我國能源轉(zhuǎn)型過程中，需要攻克的技術(shù)瓶頸有哪些？

4月27日，由中電聯(lián)與國家電網(wǎng)公司等共同主辦的首屆電力行業(yè)科技創(chuàng)新大會在北京召開。當前我國能源電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，轉(zhuǎn)型步調(diào)穩(wěn)健，可再生能源裝機量不斷增長。與此同時，我國目前仍以化石能源消費為主的現(xiàn)狀以及未來電力系統(tǒng)大量接入新能源，為能源電力轉(zhuǎn)型發(fā)展帶來新挑戰(zhàn)，仍需各類科技創(chuàng)新持續(xù)助力。

 

新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛

 

國家能源局總工程師向海平用一組數(shù)據(jù)介紹我國近年在電力安全保供能力及綠色低碳轉(zhuǎn)型方面的“成績單”：截至2022年底，我國電力裝機規(guī)模達到25.6億千瓦，發(fā)電量8.8萬億千瓦時，均穩(wěn)居世界第一。過去十年，我國非化石能源消費比重提高7.8%，其中2022年非化石能源發(fā)電裝機占比49.6%，特別是風電、太陽能發(fā)電快速發(fā)展，年發(fā)電量首超1萬億千瓦時，相當于10個三峽電站的發(fā)電量。

 

具體到新能源產(chǎn)業(yè)，我國風電、光伏發(fā)電裝機容量居全球第一。“2021年，風電裝機約3.3億千瓦，發(fā)電量6526億千瓦時，占比7.7%；光伏發(fā)電裝機3.1億千瓦，發(fā)電量占比3.8%，風、光總發(fā)電量占比11.5%。”中國工程院院士湯廣福指出，我國新能源發(fā)展快空間大，但相對值較低。

 

湯廣福進一步分析，從水電和核電看，常規(guī)水電開發(fā)量達6.9億千瓦，裝機容量3.5億千瓦，約占我國總裝機的14.9%，發(fā)電量占比為7%；核電總裝機容量0.53億千瓦，約占全國總裝機的2.2%。

 

“目前我國儲能裝機容量達4600萬千瓦，占全球總裝機的22%，其中化學儲能裝機占比為12.5%；氫能產(chǎn)量居世界首位，但綠氫占比仍然較低，其中天然氣和煤制氫占80%。預(yù)期2030年，氫能的終端消費比達到5%，2050年達到10%。”湯廣福介紹。

 

目前我國已建成橫跨東西、縱貫?zāi)媳?、覆蓋全國、連通周邊有關(guān)國家的能源基礎(chǔ)設(shè)施輸送網(wǎng)絡(luò)，“西電東送”能力超3億千瓦，比2012年增長1.6倍。

 

轉(zhuǎn)型仍面臨多重挑戰(zhàn)

 

基于當前我國化石能源的生產(chǎn)和消費情況，湯廣福指出，要清醒認識到化石能源仍是消費主體的現(xiàn)實。他表示，我國能源轉(zhuǎn)型仍面臨幾大挑戰(zhàn)，“首先，如何發(fā)揮煤炭兜底保障作用。2060年我國煤電裝機大約達7億千瓦，這部分機組如何變成新型靈活性機組是個問題；其次，要找尋并開發(fā)油氣戰(zhàn)略性接替資源，我國目前在非常規(guī)油氣開發(fā)、深井設(shè)備、核心技術(shù)以及海上油氣開發(fā)相關(guān)技術(shù)方面都還有瓶頸。”

 

中國科學院工程熱物理研究所副所長呂清剛也認為，能源轉(zhuǎn)型要著重考慮可再生能源大量接入后系統(tǒng)所需的靈活調(diào)峰資源。“平抑可再生能源波動性和穩(wěn)定需求之間的矛盾是重要課題，需要調(diào)峰電源支撐，當前兩大技術(shù)方向主要是儲能和煤電靈活性調(diào)峰。”

 

呂清剛進一步指出，目前我國在物理儲能和化學儲能方面已與國際技術(shù)不相上下，未來應(yīng)大力發(fā)展大規(guī)模、長周期、高效率、低成本的儲能技術(shù)。“但同時，儲能還不能完全解決現(xiàn)存調(diào)峰問題。未來大量可再生能源接入后系統(tǒng)對煤電機組調(diào)峰要求會更苛刻，所以煤電調(diào)峰改造也將面臨安全、經(jīng)濟和效率問題。”

 

持續(xù)挖掘技術(shù)創(chuàng)新潛力

 

在能源轉(zhuǎn)型形勢下，電力行業(yè)正不斷挖掘科技創(chuàng)新潛力。

 

據(jù)向海平介紹，我國新技術(shù)新模式新業(yè)態(tài)逐步培育壯大，主流儲能技術(shù)總體達到世界先進水平，電化學儲能、壓縮空氣儲能技術(shù)進入商業(yè)化示范階段。虛擬電廠、智慧能源站等各類新技術(shù)、新模式、新業(yè)態(tài)持續(xù)涌現(xiàn)，對能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。

 

據(jù)了解，對于新能源大量接入帶來的問題，柔性直流和直流電網(wǎng)是實現(xiàn)新能源友好接入、服務(wù)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

 

“新能源隨機性、波動性大，與電網(wǎng)負荷特性不匹配，其接入電網(wǎng)末端會使得電網(wǎng)網(wǎng)架薄弱，加之變流器耐受能力低，還會導致系統(tǒng)擾動并易發(fā)生連鎖脫網(wǎng)。而柔直電網(wǎng)的電壓高度可控，可以自主建立穩(wěn)定電壓，并將電網(wǎng)中心搬到新能源并網(wǎng)點。加之其具有暫態(tài)性能好、接入范圍廣、并網(wǎng)規(guī)模大的特性，可將不同類型的能源及不同區(qū)域的機組互濟互補。”國家電網(wǎng)公司特高壓事業(yè)部副主任黃勇解釋。

 

在科技部原秘書長張景安看來，當前數(shù)字化浪潮正促進電力行業(yè)加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

 

“隨著數(shù)字電網(wǎng)快速發(fā)展，電力裝備面臨快速精準實時響應(yīng)、多元化數(shù)據(jù)融合、安全可信數(shù)據(jù)傳輸、多樣化業(yè)務(wù)協(xié)同等挑戰(zhàn)。而伴隨新型電力系統(tǒng)加快建設(shè)，越來越多的電力終端部署在開放環(huán)境下，電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全邊界逐漸模糊、裝置運行環(huán)境苛刻，實現(xiàn)以甚于芯片內(nèi)生安全的裝備安全防護，將是未來電力工控裝備的重要發(fā)展要求。”南方電網(wǎng)公司數(shù)字集團總經(jīng)理李鵬指出，未來在網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智慧化的新型電力系統(tǒng)中，芯片是承載數(shù)字電網(wǎng)算力、算法、算元的關(guān)鍵載體，將成為建設(shè)運行數(shù)字電網(wǎng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

 

“南方電網(wǎng)公司目前已成功研制首套芯片化繼電保護裝置和首顆全國產(chǎn)電力專用芯片，形成電力專用芯片‘創(chuàng)新架構(gòu)—高效集成—自主算法—安全可控’的原創(chuàng)技術(shù)鏈系。在配用電領(lǐng)域，基于‘伏羲’芯片研制全國產(chǎn)配電自動化終端、集中器、智能開關(guān)等裝置，能夠支撐裝置實現(xiàn)實時/非實時多業(yè)方協(xié)同運行、內(nèi)核級錯識檢測與冗余備份。”李鵬說。