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    發(fā)布日期:2023-09-21
9月16日,華北電力大學(xué)教授、中國工程院院士劉吉臻在2023全球能源轉(zhuǎn)型高層論壇上作了《能源轉(zhuǎn)型與新型電力系統(tǒng)》的主題報告。
劉吉臻院士指出:對儲能一定要有個清醒的認識,儲能不是萬能的,將來新型電力系統(tǒng),能源轉(zhuǎn)型以后的以新能源為主體的能源系統(tǒng),儲能要發(fā)揮作用,但是十分有限!
“風(fēng)光配儲”這個路徑肯定不是一個正確的路徑。這個微量分布到世界各國真是微不足道。
文|劉吉臻
這次參加“儲能產(chǎn)學(xué)研融合發(fā)展論壇”,我覺得這個題目非常適宜?;蛘哒f儲能現(xiàn)在在我們能源轉(zhuǎn)型和新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的大背景之下,已經(jīng)成為了全社會和全球各個國家一個非?;钴S的領(lǐng)域。
會前我們也在積極交流,其實從我們國務(wù)院,到國家有關(guān)部門,從5月份以來,僅就儲能產(chǎn)業(yè)的態(tài)勢、發(fā)展的前景分析、面臨的問題瓶頸以及對策,已經(jīng)兩次委托中國工程院來提供研究報告。
從概念上來講,我們構(gòu)建新型電力系統(tǒng),實現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)型,儲能它究竟在其中是個什么定位?應(yīng)該往哪個方向去發(fā)展?是不是按照現(xiàn)在這個狀態(tài),千軍萬馬大家浩浩蕩蕩都在做儲能行不行?風(fēng)險在哪里?還有一個,新型電力系統(tǒng)實際上從技術(shù)層面究竟是個什么樣子?
在解決新型電力系統(tǒng),特別是對于近來高比例的可再生能源風(fēng)電光伏,是不是就以儲能來應(yīng)對?
現(xiàn)在我經(jīng)常聽到社會上關(guān)于碳中和有兩個解決方案,一個解決方案叫“風(fēng)電、光伏加儲能”,這將來就可以實現(xiàn),還有一個解決方案是“不排斥化石能源,特別是煤炭,但是利用CCUS,燒煤導(dǎo)致二氧化碳排放,把它捕集、封存、利用不就沒了嗎!”“風(fēng)電光伏隨即波動,把它儲起來在家里掛到網(wǎng)上不就行了嗎?”我可以負責(zé)任地告訴大家:這都是外行的話,都是很不專業(yè)的概念,他不懂電是什么。
電力是電子的運動,速度是光速每秒30萬公里,這是人類科技和工程領(lǐng)域帶給人們生產(chǎn)生活發(fā)生根本變革的一個極大的創(chuàng)新。而這樣一個系統(tǒng),它也是物質(zhì)轉(zhuǎn)換從電源側(cè)電荷的產(chǎn)生,到電荷不管以什么樣的方式(光、熱、做功)把它用掉,是在光速的速度下瞬間完成的,比如我們現(xiàn)在產(chǎn)生的聲音、產(chǎn)生的燈光耗了能量,這個能量也可能是張家口的某個風(fēng)機、北京某個燃機或者燃煤發(fā)電機,它瞬間的能量瞬間消納,兩清沒了,就完成。為什么?電荷最大的缺點是什么?是難以大量的堆積,注意我說的,是“難以大量的堆積”,這就是儲能。
有人說:你要不要這么悲觀?我們現(xiàn)在手機用的不就是儲能嗎,還有這儲、那儲。我說:對,我期待把這個儲能問題解決掉,但是“量變”和“質(zhì)變”是哲學(xué)的基本概念。沒轍的時候我就講:水可以儲嗎?當(dāng)然可以!礦泉水儲水,水庫儲水,都可以儲。但是從大禹治水開始,就拿最近北方出現(xiàn)的北京地區(qū)的洪水,儲得了嗎?儲不了了,那就疏導(dǎo)、排洪、疏通。
所以對儲能一定要有個清醒的認識,儲能不是萬能的,將來新型電力系統(tǒng),能源轉(zhuǎn)型以后的以新能源為主體的能源系統(tǒng),儲能要發(fā)揮作用,但是十分有限!
