光伏系统工程  来源:北极星太阳能光伏网    2021/6/2 18:43:37 北极星太阳能光伏网讯:“双碳目标下我国能源电力系统发展一种情景，以初步分析表明，2030年风能+太阳能总装机16.1亿kW,符合12亿kW以上的要求；2033年新能源（非水可再生能源）装机超过50%，2051年新能源发电量比重超50%，为构建新型电力系统、实现2060年前碳中和目标创造基础性条件。”中国科学院院士周孝信在第十五届（2021）国际太阳能光伏与智慧能源（上海）大会上的发言。 中国科学院院士周孝信介绍《双碳目标下我国能源电力系统发展前景和关键技术》 发言实录： 周孝信：尊敬的各位专家、各位领导，大家上午好！参加去年SNEC大会时，我说过，光伏发展取决于三个主要因素：一是国家和政府政策的引领；二是技术的推动，技术发展的推动；三是企业家精神。今天听了各位企业家的报告以后，感到受到很大的启发，非常鼓舞。国家有这样一批企业家来做，肯定能够实现碳中和、碳达峰的目标。 最近3月19日提出两个构建，一个是构建清洁低碳、安全高效的能源体系，再一个是构建以新能源为主体的新型电力系统。我一直从事电力系统的研究，听这个感到非常鼓舞，电力系统进入了国家最高战略决策的很重要的组成部分，我跟大家分享近年来做的新一代电力系统基本情况以及我们结合双碳目标做的情景分析。 新一代电力系统的主要特征是什么？过去几年经过不断总结，提出了四条主要技术特征四点。一个高比例可再生能源电力系统，第二高比例电力电子装备电力系统，第三多能互补综合能源电力系统，特别是在用户侧，第四信息物理融合的智慧能源电力系统，也叫四个电力系统。个人看法，现在提的新型电力系统，也是这四个重要特征。 过去几年结合国家目标，做了情景分析：情景一、情景二、情景三，最近做了情景四，实现2030到2060双碳目标的一种情景，就是电力系统实现2050年达峰，能不能实现？另外从电力系统的角度来说，如何支持2060年实现碳中和？ 在“十四五”期间，以及“十五五”期间还处于上升阶段。到了2030年一直到2060年，要降到46亿吨。另外一个全社会用电量，这个指标也是一个非常重要的指标，对于未来国家经济发展，对电力的需求。 第三个非化石能源在一次能源消费中的占比。 电力系统和非化石能源消费，在一次能源消费中的比重有什么关系？根据基本指标，辅助指标，做了计算流程的模型，算下来大概是：2020年到60年，我国能源电力发展的装机结构，发电装机的结构，我们看这些曲线来不及细说。底下这个曲线，红色的虚线就是新能源装机的占比。新能源，指的是非水电可再生能源，主要是风电、太阳能发电，以及生物基发电。什么叫为主呢？不同的理解，如果按照发电容量超过50%，就算新能源为主体了。到了2033年超过了50.9%。这个是一个发电量的曲线，同样有两条线，什么时候能够超过50%呢？刚才说的新能源发电，在2051年。2050年左右，从发电量这个角度来说，已经超过了50%。我们可以很确定地说这个时候就是新能源为主体的电力系统。 下面几张饼图给大家做参考，因为这个是很粗的计算，也不代表中国电力科学研究院，是代表我们一个小组的意见，供大家参考。这个是2020年的情景，这个数字是对的，这是国家公布的数。新能源发电量的占比11.3%，这里边包括了生物质能发电，但它占的比例很小。装机容量是这个情况，煤电装机容量占49%，发电量占61%，我们现在就是这个情况。再往下看2025年，“十四五”结束的时候，煤电占40%装机，气电占2.6%，太阳能占20%，风电占14%，我一直是比较看好这个太阳能发电。刚才几位专家跟几位企业家都说了，它有它的优势。电力比重，煤电降到53%，还是以煤电为主的。新能源占比是18%，这个是2030年，从装机上来说，我们的新能源装机占比44.5%，发电量占24%，占1/4了。煤电的发电量占44%，依然还是比较高的比例。 这个是2060年，我们做了两个方案。一个方案，是比较激进的，煤电基本上被替代了，但还留下一些。你看从装机来说，煤电占1%，发电量也占1%。主要就是我们的可再生能源，特别是像太阳能装机占50%，发电量占34%。 另一个方案，考虑的是不是保留一定量的燃煤发电和天然气发电？这个比例就稍微低一点，2060年装机容量煤电是5%，气电也是5%，煤电和气电的发电量都占7%，但是它的碳排放还是有一定的代价。能源系统的二氧化碳排放是14.35亿吨，电力系统的排放是14.93亿吨。刚才的碳排放比较小了，是10亿吨以下，电力系统也就是5亿吨朝上。 至于实现碳中和，到底能不能实现零碳电力系统？我比较保守，但可以采取其他措施。新一代电力系统的核心指标和关键技术，核心指标5项，前三项关系能源系统，以电力为核心的能源系统，一个非化石能源占一次能源消费中的比重，是电力系统做了大贡献，非化石能源发电是组成了第一个指标的主要部分，90%以上。第二是非化石能源在发电量中的占比。第三电能在终端消费中的比重，终端消费到底有多少由电来供应？