核心提示 在日前閉幕的2021國際工程科技發(fā)展戰(zhàn)略高端論壇暨第六屆紫金論電國際學術研討會上，眾多專家學者交流新型電力系統(tǒng)、能源互聯網、電力市場等領域的最新研究成果，群策群力，為加快推動能源電力科技創(chuàng)新、推動碳達峰碳中和目標落地貢獻智慧。
本報記者 孫珂 通訊員 盧媛迪
8月14到20日，2021國際工程科技發(fā)展戰(zhàn)略高端論壇暨第六屆紫金論電國際學術研討會在江蘇南京舉辦。研討會由中國工程院主辦，中國工程院能源與礦業(yè)工程學部、國網電力科學研究院（南瑞集團）、智能電網保護和運行控制國家重點實驗室承辦。專家學者圍繞“電力系統(tǒng)主動支撐碳達峰碳中和目標”這一主題在研討會上進行了交流研討。
碳達峰、碳中和目標下，電力行業(yè)是能源轉型的主戰(zhàn)場
當前，我國已全面啟動對碳達峰、碳中和目標的戰(zhàn)略研究和路徑選擇攻關，各行各業(yè)都在努力。
目前，我國處于工業(yè)化發(fā)展階段，經濟發(fā)展任務艱巨，電力需求還將剛性增長。在2021國際工程科技發(fā)展戰(zhàn)略高端論壇暨第六屆紫金論電國際學術研討會上，業(yè)內專家普遍認為，要實現碳達峰、碳中和目標，能源行業(yè)是主戰(zhàn)場，電力行業(yè)是主力軍。
“實現‘雙碳’目標，必須堅持‘立足國情，安全發(fā)展，科學創(chuàng)新，務求實效’的原則，認識到能源消費是核心，產業(yè)結構調整是關鍵，化石能源是重點，節(jié)能提效是抓手，現代化能源體系建設是目標。”中國工程院院士、中國工程院能源與礦業(yè)工程學部主任蘇義腦認為，電力行業(yè)是實現我國能源轉型的主戰(zhàn)場，新型電力系統(tǒng)是我國現代化能源體系的重要板塊。
國家能源局公布的數據顯示，截至2020年年底，我國非化石能源占一次能源消費比重為15.9%，清潔能源發(fā)電裝機規(guī)模占總裝機比重接近50%，煤炭消費占一次能源消費比重達57%。隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化深入推進，我國能源消費總量將在2030年前后達峰。達峰后，電力需求仍將保持增長。
“我國2020年能源碳排放達99億噸，占全球總量的31%；電力行業(yè)碳排放量占我國碳排放總量的37%。幾大發(fā)電企業(yè)均提出2028年之前碳達峰，這要求我們‘十四五’嚴控新增煤電，‘十五五’不能新增煤電。煤電要轉變職能，從提供電量向提供電力輔助服務轉變。”中國工程院院士、中國華能集團有限公司董事長舒印彪在會上表示，推動我國電力行業(yè)轉型要打造零碳電力系統(tǒng)，從深度低碳到零碳，推薦保留一定規(guī)模的火電，發(fā)電量占比不超過10%，產生的碳排放通過碳捕集、利用與封存（CCUS）技術移除。“火電要發(fā)揮托底和應急保障作用，解決新能源發(fā)電長周期、季節(jié)性波動帶來的保供問題。”他說。
“2030至2040年，煤電發(fā)電量處于平臺期，2040年后煤電發(fā)電量加速下降。”中國工程院院士、西安交通大學電氣工程學院名譽院長邱愛慈在會上說。她認為，依據“十四五”電力規(guī)劃初步研究成果的邊界條件，到2025年全國非化石能源發(fā)電量占比為35.85%，這說明“十五五”時期必須限制化石能源裝機和利用小時數，并且上調風電、光伏發(fā)電等可再生能源裝機增長比例，才能達到2030年非化石能源發(fā)電量占比50%的目標。
在邱愛慈看來，我國應該走能源結構調整和可再生能源發(fā)展并行之路，即低碳和零碳并行。要在保證安全的前提下，分兩個階段構建適應能源轉型目標的新型電力系統(tǒng)：第一階段對現有電力系統(tǒng)進行改造升級，第二階段將多類型的大規(guī)模儲能和氫能作為靈活電源。
優(yōu)化新型電力系統(tǒng)發(fā)展路徑，加快相關科技攻關
“碳達峰、碳中和是我國既定的戰(zhàn)略目標，但其實施路徑需要滾動優(yōu)化，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)則是實現這一目標最重要的支撐之一。”中國工程院院士、國網電科院名譽院長薛禹勝在研討會上表示。
在諸多業(yè)內專家看來，電力行業(yè)不僅要在能源生產側實現對化石能源的清潔替代，還要在能源消費側實現電能替代，承接工業(yè)、建筑、交通等領域轉移的能源消耗和碳排放。目前，在碳達峰、碳中和背景下，電力行業(yè)亟需加速構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。