真正解決問題的手段是什么?就是這個“源網(wǎng)荷”,我不大贊同講“源網(wǎng)荷儲”,面對“源網(wǎng)荷”,同時,“儲”它本身,當(dāng)你被充電的時候是個“荷”,放電的時候你就是個“源”,我認為“源網(wǎng)荷”就夠了?!霸淳W(wǎng)荷”這樣一個電力系統(tǒng),通過我們數(shù)字化、信息化,特別是智能化,叫“多源互補、源網(wǎng)協(xié)同、供需互動、靈活智能”這樣一個動態(tài)的,都不知道怎么去平衡、運作的,來形成的系統(tǒng)那才是一個新型電力系統(tǒng)。
所以我這里先說了一下新型電力系統(tǒng),關(guān)于新型電力系統(tǒng),我們都知道幾次工業(yè)革命帶來能源革命,特別是第四次工業(yè)革命,因為第四次工業(yè)革命列出一堆,實際上它融合到一起是個整體,首先它有清潔能源、人工智能、機器人、量子信息、虛擬現(xiàn)實、生物技術(shù)等,這些東西才是我們將來新的工業(yè)革命帶給我們的內(nèi)涵。
當(dāng)然,我們的現(xiàn)狀,中國的能源現(xiàn)狀和歐美國家沒法比的,用一句話——我們?nèi)匀惶幵谝粋€“煤基能源的時代”,和歐美相比落后了近70-80年,歐美的油氣替代煤炭的能源革命已經(jīng)完成,而我們現(xiàn)在不大可能完成這次能源革命,所以現(xiàn)在我們使用著全球二分之一以上的煤炭,占到全世界能源總消費量的四分之一,同時,我們也排放了近三分之一的二氧化碳。這是我們的國情。
有人講,我們國家“富煤貧油少氣”,我說:錯了,我們落后了一個時代!美國、俄羅斯的煤炭比我們豐富了不知道多少倍!第一次工業(yè)革命,1950年時美國的煤炭占多少?現(xiàn)在美國用的煤炭占比和它上個世紀50年代差不多,它的增量是什么?是石油、天然氣。這些年來,現(xiàn)在美國主體是石油、天然氣,后來發(fā)展核能,它是站在這樣一個能源結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)“雙碳”。再看看我們自己,我們到目前為止,煤炭在能源消費當(dāng)中還是在50%以上。
因此,我們要面對我國的國情,大力推動化石能源清潔化、清潔能源規(guī)模化和多種能源綜合化。特別是對煤炭,是我們很長時間依賴的能源品類,這不是感情問題,“雙碳”不是七手八腳把煤炭干掉,包括黨中央現(xiàn)在也大力地講,一定要把煤炭這篇大文章做好。
所以這些年國家能源政策不斷調(diào)整,更加務(wù)實,作為一個整體戰(zhàn)略,特別是包括今年7月份深改領(lǐng)導(dǎo)小組二次會議,這里面再一次提出:“我們要深化電力體制改革,加快構(gòu)建清潔低碳、安全充裕、經(jīng)濟高效、供需協(xié)同、靈活智能的新型電力系統(tǒng),更好推動能源生產(chǎn)和消費革命,保障國家能源安全?!?/span>
剛才各位領(lǐng)導(dǎo)也講到了能源安全?,F(xiàn)在我們把它稱之為“能源轉(zhuǎn)型的二十字方針”,這里特別強調(diào)了幾點:
第一個強調(diào)“安全充?!保前踩?、充裕,而不是捉襟見肘,我們現(xiàn)在整體能源供給能力建設(shè)不錯,但時不時就出事了,今年夏天部分地區(qū)缺電,保供很困難。哪怕一個小時,你也必須得充裕。
第二個強調(diào)了“經(jīng)濟高效”,談技術(shù)的時候不要扔掉經(jīng)濟性,現(xiàn)在這個社會上一會兒氫能,一會兒儲能,一會兒這,一會兒那,一會兒CCUS,我說你算算經(jīng)濟賬再說,火電廠能不能全面配上CCUS?現(xiàn)在一千多、兩千的煤價,全國有80%的火電廠是在虧損的情況下。還有人說CCUS,我說煤價再翻一倍能行嗎?這不是胡說八道嘛。所以為什么我們講“技術(shù)經(jīng)濟”?拋開經(jīng)濟談技術(shù),那叫胡扯。所以我們必須考慮供需協(xié)同,而發(fā)展的方向是“靈活智能”。
