的限制來調節用電,發電多樣化也要通過能源網絡來滿足整體的電量需求。同時,大型火電廠現在正努力做到低負荷運行,其他電源,比如核電站等,也需要做到低負荷運行和靈活調節。




大規模儲能仍面臨技術限制



《21世紀》:隨著可再生能源的不斷發展,儲能的熱度也不斷升高。儲能技術下一步該怎么走?有關部門應該怎么去布局?

倪維斗:儲能現在挺熱鬧的,但目前真正能夠達到大規模儲能目的的也只有兩種形式。


一種是抽水蓄能,從原理上沒問題,我們已經積累了不少經驗。但這一技術也有諸多限制,比如地勢要有高低差,價錢高昂,推廣比較困難。儲能時用電動水泵把水抽至高處,效率大概有80%,水由高至低推動水輪機發電,又有效率損失。


另一種是壓縮空氣儲能,原理是用再生能源發電將空氣高壓密封至儲氣罐中,需要時再推動汽輪機發電,效率也高。但要實現大規模儲能,目前也需要面臨壓縮空氣儲存空間和投資的問題。曾經有項目想利用礦物開采后的地下空穴,但適合密封地下罐的并不多,同時效率也相對較低。主要是空氣壓縮產生的熱能無法利用,儲存到地下就會冷卻。


鋰電池等技術也是辦法之一,電池種類多樣,但是目前來看其發展也有局限,比如汽車鋰電池價格昂貴,能量密度也不是很高,大概在123瓦時/公斤。而且量太小,幾萬、幾十萬千瓦量級的電化學儲能現在技術上還無法實現。


總的來說,目前大規模儲能仍然是個大問題。抽水蓄能已經有一定的發展,壓縮空氣儲能我們才剛開始做,分布式儲能還要想辦法再突破。



《21世紀》:儲能存在一定技術限制且成本高昂,那么是否可以從電網入手做一些適配性的改造,用以提高可再生能源的利用?日前,國家電網適應分布式新能源大規模接入的新型電力系統配電網綜合試點建設在河北保定啟動。這類試點應將研究重點放在哪些方面?

倪維斗:可再生能源發展要求需求端和發電端配合,低負荷運行的電廠現在也正在發展。自備電源方面,1500-1600千瓦的大型內燃機柴油機中國已有制造能力??梢允菙祩€分布式中型的,1500千瓦左右的柴油機電站就能夠快速響應電網需求?,F在電廠改造和提高效率的需求,是國際上一些設備制造公司,甚至油氣開采公司,都在關心的全球能源項目。


電網的有序改造建設,包括投資、人力、技術等多方面,我認為中國實際上已經具備了技術能力,比如上海外高橋第三方的電廠的那套技術。問題是五大電力公司在這方面積極性不高,甚至有些公司定了改造計劃后,又因為地方政策變動沒能完成。所以我希望政府在頂層設計上再給出更清晰的信號,單靠這些公司是很難做起來的。


電源接入電網,以前我們喜歡做幾十萬、上百萬千瓦的大型工程,而分布式新能源接入的辦法卻是要做數萬千瓦的小型工程,再通過計算機算法控制的方式讓這些小容量接入互聯合作,通過不斷調整各個分布式內部小電站的啟停和發電量來靈活控制。數字化優化的調節是完全可以做到的,若干個小電站隨時可以啟動,互相配合,不穩定性和間歇性都可以攤平。


當前新技術不斷出現,但新技術產業化很難,要變成一個示范項目需要大量投資。

來源:21世紀經濟報道官網

原文標題:專訪清華大學原副校長、北京能源與環境學會名譽會長倪維斗院士:煤電提效潛力巨大,新能源多樣化發展需政策支持


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