“雙碳”背景下,我國(guó)能源結(jié)構(gòu)將會(huì)進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整,為保障“十四五”及中長(zhǎng)期能源電力供應(yīng),我國(guó)明確按照“適度超前”原則推進(jìn)能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。核電作為近零排放的低碳能源,需要強(qiáng)化在推動(dòng)能源革命中的戰(zhàn)略地位,統(tǒng)籌核電及清潔能源協(xié)同發(fā)展。隨著核電規(guī)模進(jìn)一步提升,結(jié)合核電特點(diǎn)及其發(fā)展實(shí)際和電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)需求,發(fā)展靈活性核能,重點(diǎn)探索統(tǒng)籌核能發(fā)電與新型儲(chǔ)能的開發(fā)利用以及增強(qiáng)核能系統(tǒng)可調(diào)節(jié)性及空間位置靈活性的發(fā)展思路和實(shí)施路徑十分重要。
拓寬核電提升靈活調(diào)節(jié)能力思路的必要性分析
當(dāng)前至今后很長(zhǎng)一段時(shí)期,我國(guó)新能源規(guī)模將保持快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),負(fù)荷峰谷差將持續(xù)拉大,對(duì)電力系統(tǒng)靈活性資源需求也將進(jìn)一步提高。國(guó)家電網(wǎng)公司預(yù)測(cè),考慮負(fù)荷峰谷差及新能源波動(dòng)等因素,到“十四五”末,國(guó)網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區(qū)靈活性資源需求將達(dá)到6.8億千瓦,大大超出傳統(tǒng)電源和抽水蓄能的調(diào)節(jié)能力,電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力缺口約1億千瓦,煤電仍是最重要的靈活性資源供應(yīng)主體??紤]火電靈活性改造目標(biāo)完成,煤電提供的靈活性資源規(guī)模占比仍然超過50%。為此,在改造傳統(tǒng)火電、提升其靈活性的同時(shí),有必要加強(qiáng)電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力建設(shè),統(tǒng)籌核電配套新型儲(chǔ)能的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),多角度、多層次、多途徑發(fā)展新型儲(chǔ)能技術(shù),積極構(gòu)建與電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的電力儲(chǔ)能體系。
針對(duì)增量靈活調(diào)節(jié)電源,有關(guān)部門提出將儲(chǔ)能納入電力系統(tǒng)發(fā)展統(tǒng)籌規(guī)劃,推動(dòng)協(xié)調(diào)發(fā)展,探索建立靈活性資源容量市場(chǎng)機(jī)制等??紤]到2021年底新型儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)剛超過400萬千瓦,而虛擬電廠調(diào)節(jié)負(fù)荷作用有限等情況,預(yù)計(jì)“十四五”時(shí)期抽水蓄能造價(jià)、壽命和安全性等指標(biāo)仍優(yōu)于電化學(xué)儲(chǔ)能等,大容量系統(tǒng)級(jí)儲(chǔ)能應(yīng)優(yōu)先發(fā)展抽水蓄能,而新型儲(chǔ)能容量可大可小,環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),能夠靈活部署于電源、電網(wǎng)和用戶側(cè)等各類應(yīng)用場(chǎng)景,可以作為抽水蓄能的增量補(bǔ)充。“十四五”及中長(zhǎng)期需要統(tǒng)籌電網(wǎng)、抽水蓄能及新型儲(chǔ)能發(fā)展,合理確定發(fā)展規(guī)模、設(shè)施布局、接入范圍和建設(shè)時(shí)序,引導(dǎo)抽水蓄能和新型儲(chǔ)能合理布局、有序發(fā)展。中遠(yuǎn)期來看,要保障增量電力系統(tǒng)資源具備深度調(diào)節(jié)能力。
