思想聚焦 首页 / 思想聚焦

刘吉臻院士:如何正确理解能源转型与新型电力系统?

信息来源:碳广角 发布时间:2023-09-28 浏览量:783

9月16日,2023全球能源转型高层论坛在北京举行。华北电力大学教授、中国工程院院士刘吉臻在论坛上作了《能源转型与新型电力系统》的主题报告。以下为报告实录。


刘吉臻:尊敬的各位专家、各位同仁,下午好!


这次参加我们这个“储能产学研融合发展论坛”,我觉得这个题目非常适宜!或者说储能现在在我们能源转型和新型电力系统构建的大背景之下,已经成为了全社会和全球各个国家一个非常活跃的领域。

会前我们也在积极交流,其实从我们国务院总理李强,到国家有关部门,从5月份以来,仅就储能产业的态势、发展的前景分析、面临的问题瓶颈以及对策,已经两次委托中国工程院来提供研究报告。

这两个报告也都是由我来主持的,第二个报告明天要交出,鉴于内部信息的考虑,所以我这不能把这些内容完全给大家做一个交流,但是从概念上来讲,我们构建新型电力系统,实现能源的转型,储能它究竟在其中是个什么定位?应该往哪个方向去发展?是不是按照现在这个状态,千军万马大家浩浩荡荡都在做储能行不行?风险在哪里?还有一个,新型电力系统实际上从技术层面究竟是个什么样子?

在介绍我的PPT内容前稍微多讲几句。在解决新型电力系统,特别是对于近来高比例的可再生能源风电光伏,是不是就以储能来应对?现在我经常听到社会上关于碳中和有两个解决方案,一个解决方案叫“风电、光伏加储能”,这将来就可以实现,还有一个解决方案是“不排斥化石能源,特别是煤炭,但是利用CCUS,烧煤导致二氧化碳排放,把它捕集、封存、利用不就没了吗!”“风电光伏随即波动,把它储起来在家里挂到网上不就行了吗?”我可以负责任地告诉大家:这都是外行的话,都是很不专业的概念,他不懂电是什么。

电力是电子的运动,速度是光速每秒30万公里,这是人类科技和工程领域带给人们生产生活发生根本变革的一个极大的创新。而这样一个系统,它也是物质转换从电源侧电荷的产生,到电荷不管以什么样的方式(光、热、做功)把它用掉,是在光速的速度下瞬间完成的,比如我们现在产生的声音、产生的灯光耗了能量,这个能量也可能是张家口的某个风机、北京某个燃机或者燃煤发电机,它瞬间的能量瞬间消纳,两清没了,就完成。为什么?电荷最大的缺点是什么?是难以大量的堆积,注意我说的,是“难以大量的堆积”,这就是储能。

有人说:你要不要这么悲观?我们现在手机用的不就是储能吗,还有这储、那储。我说:对,我期待把这个储能问题解决掉,但是“量变”和“质变”是哲学的基本概念。没辙的时候我就讲:水可以储吗?当然可以!矿泉水储水,水库储水,都可以储。但是从大禹治水开始,就拿最近北方出现的北京地区的洪水,储得了吗?储不了了,那就疏导、排洪、疏通。

所以对储能一定要有个清醒的认识,储能不是万能的,将来新型电力系统,能源转型以后的以新能源为主体的能源系统,储能要发挥作用,但是十分有限!真正解决问题的手段是什么?就是这个“源网荷”,我不大赞同讲“源网荷储”,面对“源网荷”,同时,“储”它本身,当你被充电的时候是个“荷”,放电的时候你就是个“源”,我认为“源网荷”就够了。“源网荷”这样一个电力系统,通过我们数字化、信息化,特别是智能化,叫“多源互补、源网协同、供需互动、灵活智能”这样一个动态的,都不知道怎么去平衡、运作的,来形成的系统那才是一个新型电力系统。

所以我这里先说了一下新型电力系统,关于新型电力系统,我们都知道几次工业革命带来能源革命,特别是第四次工业革命,因为第四次工业革命列出一堆,实际上它融合到一起是个整体,首先它有清洁能源、人工智能、机器人、量子信息、虚拟现实、生物技术等,这些东西才是我们将来新的工业革命带给我们的内涵。