我們大家可以看看儲能,大家不要誤解我:劉院士好像對儲能有意見。絲毫不對,不是這樣的,我們是叫產(chǎn)學(xué)研融合,讓儲能走在正確的道路上,發(fā)揮應(yīng)有的作用,就像下一盤象棋一樣,不是不喜歡“車、馬、炮”,而是很好地把它調(diào)遣好、派上用場,把這盤棋贏了,這才是我們所需要的。所以整體儲能是篇大文章,有著很大的前景,我們夢想安全、高效、經(jīng)濟這樣的儲能技術(shù),如果我們攻克的話,那我們實現(xiàn)這個能源轉(zhuǎn)型、“雙碳”目標(biāo)就非常理想。
從全球來看,2022年投運儲能項目規(guī)模已達到2.4億千瓦(這個2.4億千瓦我也沒考證這個數(shù),究竟包括了什么?咱們之后再說)。新增規(guī)模3000萬,比2021年翻一番,重點是中國、歐洲、美國新增規(guī)模占比分別為36%、26%、24%,說明發(fā)展態(tài)勢不錯。
但是為什么要談新型儲能?就是傳統(tǒng)的儲能不算。比如我們抽水蓄能,這不應(yīng)該列入新型儲能。
我們重點看電化學(xué)儲能,電化學(xué)儲能目前是增長的主體,2022年全世界電化學(xué)儲能的裝機達到4500萬千瓦,增長率達到80%,其中鋰電池占主導(dǎo)地位。這個數(shù)大不大???我覺得微不足道!你知道世界裝機是多少、電量是多少,看起來好像這個數(shù)字很大,其實是處于萌芽狀態(tài),尤其是在電力系統(tǒng)當(dāng)中,在大規(guī)模新能源消納的過程當(dāng)中,新型儲能基本上沒有發(fā)揮什么顯著的作用,中央報告里就這樣顯示的,相當(dāng)于長江水弄了幾個裝礦泉水桶的,沒有起到什么作用。
將來能起多大作用且再說,將來這些儲能可以裝在哪里?可以裝在源側(cè)。
比如國家的政策說“風(fēng)光配儲”,我也老批他們,我說:配它干什么?這不是瞎胡鬧么,如果2塊錢,儲起來花1塊錢,你算過這個賬嗎?網(wǎng)側(cè)說建儲能電站,建它干什么?要調(diào)峰。調(diào)多長時間?有多大本事?
我考察不下5個這樣的調(diào)峰電站,我說你把這幾個月調(diào)峰電站運行的數(shù)據(jù)調(diào)出來,它調(diào)不出來,有的很尷尬,基本沒用,用的話也解決不了什么問題,不用可能也對。
現(xiàn)在從世界范圍內(nèi)來看,特別是歐盟國家,兩個地方用得比較多,一個是用戶側(cè),因為像美國,我們可能儲能好多出口,在美國出口不錯,它電價是市場價,有的甚至相差十倍甚至百倍的電價差,就是在極端的電價情況下電價飆漲。這時有些用戶,比如有一個大商場,它有很多空地,就建幾千瓦時的儲能電站,在提高電價的時候我不用你的,我用我的儲能電站,堅持過這24小時、8小時,它有回報、便宜、商業(yè)化。
還有一些分布式的屋頂光伏,配上儲能以后成為自己的一個相對穩(wěn)定的供電系統(tǒng)。所以在需求側(cè)的應(yīng)用要遠遠好于在網(wǎng)側(cè)和源側(cè)。這樣的一些問題,有時候我們調(diào)研可能也不夠,一股腦地憑概念出發(fā),“風(fēng)光配儲”這個路徑肯定不是一個正確的路徑。這個微量分布到世界各國真是微不足道。
新型電力系統(tǒng)的建設(shè),包括現(xiàn)在的沙戈荒灘等等,是不是一定要依賴于更大規(guī)模的新型儲能?根本沒有論證!我在好幾個場合講過:你論證過嗎?投資多大?運營成本多高?這都有待于我們深入探討。因為論壇嘛,咱們討論點問題,哪怕我們也沒有給出答案。