我國(guó)“雙碳”目標(biāo)及貧油少氣的資源稟賦制約著煤電靈活性改造和燃?xì)獍l(fā)電發(fā)展空間,資源環(huán)境稟賦又限制了調(diào)節(jié)性水電站和抽水蓄能電站的開發(fā)利用,這使得電化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能等新型儲(chǔ)能技術(shù)成為未來清潔能源更大規(guī)模發(fā)展的重要選擇。近日,國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局先后出臺(tái)《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》等文件,提出了需要開展儲(chǔ)能技術(shù)多元化發(fā)展,并以需求為導(dǎo)向,探索開展儲(chǔ)氫(氨)、儲(chǔ)熱(冷)及其他創(chuàng)新儲(chǔ)能技術(shù)的研究和示范應(yīng)用。不同的儲(chǔ)能技術(shù)要針對(duì)典型應(yīng)用場(chǎng)景、滿足不同時(shí)長(zhǎng)和頻率的儲(chǔ)能要求,由此,“氫儲(chǔ)能”被明確納入創(chuàng)新儲(chǔ)能技術(shù)。氫儲(chǔ)能一般是指利用過剩電力或成本較低的電力進(jìn)行電解水制氫,并將氫氣儲(chǔ)存起來,氫氣可以通過燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒發(fā)電,也可以借助燃料電池轉(zhuǎn)化為電能。
拓寬核電提升電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力思路十分必要。目前,考慮到核電參與電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)帶來的技術(shù)復(fù)雜性,核電尚不宜開展日跟蹤調(diào)節(jié)等活動(dòng),而是應(yīng)將核電通過市場(chǎng)輔助服務(wù)的費(fèi)用分?jǐn)偡椒▉硖幚怼.?dāng)然,例如福建等一些省份參照國(guó)家能源局出臺(tái)的《電力輔助服務(wù)管理辦法》等文件,就提出了當(dāng)進(jìn)入深度調(diào)峰區(qū)間時(shí),核電機(jī)組負(fù)荷率降到75%時(shí)給予一定補(bǔ)償。隨著核電規(guī)?;l(fā)展及其運(yùn)行和控制技術(shù)的進(jìn)步,考慮到英國(guó)等核電比例較高的西方國(guó)家的實(shí)踐、當(dāng)前核電機(jī)組因靈活性不足而難以實(shí)現(xiàn)價(jià)格響應(yīng)等因素造成的電力輔助服務(wù)成本飆升情況,需結(jié)合先進(jìn)核電機(jī)組具備優(yōu)越的動(dòng)態(tài)性能,統(tǒng)籌考慮核電參與電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)問題。
為提升電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力,很多國(guó)家正在積極尋求提升能源靈活性的方法,通過技術(shù)創(chuàng)新,積極提高在靈活性、多用途方面的成熟度。2020年9月,清潔能源部長(zhǎng)級(jí)會(huì)議發(fā)布《靈活性核能促進(jìn)清潔能源系統(tǒng)》報(bào)告,闡述了靈活性核能的內(nèi)涵及其在目前和未來在滿足能源需求方面可能發(fā)揮的作用及建議。
技術(shù)創(chuàng)新將為核能提供越來越多的靈活性。針對(duì)核電廠,可考慮通過與儲(chǔ)能、新型熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和制氫技術(shù)進(jìn)行新的結(jié)合,使核電廠不僅是可調(diào)度電力的新來源,還可作為熱能和化工生產(chǎn)等的能源來源。而針對(duì)未來先進(jìn)核能系統(tǒng),技術(shù)創(chuàng)新提供靈活性空間更大。2022年1月,美日聯(lián)手推動(dòng)新反應(yīng)堆開發(fā)簽署合作備忘錄,提出在小型反應(yīng)堆(SMR)加上熔鹽儲(chǔ)能體系,擴(kuò)大SMR的設(shè)備容量(從34.5萬千瓦提高到50萬千瓦),使之儲(chǔ)熱時(shí)間提升至長(zhǎng)達(dá)5個(gè)小時(shí),電廠收入預(yù)計(jì)提高20%。新設(shè)計(jì)的儲(chǔ)熱系統(tǒng)讓SMR有別于傳統(tǒng)的核電廠,具備可調(diào)度性、可調(diào)節(jié)性,理論上,新型鈉快中子反應(yīng)堆能提供一定的靈活性與電網(wǎng)服務(wù),可依照每日用電需求調(diào)度。
增強(qiáng)核能可調(diào)節(jié)性及空間位置靈活性的發(fā)展思路和實(shí)施路徑
