转型背景下亚太能源可持续供应路径探索

  在2022亚太电协CEO会议的“高端对话”环节，来自亚太地区的能源电力企业高层、行业专家围绕电力绿色低碳转型背景下，如何加强电力相互连通，提供安全、可靠、可持续的电力供应展开深度探讨，形成了一场凝聚不同视角的头脑风暴。该环节由德国国家工程院院士、天府永兴实验室首席科学家雷主持，中国工程院院士郭剑波、中国电力建设集团有限公司副总经济师杨义生、华为技术有限公司电力数字化军团CEO孙福友、中国国家发展和改革委员会宏观经济研究院能源研究所中国能源转型项目首席国际专家单国瑞、日本可再次生产的能源研究院高级研究员木村诚一郎等嘉宾针对新能源占比不断的提高所带来的挑战，提出了加快储能发展、加强电力相互连通、促进电力与数字技术融合等建议。

  雷：随着“双碳”目标逐步落实，新能源比例逐渐提高，电力系统将发生深刻变化。新型电力系统对支撑电力领域绿色低碳转型有何重要意义？

  郭剑波：新型电力系统提出后，各方都在深入研究，其准确定义还未得到统一认可。但毫无疑问，绿色低碳是其显著特征，或者说支撑能源绿色转型是其重要使命。近期，中国工程院提出“789”的愿景，“7”是电力在终端能源消费占比达到70%，“8”是非化石能源消费在一次能源消费的占比达到80%，“9”是非化石能源发电在非化石能源消费的占比超过90%。由此可见，清洁低碳转型主要是通过提高电能在整个能流图当中的占比来实现。此外，随着电力在终端能源消费占比的提高，各行各业实现低碳和脱碳都把电气化作为重要路径，电力将和交通、建筑等行业深层次地融合，构建新型电力系统将承载社会转型的部分功能。在构建新型电力系统的过程中，我们面临的挑战主要有三方面：

  第一是新能源的随机性、波动性带来的充裕性挑战。在转型过程中要处理好社会公平、可持续发展、能源安全之间的关系，其中怎么样应对新能源间歇性、随机性、波动性特点，是转型面临的核心命题之一。尤其是长时储能技术没有实现突破之前，新能源长时间低出力给电力保供带来了很大压力，像美国得州、国内四川都经历过这方面挑战。

  第二是新能源挤占常规能源发电空间，高出力、高占比新能源带来的安全性挑战，如英国“8·9”事故，澳大利亚“9·28”事故。

  第三是市场机制设计的挑战。新能源低运行边际成本和高系统成本给市场参与方利益分配和责、权、利分配带来非常大的挑战。当前，世界面临应对气候平均状态随时间的变化、极端天气频发、能源价格持续上涨等黑天鹅事件，如何稳定传统电源投资者的预期，还要实现传统能源逐步、有序退出，对于政策引导和机制设计是很大的考验。

  杨义生：新型电力系统意义重大、特征繁多、挑战空前。第一，新型电力系统的意义有三个维度——助力推进“双碳”目标，保障能源独立、落实强国战略，有利于实现联合国2030年可持续发展目标。

  第二，新型电力系统的新特征繁多——电源侧以新能源为主，应用多能互补，实现电能转换多样化；电网侧将实现电网智能化，电网在调峰、调频、调压方面将增强能力建设；在需求侧，应能能源分布式管理，实现负荷场景多元化。

  第三，新型电力系统要应对源自高比例、波动性、间歇性新能源的挑战，比如中国电建提出水风光综合利用与开发，在规划电站或者已有电站的基础上，以水电站的电量为基荷，打造更多风光电站，提高使用效率。另外要全力发展抽水蓄能，该技术安全高效、规模大、绿色低碳，便于实现调节的功能，还有助于乡村振兴，可以在抽水蓄能电站附近开发康养或旅游项目，好处颇多。

  雷：在全球绿色低碳转型的路上需要构建人类命运共同体，单个国家无法独善其身，现在世界上部分国家正面临着能源危机。能源危机中，我们要如何保障国家能源安全？另外要如何兼顾可再次生产的能源发展和系统整体安全？

  木村诚一郎：为克服能源危机，也为了推广可再次生产的能源，我和日本可再次生产的能源研究所相信主要有三个途径：第一，现在新能源的成本已经极大地降低，通过现有的成本优势，能更好更快地推广可再生资源；第二，建设输电网络，直接将电力输送到有需求的地方；第三，打造分散化的需求，比如更多的充电网络，利用氢能辅助建设这一架构。