所以我們國家現(xiàn)在一共是新型儲能870萬千瓦,整個儲能1805萬千瓦時,這當(dāng)中當(dāng)然是鋰電池占了絕對的優(yōu)勢。從技術(shù)路線和造價來看,這里有這么一些數(shù)據(jù),這還不是關(guān)鍵,我們看到它的成本造價也會隨著技術(shù)的成熟逐步有所下降。這是剛才我談到的,我們首先從近期、長期、遠期來看,一定要把儲能的定位搞清楚。
首先,我們希望儲能能夠促進新能源的大規(guī)模開發(fā)和消納。以沙戈荒基地為例,現(xiàn)在“新能源配火電、配抽蓄”,這樣必要的電化學(xué)儲能配比是需要的,但是要搞清楚配多少、怎么用。
第二個是支撐電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。談到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性,這是天大的事情,我們在一些場景談過,電網(wǎng)的安全穩(wěn)定,儲能能夠發(fā)揮什么作用,特別是近期以來,我們做了這方面的實際研究和應(yīng)用,比如在寧夏的電廠搞了一個1.24兆瓦的飛輪儲,用來干什么?用來解決火電機組一次調(diào)頻能力不足的問題,這個系統(tǒng)投入之后,運行快2年了,第一,有效解決這個廠原來一次調(diào)頻考核不合格的問題,由虧損變成了盈利,而且短短3年左右就可以全部收回投資,我們沒有想到一個小小的飛輪能夠發(fā)揮如此大的作用。
我把它比喻成什么呢?就像治病一樣,對癥下藥!他剛好有這個病,不是買了特別貴的藥,就是這個藥上去以后,把這個病治好了。所以現(xiàn)在又在擴大規(guī)模,進一步把它在別的幾個廠做得更大。昨天打電話,說我們這個項目評獎剛剛獲得一等獎,還沒評完呢,說排名第一,大家高度贊揚。說明這個東西有用:經(jīng)濟性、可靠性、有成效!所以任何技術(shù)必須是這樣去做。再一個是保障用戶靈活高效的用電。
新型儲能發(fā)展技術(shù)從技術(shù)需求來看,我們應(yīng)用的場景、儲能規(guī)模、儲能時長以及應(yīng)用地區(qū),這些都要搞清楚。然后就是對于其他各類技術(shù),因為儲能是個家族,大家一定要知道,一說儲能,剛才說到抽蓄、飛輪、壓縮空氣,甚至儲熱、制氫、生物質(zhì)燃料等等,窮盡這些技術(shù)有效加以融合,在電化學(xué)儲能中除了鋰離子電池、液流等等,動電池和電力基儲能要求應(yīng)該不一樣,放在車上的電池要求體積小、能量密度高,要是放在沙戈荒里的儲能箱子,要求價格合理、安全可靠、不要著火,你體積大就大,這有的是空間,所以這是技術(shù)路線的選擇。
我們要對新型儲能技術(shù)舉行示范工程,實踐出真知,只有在工程示范的過程當(dāng)中,才有可能發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,而不是憑空來坐而論道。這當(dāng)中,我們始終堅持產(chǎn)學(xué)研用一體化,一定要把技術(shù)攻關(guān)解決重大難題放在首位,核心還是要圍繞著低成本、高安全和規(guī)模化。
把儲能放在我們這個新型電力系統(tǒng)里,有兩個問題:
第一個是放在哪里?“源”、“荷”、“網(wǎng)”三個地方往哪里放?
第二個,儲能的品類,電化學(xué)、抽蓄、壓縮空氣、飛輪等等縱橫交錯。那么核心要素是兩條,一是安全性,二是經(jīng)濟性,要是把這幾點抓住,我們的工作就是有成效的,就會取得剛才說到的“二十字方針”——清潔低碳、安全充裕、經(jīng)濟高效、供需協(xié)同、靈活智能。
最后新型電力系統(tǒng)就是結(jié)構(gòu)新,它形態(tài)是革命性的,同時,從它的感知、檢測、控制、運行都必然走向全面的智能化和信息化。
占用大家的時間,談一些不成熟的個人看法,不正確的地方,我們可以一起討論,謝謝大家!
(轉(zhuǎn)載自微信公眾號“儲能研究院”)