后两项一个是系统总体能源利用效率，我们将要实现碳达峰，提高能源的利用效率不是最重要，也是非常主要的措施，我们要考核这个，要检查，要能够测量和计算，包括电力系统的效率。第五是二氧化碳的排放，到底排放多少？初步计算，供大家参考，四个指标，非化石能源占比，能源利用效率，以及非化石能源的发电量以及消费的比重，左边和右边两个曲线可以看。能源利用效率目前只有30%多一点，2060年到达50%。全社会用电量到底是多少？比较保守，到2060年可能是15万亿，有的讲16万亿。 看看碳排放，这张图从2020年到2035年，每一年能排放多少？我们给它化出来一个曲线。有两个值，一个2027年能源系统排放的峰值，这个峰值是多少呢？大概是95亿吨。电力系统争取在2025年达峰，大概是39亿吨，占总量的42%。电力系统贡献了44%，30%到40%的二氧化碳排放，在整个国家的能源系统，所谓能源系统排放就是能源用于燃烧，煤炭、石油、天然气等等燃烧以后，它放出来的二氧化碳，电力系统主要指的煤电、气电。电力系统的转型是非常重要，可再生能源代替传统的化石能源非常重要，实现国家的能源转型的目标。 我们过去不断地进行总结，总结了8类有全局性影响的关键技术，现在叫新型电力系统，我想基本也是这个情况，一个是新能源发电，我们叫电网支持型新能源发电。你得支持电网，电力系统遇到很多问题，就是与我们新能源发展的特性有关系。 第二个电力电子从元件开始一直到系统； 第三系统本身，新型电力系统有很多的问题需要解决； 第四是新型的储能； 第五是清洁高效、低成本、储运转化和应用技术，就是氢能； 第六是数字化、人工智能、能源互联网等这些技术； 第七是新型输电和超导综合输能技术； 第八是电力市场，不仅仅是电力，涉及到相关的能源要在一起。 好，刚才企业家们讲绿氢，就是可再生能源制氢。目前的技术是可以支撑，问题是成本问题。煤制氢最便宜，天然气次之，光伏制氢如果按照现在的市电的价格肯定是不行，所以要大幅度降低，最好降低到两毛钱、一毛钱一度。 中科院李灿（音）院士，他在兰州做了光伏发电制氢，做了一个示范工程。他的光伏发电制氢的部分，我觉得值得参考。它每方氢耗电4.3千瓦时，认为还可以进一步提高。目前来说采用的新的催化剂等等来做，我想这个技术的进步，也是可以预期。 下面给大家汇报一下，也就是最近不到半年，提出的一个设想，就是叫综合能源生产单元。英文简称叫IEPU这么一个设想。我们现在燃煤发电转型或者退出，是个非常分析的事情。现在全国有超过10亿千瓦的装机，提供了60%的发电量，在2、30年，3、40年之间把它完全退出了，相当的困难。所以是个非常艰巨的任务，那么怎么办？我想了个主意，也是受到李灿（音）院士的启发，配合燃煤电厂进行二氧化碳的普及，另外要配合光伏电站。光伏电站和燃煤电厂，三种电都提供，可以给电解水装置，制氢装置来提供电力，在利用二氧化碳的普及，除了我们这个单元可以生产氢气以外，还可以生产二氧化碳和氢气结合，生成甲醇或者甲烷。甲烷就是天然气，可以通过天然气的管道来输出。甲醇是很稳定的，常温下是液体，很容易输送，也没有危险性，解决输送的问题。当然可以直接输出氢，所以它是一个能够生产多种产品的系统。对于现在的好处，人造的天然气——甲烷，能够代替地下开采的甲烷或者国外进口的天然气，事实上是减碳的，还有就是提供电力系统非常难得的调节能力，一个燃煤电厂，一个光伏电站，一个电解水装置，和制甲醇、制甲烷都需要耗电，主要是电解水装置耗电比较大。我们做了简单的计算，拿一台30万的机组做了一个例子，已经不需要去还本了，已经折旧完毕了，剩下它的成本很低，就是燃料费加维护费，所以这个成本可以降下来。 还有一个输氢，输氢现在困难比较大，用高压的或者的车送都有点困难，都在研究。提出一个方案——超导输电和输氢，或者输人造燃气，一个混合的方案。因为超导需要冷却，用液氢冷却，21度K，也是高温超导的范围。或者临界温度提高到110K，是天然气的临界温度，这条管子既能输电，靠外边的超导来输电，又能输送氢气或者人造天然气，这是个长远的方案。不管怎样，将来西部是大的能源基地，包括可再生能源也是如此，可再生能源如果都转化成电，我个人看法，是电力系统不可承受的。尽管现在用特高压输电，交流直流等等，但是能力还不够，要结合输氢，输人造天然气，一个混合的输能系统，原来叫西电东送，我取名叫西能东送，这样才能满足未来新型能源系统的需要。 总结： 双碳目标下我国能源电力系统发展一种情景，以初步分析表明，2030年风能+太阳能总装机16.1亿kW,符合12亿kW以上的要求；2033年新能源（非水可再生能源）装机超过50%，2051年新能源发电量比重超50%，为构建新型电力系统、实现2060年前碳中和目标创造基础性条件。 2060年实现碳中和需要我国电源装机结构不断向清洁化方向调整，2033年新能源装机占比超过50%，2060年超过82%，煤电装机需在2025年后持续下降，2060年仅保留约0.7亿千瓦，占全国装机总量的1%。煤电发电量同样如此，煤电发电0.22万亿千瓦时，占比约1.4%。 我的分享结束，谢谢大家！