  我认为，输电线路的投资是性价比最高的投资之一，同时有必要结合灵活的需求和电池储能，仅靠一项技术可能没办法抵消可再次生产的能源带来的波动性。

  单国瑞：首先是提高能源的效率，目前行业出现一个趋势，即从重工业向服务业转型，向更环保的行业转型，电力逐渐取代终端用户对化石燃料的使用，在欧洲和中国都出现了这种趋势。另外，我们有必要建立起良好的电力市场和碳定价机制，倒逼行业转型，实现碳中和目标。

  再来看能源安全，目前欧洲由于水电和核电供应有所减少，整体能源供应面临着极大挑战，市场变得更动荡，两年来能源价格不断上涨，天然气价格急剧攀升且巨幅波动，电力零售价格也变得异常波动。随市场价格不断上涨，需求在降低。在供应侧，太阳能、风能有明显的复苏态势，可以弥补一部分的能源短缺。当前，欧洲被迫使用更多的煤炭或天然气来弥补能源的不足。解决现在的能源危机，最好的办法是加快能源清洁革命，最终实现提供可负担、安全、绿色、低碳的能源目标。

  从需求侧看，虽然欧洲整体需求受影响，但是由于错峰电价机制的存在，出现了负荷的转移，比如在夜间电价比较低，太阳能价格也在不断走低，所以这在某些特定的程度上推动了需求的上涨。西方消费者对此积极关注，主动采取错峰用电措施，实现需求灵活性更好。从长久来看，欧洲可再次生产的能源占比是不断升高的，这有助于我们保障能源安全，即便我们面临一些短期的困境，可再次生产的能源占比升高是一个长期的趋势。

  雷：我在此分享一些欧洲能源转型的经验。欧洲能源转型有三个抓手：节能降碳促进循环经济，以清洁能源支撑的电气化，在难以用电完全替代的领域推进氢能替代，这些做法可以让我们借鉴。

  欧洲有全世界最大的同步电网，为了消纳新能源，欧洲还将继续加强电网建设。德国新能源在某些时段的电量超过50%，可以想像如果没有同步大电网，单独某一国家的电网很难支撑高比例新能源电力系统安全可靠运行。因此，加大电力相互连通，是欧洲能源转型给我们大家带来的第二个重要经验。

  第三，从市场机制来看，欧洲实行全欧电力市场，为新能源开发和消纳提供了有效的机制。以欧洲环北海地区为例，该地区风电资源丰富，风电开发潜力空间巨大，但大量风电开发后如何消纳是一个核心问题，通过电力市场的价格机制引导，附近的电力用户都能够在某些时候享受到低电价甚至负电价，以此来降低整体用能成本，催生了德国就地消纳的机制，这些经验都值得亚太地区能源转型借鉴参考。

  雷：欧洲国家虽然与我国国情不同，但是通过区域互联促进绿色转型的经验，对于东亚及西太平洋国家也有借鉴意义。电网互联对提高电力系统安全性和可靠性有哪些作用？

  郭剑波：众所周知，联网有错峰效益、互为备用效益、可靠性效益、经济效益等。2016~2017年中国弃风、弃光问题严重，我们通过一系列分析发现，通过联网实现互为备用、跨区交易、增大省间交易，能够减少40%的弃风、弃光率。除此以外还有一个手段与联网间接相关，即合理地分配新能源装机，优化装机布局能减少31%的弃风、弃光率。同时，联网还有保供应的作用。另外，将来随着新能源占比提高，地区间的能源构成不同，联网能发挥跨能源品种互济的作用，比如沿海地区核电资源丰富，西部风光资源丰富，互联能轻松实现两者之间的调节。但是，电力系统还面临一个非线性问题，即安全稳定性问题，在这个层面联网有益，也可能带来一些额外挑战。

  总之，加强联网是提高可再次生产的能源占比的有力举措。但与此同时，要有清晰的电网结构、合理的联网规模和均衡的运行方式，以及创新性的技术，克服联网对安全稳定方面可能带来的不足和挑战。

  雷：任何一次转型不能离开技术的进步甚至变革。数字化在能源转型和相互连通中将发挥什么作用？

  孙福友：数字技术的作用大多数表现在促进安全发展、绿色低碳、效率提升三个方面。第一是安全可靠性方面。新型电力系统具有以下几个显著特征：资源禀赋多样性、能源时空交换性、新能源带来的海量离散波动不可控制性。因此，数字技术在态势感知、广泛互联、数字孪生以及智能计算等方面的优势，可以极大助力电力系统保持实时动态平衡。需要非常强调的是，我们肯定要为行业中特定的场景选择正真适合的技术，技术选择既要考虑具体场景的可靠性、性能要求、性价比，也要综合具体技术的先进性、成本、开放性和可演进性等因素。因此，为场景选择正真适合的技术是关键，不可能以单个技术包打天下。