隨著對(duì)靈活性資源需求的增大,傳統(tǒng)的基荷電源將越來越多地充當(dāng)靈活性資源,而核電逐步替代傳統(tǒng)的基荷電源,需要結(jié)合核電特點(diǎn)及其發(fā)展實(shí)際和調(diào)節(jié)需求,分析核電配套儲(chǔ)能協(xié)調(diào)發(fā)展存在的問題與挑戰(zhàn),積極尋求提升靈活性的方法,探討統(tǒng)籌核能發(fā)電、核電配套電化學(xué)儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能、核能制氫儲(chǔ)能等的開發(fā)利用,增強(qiáng)核能可調(diào)節(jié)性及空間位置靈活性的實(shí)施路徑。
(一)發(fā)展核電配套儲(chǔ)能的目的
核電配套新型儲(chǔ)能發(fā)展,考慮新型儲(chǔ)能作為先進(jìn)核能系統(tǒng)輔助部分而發(fā)展靈活性核能,要有利于能源、電力系統(tǒng)低碳清潔化,有利于電力輔助服務(wù)市場(chǎng)費(fèi)用分?jǐn)偛槐M合理情況的改善,有利于搶占國(guó)際能源及核能發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)和保障國(guó)家能源安全。
1. 核電發(fā)展面臨的形勢(shì)
當(dāng)前,由于我國(guó)部分省級(jí)區(qū)域電網(wǎng)核電機(jī)組比重不斷提高,核電僅作費(fèi)用分?jǐn)傉卟焕诎l(fā)揮其參與調(diào)峰的主動(dòng)性,將加劇電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)壓力,費(fèi)用分?jǐn)倶?biāo)準(zhǔn)等引起部分市場(chǎng)主體的疑慮,人為事先規(guī)定補(bǔ)償價(jià)格,未充分發(fā)揮市場(chǎng)資源優(yōu)化配置決定性作用,可能不能代表電力市場(chǎng)化改革最終發(fā)展方向。因此,考慮到電力市場(chǎng)輔助服務(wù)可能會(huì)更多地直接面向工商業(yè)、高耗能企業(yè)等用戶,核電承擔(dān)基荷任務(wù)的單一角色有需求要進(jìn)行轉(zhuǎn)變。而且,核電靈活性能力提升得越早,其在市場(chǎng)上就越可能占據(jù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
——國(guó)家明確要求積極安全有序發(fā)展核電,三代核電技術(shù)已進(jìn)入批量化建設(shè)新階段,核電在“雙碳”目標(biāo)下將發(fā)揮更重要作用;
——沿海局部地區(qū)核電比例逐步增加,核電運(yùn)行需要考慮適度參與調(diào)峰及靈活運(yùn)行,需要提高核電的可調(diào)節(jié)性;
——隨著高溫堆、快堆、玲龍一號(hào)等示范工程建設(shè)推進(jìn)及落地,核電應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)一步拓展,核電在制氫、分布式能源供應(yīng)等方面大有可為,同時(shí)這也對(duì)核電配套建設(shè)儲(chǔ)能提出了更高需求。
2. 核電配套新型儲(chǔ)能的主要應(yīng)用場(chǎng)景及作用
核電配套新型儲(chǔ)能發(fā)展,要盡可能做到靈活性核能能夠靈活部署于各類應(yīng)用場(chǎng)景。
——華龍一號(hào)等大堆與儲(chǔ)能匹配,參與負(fù)荷調(diào)節(jié),保障區(qū)域電力供應(yīng)充足和不同時(shí)段用電負(fù)荷,提高核電安全性和經(jīng)濟(jì)性;
——小堆及先進(jìn)核能系統(tǒng)與儲(chǔ)能匹配,在分布式能源供應(yīng)以及綜合能源服務(wù)等方面拓展應(yīng)用;
——輔助調(diào)頻,電壓將會(huì)更穩(wěn)定,確保發(fā)電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性;
——作為備用電源,保障應(yīng)急電源供水系統(tǒng)安全;
——提高核電廠最大輸出功率等。
(二)核電配套新型儲(chǔ)能協(xié)調(diào)發(fā)展存在的主要問題與挑戰(zhàn)
高安全、低成本、可持續(xù)是所有電源及儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的共同目標(biāo),而安全是核電配套新型儲(chǔ)能發(fā)展的生命線。
核電配套新型儲(chǔ)能發(fā)展,要重點(diǎn)建立健全靈活性核能的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理、監(jiān)測(cè)、評(píng)估體系,保障核電配套新型儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)運(yùn)行的全過程安全。
