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能源革命势不可挡 抽水蓄能方兴未艾
来源: 作者: 宣传组 时间: 2017-09-08 【字号:
新闻来源:水电与抽水蓄能 作者:张博庭

摘要:

目前对于气候变化难题,全球公认的解决办法就是能源转型(革命)。根据当前的科技发展水平,可行的能源转型方式就是从以化石能源,转向可再生能源。然而,在可再生能源中大量的风能、光伏发电等都是随机的、间歇性的能源,必须有足够的储能设施配合,才能满足电力负荷的需求。在当前的科技水平下,能够大规模的商业化运行的储能方式就是抽水蓄能。因此,抽水蓄能的发展水平,直接决定了我们能源革命的进程。为此,我国的电力发展规划已经为抽水蓄能的发展制定出了明确的发展目标。但是,令人遗憾的是,由于我国的煤电产能严重过剩,本应随着能源转型逐步退出历史舞台的煤电,不仅不能逐步退出,而且还在快速的增长。为了让这些严重过剩的煤电,能够生存下去,现实中我们又不得不大量的使用煤电为非水可再生能源调峰,严重的挤占了抽水蓄能的市场空间,阻碍着抽水蓄能的发展。针对当前这种情况,特别需要我们从能源革命的高度认识、重视和加强抽水蓄能的发展和建设。

关键词:能源革命 电力转型 可再生能源 抽水蓄能

引言:

由于大量使用化石能源所排放的温室气体造成的气候变化,已经成为人类社会可持续发展的最大威胁。目前,对于气候变化全球公认的解决办法,就是能源转型。根据当前的科技发展水平,能源转型的可行方式就是从目前的以化石能源为主,转向可再生能源。

1、全球能源革命的大潮涌动

2014年11月2日,联合国的PICC发布的《2014年气候变化综合报告》称,参照工业时代以前的温度水平,目前全球平均温度已经升高了0.85摄氏度,全球变暖正在导致越来越严重的极热天气、暴雨灾害、海洋酸化和海平面上涨。为了避免产生灾难性的后果,全球必须将平均温度的升幅控制在2摄氏度以内。这份报告提出,欲达此目标到2050年,全球温室气体排放量要比(2010年)水平减少40%~70%,而到2100年则完全降至零或以下的水平。各国政府需要在2100年之前完全消除温室气体的排放,才能降低造成整个地球不可逆转的损害的风险。

此后不久,在北京召开的APAC峰会期间,世界上两个重大的碳排放国,中、美首脑也都作出了相应的减排的具体承诺。我们国家的承诺就是到2030年能耗减低60%到65%,非化石能源的比重达到20%以上,以及在2030年前达到碳排放的峰值。

随后,在2016年9月的杭州G20会议期间,我国又正式提交了《巴黎协定》的承诺。事实上,这次提交的承诺,已经与上一次的APAC承诺有了很大的不同。根据巴黎协定,本世纪的温升要争取控制在1.5度内,因此,巴黎协定要求各成员国在本世纪下半叶(2050年后),就达到净零碳排放[1]。

要完成这个承诺,事实上要比我们在2014年APAC会议期间所提交的承诺,又提高了很多。只不过,这一次我们国家还没有公布具体的路线图。然而,如果查查世界各国的净零排放的能源规划,几乎没有一个国家不是要大幅度的依靠可再生能源的。

按照IEA官员的估计,要实现巴黎协定,在全球2050年之后的能源构成中,非化石能源的比重至少要达到80%以上。目前,我国虽然还没有正式公布我国落实巴黎协定的时间表和路线图,但是,这个指标,也可以看成是一个对我们最起码的要求。也就是说,要实现巴黎协定的目标,到2050年以后,我国非化石能源的比重的不能少于80%。

到目前为止,由于我们核聚变控制技术还没有取得突破,而且,能否最终取得突破,目前还是一个未知数。所以,当前我们能源转型比较现实的选择就只能是可再生能源。从理论上看,可再生的能源支撑人类可持续的发展,是没有任何问题的。因此,目前世界各国都是按照这一可再生能源替代化石能源的思路,来规划自己国家的能源发展(如,多国能源部长共同达成的"苏州共识"[2])。