  第二是绿色低碳方面。首先在能源供给侧，数字化能提高风光自然资源预测的准确性，对高效并网、降低弃风弃光、提升消纳水平也有现实意义。消费侧随着数字化的加持，可以支撑化、水、冷、电、热综合能源服务，助力能源消费环节的节能减排。

  第三是帮企业降本增效，这点尤为直观。借助数字化的力量，电力企业未来势必呈现出三个典型趋势：一是集团层面平台化、专业化；二是业务集约化、集控化；三是海量现场生产场景无人化、少人化。但咱们不可以把无人化、少人化机械地理解为裁员，而是围绕企业的业务战略进行主动的人力资源优化布局，把节约的人力资源投入到新的业务场景。

  能源相互连通是必要的、迫切的，但本身落地执行又是很复杂的。它需要可落地执行的框架、市场机制，以及现代治理体系的支撑，数字化解决不了系统性和机制性的问题，但是能更好地加速相互连通的落地。

  雷：谈到技术的攻关和发展，我们既要关注研究方向、了解目前的技术水平，更要找到突破点，确定关键技术和开发路径。未来能源电力转型有哪些必然的发展的新趋势，面临哪些大的挑战？

  郭剑波：能源电力转型要处理好社会公平性、可持续发展性、安全性的问题。首先是保供问题，实际上我国这两年已然浮现了，保供应有两个层面，一是是否有能力，二是能否发挥出来，这其中有技术、市场和机制的复杂原因；另一个是促消纳问题，新能源消纳利用率在“十四五”乃至“十五五”期间是否延用过去“不低于95%”的要求有待商榷。个人觉得，我们应该的是更多绿色能源、清洁能源，而不是过度强调它的利用率。2030年碳达峰以后，保安全的问题将更为突出，电网的安全稳定是一个极为庞大而复杂的命题，有复杂的技术问题、还有体制机制问题，留给我们的时间相当紧迫。

  雷：众所周知，“新能源+储能”把波动性、间歇性抹平了以后，电力系统才能稳定安全运行。提及储能，大家第一时间想到电池，电池是电力储能的重要手段，但是电池储能只能解决小规模、小时级的问题，即电力系统频率稳定、频率调节问题。而抽水蓄能解决的是日间负荷平衡问题，或者说几天内的负荷平衡问题。但像德国、四川成都，一个星期甚至半个月没有光、不刮风是常态，由于天气原因新能源长期没有出力，这就给我们抛出了跨季储能的问题。跨季储能要实现在长期电力缺少的情况下支撑电力负荷平衡。电力系统最核心的是能量平衡，只有跨季储能的概念或手段落地以后，新型电力系统从小时级、跨日到跨季实现全时域平衡，这样才可以真正解决新型电力系统的安全稳定运行问题。

  欧洲十几年前就提出了跨季储能的概念，其核心就是把富余的可再生资源，制成氢或者转换成热等别的形式的能源。美国能源部在15年前也提出了未来能源转型战略，开发固体氧化物电池，未来能替代燃煤、燃油、燃气电站。当固体氧化物电池装机总量达到1个吉瓦之际，根据美国能源部白皮书公布的数据，它的成本接近燃煤电站，能轻松实现低成本的建设和运营。

  我国整个电力系统面临的重大挑战是，超高压输电系统、高压输电网络非常坚强，但是很多城市的配网存在“空心化”现象，即配网没有主动支撑电源。过去数年发生的自然灾害给电力系统带来的问题，比如冰灾，主要受损的是输电系统，而现在城市电力系统以电缆为主，电缆在地下正常情况下不会受自然灾害影响，但是如果配网输电线路出现故障，现在的配网没有能力给民生、给基本负荷提供电力，因为它是无源的。国外已经在探索建设有源的主动性配网电源。美国的固体氧化物电池就是分布式、主动式的电源，假定在一个城市里面，布置10兆瓦乃至100兆瓦的配网，未来即便出现重大自然灾害或者输电线出现故障，配电网也不会完全停电。所以，能源转型与相互连通是全方位的，除了路径以外，它还包含很多新的技术，一些技术甚至是颠覆性的，对电网的运行和建设都可能会产生重大的影响。

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