——反應(yīng)堆技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)本身仍在持續(xù)發(fā)展改進(jìn)中,實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能技術(shù)多元化發(fā)展仍面臨不少挑戰(zhàn),特別是實(shí)現(xiàn)電化學(xué)儲(chǔ)能本質(zhì)安全化、低成本和長(zhǎng)壽命等目標(biāo),任重道遠(yuǎn);
——儲(chǔ)能分類中選取各類新型儲(chǔ)能技術(shù)與核電耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的解決方案涉及領(lǐng)域較廣,對(duì)不同核電廠及市場(chǎng)環(huán)境條件需要分別展開深入研究及評(píng)估;
——國(guó)內(nèi)核電配套新型儲(chǔ)能協(xié)調(diào)發(fā)展的研究工作進(jìn)度偏慢,如鋰離子電池雖是除抽水蓄能外應(yīng)用占比最高的儲(chǔ)能技術(shù),但也存在安全隱患較大、成本較高、控制技術(shù)復(fù)雜等挑戰(zhàn),需要?jiǎng)?chuàng)新性研究提出協(xié)調(diào)發(fā)展解決方案;
——考慮到國(guó)家及相關(guān)地區(qū)新型儲(chǔ)能電站參與電力市場(chǎng)需要分步推進(jìn)等實(shí)際情況,促進(jìn)核電配套儲(chǔ)能協(xié)調(diào)發(fā)展的相關(guān)支持性政策、項(xiàng)目規(guī)劃尚屬空白。
(三)提升核能可調(diào)節(jié)性及空間位置靈活性的實(shí)施路徑
核電配套新型儲(chǔ)能發(fā)展,需要提升核能可調(diào)節(jié)性及空間位置靈活性。
結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)核電配套新型儲(chǔ)能電站全周期過程中的技術(shù)協(xié)調(diào)發(fā)展、安全環(huán)保運(yùn)行、材料回收循環(huán)利用等需求問題,充分考慮輔助服務(wù)成本隨新能源占比增加呈上升趨勢(shì)的實(shí)際,權(quán)衡核電參與電力市場(chǎng)輔助服務(wù)與靈活性核能開發(fā)利用的安全性和經(jīng)濟(jì)性,研究開展提升核能可調(diào)節(jié)性的分階段、分步驟實(shí)施路徑。
可考慮加強(qiáng)對(duì)福清、海南等核電站配套儲(chǔ)能的招投標(biāo)進(jìn)展情況的調(diào)研,掌握發(fā)展動(dòng)態(tài)與推進(jìn)實(shí)際情況,可選取某一電站作為典型,細(xì)化實(shí)施方案和推廣路徑,總結(jié)出可復(fù)制、可推廣的經(jīng)驗(yàn)。創(chuàng)新發(fā)展模式,增加核反應(yīng)堆的靈活性,發(fā)揮先進(jìn)反應(yīng)堆靈活支持核能綜合利用系統(tǒng)各種用途的重要作用,深入研究核電配套新型儲(chǔ)能應(yīng)用位置布局靈活性的項(xiàng)目建設(shè)策劃方案的建議。
探索成立核電配套儲(chǔ)能協(xié)調(diào)發(fā)展研發(fā)平臺(tái)。研究提出核電配套儲(chǔ)能協(xié)調(diào)發(fā)展研發(fā)平臺(tái)的設(shè)立和運(yùn)作方案及工作程序。積極在儲(chǔ)能分類中評(píng)估、選取各類新型儲(chǔ)能技術(shù)與核電耦合協(xié)調(diào)發(fā)展解決方案,對(duì)不同核電廠及市場(chǎng)環(huán)境條件等深入研究、評(píng)估,并開展核電配套儲(chǔ)能各參與單位間的相關(guān)合作模式、機(jī)制研究,綜合研究從核燃料生產(chǎn)、電池原材料供應(yīng)、三廢處理技術(shù)、廢舊材料回收等進(jìn)行一體化協(xié)調(diào)發(fā)展問題。
核電配套儲(chǔ)能協(xié)調(diào)發(fā)展的策略建議
根據(jù)不同核反應(yīng)堆技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景,考慮到我國(guó)推進(jìn)電力現(xiàn)貨交易帶來電力系統(tǒng)靈活性的需求增加,要堅(jiān)持以市場(chǎng)手段發(fā)現(xiàn)靈活性核能開發(fā)利用的價(jià)值與政策支持的雙重驅(qū)動(dòng),分類、分步推進(jìn)核能系統(tǒng)與新型儲(chǔ)能協(xié)調(diào)發(fā)展。