根据这一现实,按照巴黎协定到本世纪下半叶,我国非化石能源的比重的不少于80%的要求,不难设想,届时我国的水能、风能、光伏等可再生能源都将要成为主要能源,不管我们认识到与否,这种能源革命的大趋势已经形成。

2、电力是能源革命的主战场

目前,全球对于能源革命由化石能源向可再生能源转型的特点,已经达成一致共识。根据当前的科技发展水平,我们人类获取可再生能源的最主要方式主要是用利用可能再生能源发电。所以,毫无疑问,我们能源革命的主战场一定是在电力行业。正因为此,每当我们提到能源革命的时候,几乎同时都会说到电力转型。

由于电力的生产和供应必须实时同时完成的实时性特点,要想让大量间歇性、随机性的非水可再生能源,成为我们电力供应的主力,必须要有一定数量调峰电源,以保证随机出现的风能、光伏都能被利用,或者被有效的存储,以满足不断变化着的电力负荷的需求。

在现阶段,欧美等发达国家解决电网调峰问题的方式,主要是靠燃气发电和水电。虽然,汽电本身并不能够储能,但因为汽电的启动和停机都非常方便,完全可以满足电网中单向调峰的需求。同样具有更好的单向调峰的作用的,还有水电。在欧洲由于水电和水资源的开发程度已经非常高,所以,欧洲的水电普遍具有非常好的调峰性能。目前,很多欧洲国家的电网之所以能够较大规模的吸纳风能、光伏等间歇性的可再生能源,主要是得益于有水电(跨国界)的调节。根据我国的王浩院士披露,欧洲的水资源开发程度已经非常高,其库容系数(即河流径流量与水库蓄水能力之比)已经超过0.9,美国的库容系数也达到了0.66。而我国的水电和水资源开发程度一直严重滞后,经过最近多年的努力,我们虽然已经有了较大的发展,但是水资源的调节能力即库容系数目前也仅为0.3。库容系数的高低,不仅是我们防涝抗旱调控水资源能力的体现,同时也是水电调峰能力的体现。所以,目前我国水电的调峰作用,还不能得到很好的体现。不过,随着我国水电开发程度的提高,这一问题将会逐步得到解决。

需要进一步说明的是,一般来说各国的能源革命的进程是分阶段的。首先第一步是用低碳能源取代高碳能源(去煤化),而接下来的能源革命,还必须要用无碳能源取代低碳能源(去碳化)。因此很显然,用燃气发电调峰(只属于低碳取代高碳的能源革命初级阶段的产物),不可能满足人类长期的可持续发展。而最终,只有实现用最优质的可再生能源(水电),为风能、光伏等间歇性的可再生能源调峰,才有可能真正实现巴黎协定所要求的"净零排放"目标和人类社会的长期可持续发展。然而,有些令人遗憾的是,与我们人类社会的能源需求相比,全球的水能资源的总量是非常有限的,似乎难以承担起这一重任。不过,我们也不用担心,水电大家庭中还有一个新兴的抽水蓄能家族,完全可以帮助人类解决好这种蓄能和调峰难题[3]。

用抽水蓄能担负电网的调峰,是与燃气和常规水电的调峰完全不同的双向调峰。集储能和调峰作用于一身的抽水蓄能,由于可以不受流域来水量的局限,理论上可以满足任何风能和光伏发电的调峰需求。事实上,当今的世界也正是由于有了各种抽水蓄能水电站的参与,我们全球的可再生能源,才有可能发展到今天的利用水平。

3、水电是能源革命的主力军,抽水蓄能是保障

从2015年的世界水电大会上,我们得知目前世界上70%的可再生能源来自水电。为什么结果会是这样?因为通过前面的分析,我们知道水电不仅自身就是非常成熟、非常重要的可再生能源,而且还是其它可再生能源入网的一种保障。不发展好水电(包括抽水蓄能),其它非水的可再生能源都不可能得到很好的发展。据预测今后30年,全球的水电至少还将要增加一倍。特别要强调的是,今后世界电力需求的增长,主要是在发展中国家。而这些国家经济能力,也适合优先发展技术成熟的水电。同时,世界各国水电资源的可开发潜力,也主要集中在这些发展中国家。我国的情况也是如此。

