我國(guó)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(guó)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(huì)在北京召開。當(dāng)前我國(guó)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(jī)量不斷增長(zhǎng)。與此同時(shí)，我國(guó)目前仍以化石能源消費(fèi)為主的現(xiàn)狀以及未來(lái)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(lái)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(guó)家能源局總工程師向海平用一組數(shù)據(jù)介紹我國(guó)近年在電力安全保供能力及綠色低碳轉(zhuǎn)型方面的“成績(jī)單”：截至2022年底，我國(guó)電力裝機(jī)規(guī)模達(dá)到25.6億千瓦，發(fā)電量8.8萬(wàn)億千瓦時(shí)，均穩(wěn)居世界第一。過去十年，我國(guó)非化石能源消費(fèi)比重提高7.8%，其中2022年非化石能源發(fā)電裝機(jī)占比49.6%，特別是風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電快速發(fā)展，年發(fā)電量首超1萬(wàn)億千瓦時(shí)，相當(dāng)于10個(gè)三峽電站的發(fā)電量。

 

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

 

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

 

“目前我國(guó)儲(chǔ)能裝機(jī)容量達(dá)4600萬(wàn)千瓦，占全球總裝機(jī)的22%，其中化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)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(fèi)比達(dá)到5%，2050年達(dá)到10%。”湯廣福介紹。

 

目前我國(guó)已建成橫跨東西、縱貫?zāi)媳?、覆蓋全國(guó)、連通周邊有關(guān)國(guó)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(zhǎng)1.6倍。

 

轉(zhuǎn)型仍面臨多重挑戰(zhàn)

 

基于當(dāng)前我國(guó)化石能源的生產(chǎn)和消費(fèi)情況，湯廣福指出，要清醒認(rèn)識(shí)到化石能源仍是消費(fèi)主體的現(xiàn)實(shí)。他表示，我國(guó)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(guó)煤電裝機(jī)大約達(dá)7億千瓦，這部分機(jī)組如何變成新型靈活性機(jī)組是個(gè)問題；其次，要找尋并開發(fā)油氣戰(zhàn)略性接替資源，我國(guó)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(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所副所長(zhǎng)呂清剛也認(rèn)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(dòng)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(dāng)前兩大技術(shù)方向主要是儲(chǔ)能和煤電靈活性調(diào)峰。”

 

呂清剛進(jìn)一步指出，目前我國(guó)在物理儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能方面已與國(guó)際技術(shù)不相上下，未來(lái)應(yīng)大力發(fā)展大規(guī)模、長(zhǎng)周期、高效率、低成本的儲(chǔ)能技術(shù)。“但同時(shí)，儲(chǔ)能還不能完全解決現(xiàn)存調(diào)峰問題。未來(lái)大量可再生能源接入后系統(tǒng)對(duì)煤電機(jī)組調(diào)峰要求會(huì)更苛刻，所以煤電調(diào)峰改造也將面臨安全、經(jīng)濟(jì)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(shì)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(guó)新技術(shù)新模式新業(yè)態(tài)逐步培育壯大，主流儲(chǔ)能技術(shù)總體達(dá)到世界先進(jìn)水平，電化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)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(duì)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

 

據(jù)了解，對(duì)于新能源大量接入帶來(lái)的問題，柔性直流和直流電網(wǎng)是實(shí)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(jī)性、波動(dòng)性大，與電網(wǎng)負(fù)荷特性不匹配，其接入電網(wǎng)末端會(huì)使得電網(wǎng)網(wǎng)架薄弱，加之變流器耐受能力低，還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)擾動(dòng)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(diǎn)。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(jī)組互濟(jì)互補(bǔ)。”國(guó)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(zhǎng)張景安看來(lái)，當(dāng)前數(shù)字化浪潮正促進(jìn)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(zhǔn)實(shí)時(shí)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(lái)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(yùn)行環(huán)境苛刻，實(shí)現(xiàn)以甚于芯片內(nèi)生安全的裝備安全防護(hù)，將是未來(lái)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(tuán)總經(jīng)理李鵬指出，未來(lái)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(yùn)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(hù)裝置和首顆全國(guó)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(guó)產(chǎn)配電自動(dòng)化終端、集中器、智能開關(guān)等裝置，能夠支撐裝置實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)/非實(shí)時(shí)多業(yè)方協(xié)同運(yùn)行、內(nèi)核級(jí)錯(cuò)識(shí)檢測(cè)與冗余備份。”李鵬說。