首先, 對(duì)已有的成熟反應(yīng)堆技術(shù),根據(jù)核安全及搭配電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)要求等,研究核電配套儲(chǔ)能協(xié)調(diào)發(fā)展的技術(shù)方案,制定評(píng)估篩選方法及相關(guān)建議,既滿足核電站系統(tǒng)能帶基荷運(yùn)行,同時(shí)能滿足新型儲(chǔ)能電站及提高對(duì)電力系統(tǒng)靈活性等的要求。評(píng)估相關(guān)核電配套儲(chǔ)能開發(fā)系統(tǒng)及實(shí)施工程示范項(xiàng)目方案的安全性、經(jīng)濟(jì)性、可持續(xù)性,提出核電配套新型儲(chǔ)能(包括氫儲(chǔ)能或組合)的發(fā)展布局,以及相關(guān)環(huán)境影響、安全隱患等的應(yīng)對(duì)措施建議。
其次, 針對(duì)先進(jìn)核能系統(tǒng)靈活的操作能力,統(tǒng)籌先進(jìn)的新型儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能技術(shù)和相關(guān)材料、安全監(jiān)控和智能控制系統(tǒng)等的開發(fā)研究進(jìn)展。根據(jù)核安全及搭配電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)要求等,明確不同的儲(chǔ)能技術(shù)將針對(duì)典型應(yīng)用場(chǎng)景、滿足不同時(shí)長(zhǎng)和頻率的儲(chǔ)能要求,提出需要開展核電配套儲(chǔ)能技術(shù)多元化發(fā)展的目標(biāo),并初步評(píng)估出最優(yōu)化相關(guān)技術(shù)工藝、設(shè)備系統(tǒng)從實(shí)驗(yàn)室邁入商業(yè)應(yīng)用階段的匹配方案,提出相關(guān)技術(shù)研發(fā)及工程示范計(jì)劃建議。
第三, 對(duì)由核電與可再生能源、儲(chǔ)能組成的區(qū)域電網(wǎng)或綜合能源系統(tǒng)開展研究。結(jié)合國(guó)家實(shí)施的推動(dòng)新型儲(chǔ)能參與電力市場(chǎng)和調(diào)度運(yùn)用發(fā)展的實(shí)際情況,提出有序推進(jìn)相關(guān)科研項(xiàng)目與工程示范開展計(jì)劃建議,研究提出長(zhǎng)期遠(yuǎn)景規(guī)劃建議,明確一定時(shí)期內(nèi)在核電廠計(jì)量出口內(nèi)建設(shè)的新型儲(chǔ)能設(shè)施,可以與機(jī)組聯(lián)合參與調(diào)峰等,按照深度調(diào)峰管理、費(fèi)用計(jì)算和補(bǔ)償,甚至也可以共同參與到現(xiàn)貨電力市場(chǎng)的交易中。
第四, 建立健全核電配套新型儲(chǔ)能開發(fā)、建設(shè)與應(yīng)用多元化標(biāo)準(zhǔn)體系。新型儲(chǔ)能技術(shù)種類多,建設(shè)工藝差異性大,應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜,需要建立涵蓋新型儲(chǔ)能基礎(chǔ)通用、規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備試驗(yàn)、施工驗(yàn)收等領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)體系,并制定新型儲(chǔ)能安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及多元化應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。要積極跟蹤發(fā)達(dá)國(guó)家在核電廠與儲(chǔ)能尤其是電化學(xué)儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能配套方面的相關(guān)政策及變化,以及他們?cè)陔姀S儲(chǔ)能技術(shù)評(píng)估選擇方面的最新動(dòng)態(tài)。
第五, 根據(jù)國(guó)家及相關(guān)地區(qū)新型儲(chǔ)能電站參與電力市場(chǎng)需要分步推進(jìn)等實(shí)際要求,鼓勵(lì)核能與電網(wǎng)、可再生能源專家及利益相關(guān)者間的合作。多方共同致力于創(chuàng)建清潔能源綜合利用系統(tǒng),研究提出核電配套儲(chǔ)能參與電力市場(chǎng)交易、輔助服務(wù)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的模式,完善投資扶持、財(cái)稅補(bǔ)貼等方面的政策體系及相關(guān)安全環(huán)保措施建議,安全有序促進(jìn)核電配套儲(chǔ)能技術(shù)的推廣應(yīng)用。
(本文作者分別供職于中國(guó)核電發(fā)展中心、中核工程咨詢有限公司)
評(píng)論