目前,很多人都认为,我国所剩的可开发水电资源已经不多了,水电的增长空间已经不大了。其实不然,别看我们可供建设的水电新站点已经不多了,但是,我国的水电的作用还有着巨大的上升空间。根据我国最新颁布的水电十三五规划,我国已初步探明的可开发的水能资源量有3万亿千瓦时/年,而目前我们的水电年发电量仅仅才刚过1万亿。按照欧美国家水电开发程度达到80%到90%的水平估算,我国水电发电量至少还应该有1.5倍的上升空间。

有人可能要问,既然我国未开发的水电站点已经不多了,为什么水电发电量还会有如此巨大的上升空间?首先这是因为我国在建的水电工程量巨大,很多水电工程虽然已经开建,但其作用还没有得到发挥。其次,在我国目前在建和待建的水电工程中,很多都是具有重要调节作用的龙头水电站,往往具有巨大的补偿发电效益。例如,规划中的我国的龙盘水电站,虽然该电站本身的年发电量只有500多亿,但它建成后带给下游一系列水电站所能增加的补偿发电量,将远远超过其自身的发电。理论上估算,我国的常规水电的发电量,将能够满足我国电力需求最高峰时期的20%左右。因此,可以令人欣慰的是,未来我国水电在电网中的比重,不仅不会下降,而且还要高于目前的17%。

进一步定量的分析,按照我国"十三五规划"最新公布的数据,我国的水能资源可开发的资源量约为3万亿KWh/年。即便我们最终只开发利用国际上发达国家通常的80%、90%的开发程度,我们的水电至少也应该再持续增长20年,最终要比现在翻翻一番达到2.5万亿KWh/年以上。同时,如果我国的水电包括抽水蓄能充分发展了(或者化学储能技术有了重大突破)之后,风力发电的作用也会更好的发挥出来。保守的估计未来风能发电的总量至少应该与水电相当,甚至还有可能超过水电。

设想,如果我国的风电的装机最终能达到十五亿(超过目前的火电装机),那么我国风能的总发电量也将达到,甚至超过水电的水平。所以我们说风能(在解决了储能难题之后)是能源革命的第二梯队。但最,从全球的总体情况来看,风能、水能的资源总量还是难以满足整个社会的能源需求的。按照资源储量来看,最终能完全解决人类能源需求的,只有太阳能的直接开发利用。因为,太阳能的资源总量足够大,所以我们说,太阳能才是能源革命的决胜力量。

总之,根据当前全球的能源资源禀赋和发展现实,我们可以毫不夸张的说:水电是当前能源革命的主力军;风能是能源革命的第二梯队;太阳能将是能源革命的决胜力量。不过,在上述这三条结论中,第二条、第三条结论都是需要解决了大规模储能的难题后才能成立。所以,目前只有水电是能源革命的主力军是最明确的结论[4]。不仅如此,在我们人类的化学储能技术还不能取得重大突破的情况下,一方面我们常规水电还有着巨大的发展空间,另一方面,我们水电家族中的抽水蓄能,还必须要担负起人类社会最终向无碳能源过渡的保障重任。因此,我们非常有必要强调:不仅水电是能革命的主力军,而且,水电产业中抽水蓄能,更是我们能源革命和电力转型成败的关键所在。

4、我国抽水蓄能发展的机遇和挑战

抽水蓄能的健康发展对于我国的能源革命电力转型的重要意义是不言而喻的,根据我国新颁布的"十三五"电力规划,到2020年,我国非化石能源发电装机将达到7.7亿千瓦左右,占比约39%,提高4个百分点,发电量占比提高到31%;汽电装机增加5000万千瓦,达到1.1亿千瓦以上,占比超过5%。