薛禹勝認為，構建新型電力系統(tǒng)的過程不僅受到來自新能源大規(guī)模接入的挑戰(zhàn)，還受到日趨嚴格的環(huán)境約束、市場競爭、社會參與者行為等因素的制約。他表示，愿景中的新型電力系統(tǒng)與非電能源系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、社會系統(tǒng)等非電力環(huán)節(jié)之間的邊界條件不再近似不變，不能再按封閉系統(tǒng)來規(guī)劃與調度，需要將其納入信息-物理-社會框架內的能源系統(tǒng)框架，在碳達峰、碳中和與能源低碳轉型的視野下優(yōu)化新型電力系統(tǒng)的發(fā)展路徑。
“隨著我國碳達峰、碳中和目標的提出，風電、光伏發(fā)電等新能源將迎來新一輪爆發(fā)式增長，2030年風電、光伏發(fā)電累計裝機要達到12億千瓦以上，構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)將至關重要。”中國工程院院士、湖南大學校學術委員會主任羅安在會上說。
他通過主旨報告闡述了高比例新能源友好接入電力系統(tǒng)面臨著的穩(wěn)定控制和智能傳感有序管理的挑戰(zhàn)，分別介紹了集中式新能源場站寬頻帶振蕩問題及對策研究、集中式新能源場站電壓與頻率穩(wěn)定問題及對策研究、分布式微網內部環(huán)流與諧振問題及對策、配電網數字電力智能傳感與識別問題及對策研究。他認為，頻域阻抗法、主動支撐技術、儲能技術、電流指紋傳感芯片與智能識別技術可以為解決高比例新能源友好接入提供有效的理論方法與科學手段。
今年3月1日，國家電網有限公司發(fā)布了國內首個碳達峰、碳中和行動方案，爭當能源清潔低碳轉型的引領者、推動者和先行者。當前，國家電網公司正深入研究推動構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，制定并發(fā)布《構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)行動方案（2021～2030）》，實施新型電力系統(tǒng)科技攻關行動計劃。
南瑞集團是國家電網公司重大科研成果產出和電網關鍵核心裝備研制的主力軍，依托智能電網保護和運行控制國家重點實驗室，加快推進構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)基礎理論研究和關鍵核心技術攻關。
南瑞集團董事長、黨委書記冷俊在會上表示，南瑞集團瞄準碳達峰、碳中和以及新型電力系統(tǒng)建設，在業(yè)內率先提出能源的信息物理社會系統(tǒng)（CPSSE）框架和能源-電力-環(huán)境協(xié)同優(yōu)化求解方法，著力深化新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析基礎理論、信息-物理-社會元素的交互及協(xié)調機制、主動支撐電網安全穩(wěn)定運行的新能源發(fā)電控制方法等理論研究、源頭創(chuàng)新，組織攻關碳管理系統(tǒng)關鍵技術，為支撐能源清潔低碳轉型、服務經濟社會發(fā)展作貢獻。
推進關鍵技術研究，不斷增強電力系統(tǒng)彈性
“能源轉型下，供應安全、新能源消納系統(tǒng)穩(wěn)定等問題逐漸突出，表明電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行受到威脅。彈性電力系統(tǒng)是應對未來電力系統(tǒng)運行風險的重要手段之一。”邱愛慈在會上提出，能源轉型下彈性電力系統(tǒng)的建設需采取“三步走”策略，經過15年的發(fā)展建設，最終達到預期目標：在極端事件攻擊下，電力系統(tǒng)7天全面恢復，核心區(qū)域電網48小時恢復，關鍵重要負荷不停電。她表示：“目前，我國彈性電力系統(tǒng)發(fā)展仍將面臨嚴峻挑戰(zhàn)，需要充分考慮新能源發(fā)電間歇性、波動性的影響。發(fā)展彈性電力系統(tǒng)需要多方形成共識、多學科交叉，需要馳而不息、久久為功。”
會上，智能電網保護和運行控制國家重點實驗室主任、國網電科院副院長鄭玉平針對新型電力系統(tǒng)保護和運行控制所面臨的技術挑戰(zhàn)，探討并提出了三方面技術觀點：以新能源為控制主體，提升新型電力系統(tǒng)暫態(tài)和動態(tài)響應能力；以不受電源特性影響為目標，構建新型電力系統(tǒng)繼電保護技術體系；以源網荷高效互動作為新型電力系統(tǒng)運行控制的重要手段。
東北電力大學教授姜濤和博士張儒峰在會上提出，高比例新能源接入對電力系統(tǒng)供能安全提出了更高的要求和更嚴峻的挑戰(zhàn)，未來電力系統(tǒng)需要具有更高的靈活性和韌性，以應對新能源的隨機波動和頻繁發(fā)生的極端自然災害。他們認為，綜合能源系統(tǒng)具有多能耦合與互補特點，靈活性資源豐富且供能安全交互影響，綜合協(xié)調利用多能靈活性資源構建韌性綜合能源系統(tǒng)是實現新能源安全、清潔、高效消納的重要手段之一，也是能源行業(yè)支撐碳達峰、碳中和目標落地的重要技術方向。
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