我们注意到,十三五规划中还特别加速了抽水蓄能电站的建设,要求十三五期间新开工的抽水蓄能,要达到6000万千瓦。要知道"十二五"国家规划开工的水电项目是,常规水电1.2亿,抽水蓄能4000万。不过由于电力产能的过剩,这些任务都是只完成了一半。根据这一现实,十三五的新规划,已经把常规水电的性开工规模,相应减少了一半。但同样是在种规划有一半未完成的情况下,国家却把抽水蓄能电站开工的规模,增加了50%。

为什么在明知道上一个五年计划未能完成任务的情况下,还非要增加抽水蓄能呢?因为,根据测算,可以非常清楚的发现,如果我们要保障十三五规划的各种非化石能源都能正常入网,并发挥好作用,就必须要加大我国抽水蓄能的建设力度。

不过,还需要说明的是,国家制定出的规划,只能说表明了国家对发展抽水蓄能的科学预测和支持态度,但是,最终这个发展规划,能否得到落实,我国的抽水蓄能事业能不能按规划健康有序地发展,在很大程度上还要取决于我们整个电力行业能否健康有序的发展。

在我国的十二五规划中,就曾要求新开工抽水蓄能电站4000万千瓦,但实际上我们只完成了一半。表面上看,这似乎是我们的电力规划的制定水平还不够高,所以,才预测得不够准确。但其实不然,按照我们十二五电力行业风能和光伏的发展速度,我们确实需要建设那么多的抽水蓄能。然而,由于同期我们煤电出现了超常规的快速发展。为了让严重的过剩煤电,也能多一点生存的空间,所以,我们不得不让大量的煤电机组为风能和光伏调峰。尽管,这种用煤电调峰的效率极低、浪费极大,但是,为了让已经建成的煤电厂能生存下去,我们常常不得不这样做。

有专家预测,若只用煤电调峰,每发展10% 的非水可再生能源,就需要建设有90%的煤电配套为其调峰。稍有科学常识的人都会发现,如果真是按照这种思路发展我们的非水可再生能源,那么我们的能源结构非但不会好转,反而还要进一步恶化。由此可见,用煤电调峰只能是煤电在退出的过程中的过度和权宜之计,否则,发展煤电调峰,将明显的违背能源革命的去煤化、去碳化的发展方向。

然而,目前的现实当中我们确实有不少地方,正把用90%的煤电来为10%的非水可再生能源调峰,作为煤电产能过剩的理由。出现这种情况的原因,不是我们的能源发展规划不科学(否则,国家也不会规划如此之多的抽水蓄能),而是由于我们已经出现了严重的煤电产能过剩,且积重难返,因而,我们无奈的一种选择。客观的讲,现实根本就不是我们的非水可再生能源需要煤电来为其调峰,而是我们严重过剩的煤电,需要有这样一个继续存在的理由和能够勉强活下去的机会。

当前的现实,对我们电力行业来说确实是一个非常困难的阶段。如果是在我们还没有出现大量过剩的煤电之前,我们毫无疑问可以做到科学合理的选择大力发展抽水蓄能。例如,我们的十二五,就曾规划通过大力发展抽水蓄能,解决非水可再生能源的调峰上网问题,推进能源革命。但是当我们已经出现了大量的过剩煤电的时候,是把过剩的煤电关停、封存起来好?还是让所有的的煤电都大幅度的降低运行时间和效率,勉强存活从而担负起为非水可再生发电调峰的任务更好些呢?这确实已经成了现实当中一个难以抉择的难题[5]。

从眼前来看,让已经建成的过剩煤电,靠调峰发电的机会勉强生存下去的经济损失似乎会小一些。但若从长远看,用煤电承担调峰功能,无论从哪一方面看,都不会是明智的选择。即便是对煤电进行灵活性的改造,也难以克服煤电固有启闭不灵活的调峰缺陷。根据各种发电能源的特点,科学上的结论已经非常明确,煤电无论怎么改造,其调峰作用也不可能会达到汽电的水平;更不要说达到常规水电的水平;当然就更无法与抽水蓄能相提并论了。

5、煤电去产能是发展抽水蓄能和推进能源革命的当务之急

不言而喻,煤电灵活性的改造,让过剩的煤电有能力多承担一些调峰任务,虽然可以暂时的缓解一些目前煤电的产能严重过剩的矛盾,但是,对于我国能源结构调整和需要加速发展的调峰电源,无论是水电、汽电,还是抽水蓄能,都将是一个巨大的冲击。实际上,我国十二五规划的抽水蓄能目标,之所以没能实现,可以说就是由煤电产能严重过剩的造成的。不难设想,如果我们的电网中没有二、三亿过剩的煤电,为非水可再生能源调峰,我们如还不完成十二五的抽水蓄能规划的话,我们的电网可能根本就支撑不下来。反之,当我们已经有了二、三亿过剩的煤电,要靠给非水可再生能源调峰来生存,我们的电网当然没有再建设那么多抽水蓄能的必要和积极性了。这就是我们当前不得不面对的现实。

然而,尽管现实是残酷的,但我们能源革命电力转型的去煤化、去碳化大方向、大趋势,却不可能会因为我们已经建设了过多的煤电站而改变。所以,我们的十三五电力规划,仍然要求我们加大抽水蓄能的建设力度。因为,我国理想的电力构成应该是,煤电的装机与市场的容量相匹配,能让绝大部分煤电能按照其固有的特性尽量保持基荷运行。同时,系统中配置足够的汽电、水电和抽水蓄能,它们不仅为非水可再生能源调峰,同时也为煤电调峰。其实,这也就是我们的十三五规划之所以要大力发展抽水蓄能的初衷。反之,如果我们煤电去产能的问题不解决好,那么我国十三五开工6000万抽水蓄能和增加5000万燃气发电的规划,很可能仍然会与十二五一样,受到巨大的挑战。

非常令人欣慰的是,李克强总理在今年的政府工作报告中,已经明确提出了要防止和化解煤电产能过剩的风险,确定了煤电去产能5000万千瓦的目标[6]。尽管在李总理的工作报告之前,我们的媒体上似乎根本就看不到"煤电要去产能"的表述。因此,我们有理由认为今年的政府工作报告,已经释放出了一个积极推进我国能源革命电力转型,和加速电力行业供给侧改革的重要信号。要知道,对于我国抽水蓄能的发展和能源革命电力转型的推进来说,煤电要去产能,绝对是一个最重大的利好。

结语

尽管在科学技术方面,我国的抽水蓄能还需要在选点、规划、设计、制造、建设和运行等方面,开展深入的研究探索,不断地提高我国抽水蓄能的建设水平和调峰运行能力,以保证抽水蓄能仍然能是我们最成熟、最有效、最经济的调峰储能方式。然而,在当前我们的化学储能技术没有出现重大突破之前,抽水蓄能的发展与我们(以去煤化、去碳化为标志)的能源革命将相辅相成的互为因果关系。

事实很清楚,如果我们的抽水蓄能不能很好的发展,我国去煤化、去碳化的能源革命就不可能顺利实现;反之亦然,如果去煤化、去碳化的能源革命不能积极推进,我们的抽水蓄能事业也难以得到正常的发展。这也就是我们当前正面临着的现实和重任。

总之,应该看到,抽水蓄能的发展是我国能源革命电力转型的方向、标志和象征。我们每一位抽水蓄能的开发、建设者,都肩负着光荣、艰巨的历史使命。一方面,我们需要在建设抽水蓄能电站的科学技术上不断地探索、提高;另一方面,我们还必须要为推进我国的能源革命电力转型而大声疾呼、努力奋斗。我们应该坚信:能源革命已经势不可挡,抽水蓄能必将方兴未艾。

参考文献:

[1]冯迪凡. 全球气候协议达成 中国加速低碳转型[N]. 第一财经日报,2015-12-14(A01).

[2]于欢. 2016国际能源变革论坛再结硕果[N]. 中国能源报,2016-11-07(001).

[3]王婷婷,邱彬如,靳亚东. 应积极鼓励支持抽水蓄能电站的发展[J]. 水力发电学报,2010,29(01):62-65+37.    

[4]张博庭. 水电是能源革命的主力军[N]. 中国能源报,2016-07-11(011).

[5] 张博庭 电力产能过剩的深层次原因是能源结构恶化[J] 中国经济周刊2015-32

(责任编辑 刘阳 )
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