当然,我们的现状,中国的能源现状和欧美国家没法比的,用一句话--我们仍然处在一个“煤基能源的时代”,和欧美相比落后了近70-80年,欧美的油气替代煤炭的能源革命已经完成,而我们现在不大可能完成这次能源革命,所以现在我们使用着全球二分之一以上的煤炭,占到全世界能源总消费量的四分之一,同时,我们也排放了近三分之一的二氧化碳。这是我们的国情。

有人讲,我们国家“富煤贫油少气”,我说:错了,我们落后了一个时代!美国、俄罗斯的煤炭比我们丰富了不知道多少倍!这个图是1776-2022年美国能源结构。第一次工业革命,1950年时美国的煤炭占多少?现在美国用的煤炭占比和它上个世纪50年代差不多,它的增量是什么?是石油、天然气。这些年来,现在美国主体是石油、天然气,后来发展核能,它是站在这样一个能源结构上实现“双碳”。再看看我们自己,我们到目前为止,煤炭在能源消费当中还是在50%以上。

因此,我们要面对我国的国情,大力推动化石能源清洁化、清洁能源规模化和多种能源综合化。特别是对煤炭,是我们很长时间依赖的能源品类,这不是感情问题,“双碳”不是七手八脚把煤炭干掉,包括党中央现在也大力地讲,一定要把煤炭这篇大文章做好。

所以这些年国家能源政策不断调整,更加务实,作为一个整体战略,特别是包括今年7月份深改领导小组二次会议,这里面再一次提出:“我们要深化电力体制改革,加快构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统,更好推动能源生产和消费革命,保障国家能源安全。”刚才各位领导也讲到了能源安全。现在我们把它称之为“能源转型的二十字方针”,这里特别强调了几点。

第一个强调“安全充裕”,是安全、充裕,而不是捉襟见肘,我们现在整体能源供给能力建设不错,但时不时就出事了,今年夏天部分地区缺电,保供很困难。哪怕一个小时,你也必须得充裕。第二个强调了“经济高效”,谈技术的时候不要扔掉经济性,现在这个社会上一会儿氢能,一会儿储能,一会儿这,一会儿那,一会儿CCUS,我说你算算经济账再说,火电厂能不能全面配上CCUS?现在一千多、两千的煤价,全国有80%的火电厂是在亏损的情况下。还有人说CCUS,我说煤价再翻一倍能行吗?这不是胡说八道嘛。所以为什么我们讲“技术经济”?抛开经济谈技术,那叫胡扯。所以我们必须考虑供需协同,而发展的方向是“灵活智能”。

今天的主题是储能,我会前稍微把PPT改了改,我们大家可以看看储能,大家不要误解我:刘院士好像对储能有意见?丝毫不对,不是这样的,我们是叫产学研融合,让储能走在正确的道路上,发挥应有的作用,就像下一盘象棋一样,不是不喜欢“車、马、炮”,而是很好地把它调遣好、派上用场,把这盘棋赢了,这才是我们所需要的。所以整体储能是篇大文章,有着很大的前景,我们梦想安全、高效、经济这样的储能技术,如果我们攻克的话,那我们实现这个能源转型、“双碳”目标就非常理想。

从全球来看,2022年投运储能项目规模已达到2.4亿千瓦(这个2.4亿千瓦我也没考证这个数,究竟包括了什么?咱们之后再说)。新增规模3000万,比2021年翻一番,重点是中国、欧洲、美国新增规模占比分别为36%、26%、24%,说明发展态势不错。但是为什么要谈新型储能?就是传统的储能不算。比如我们抽水蓄能,这不应该列入新型储能。

我们重点看电化学储能,电化学储能目前是增长的主体,2022年全世界电化学储能的装机达到4500万千瓦,增长率达到80%,其中锂电池占主导地位。这个数大不大啊?我觉得微不足道!你知道世界装机是多少、电量是多少,看起来好像这个数字很大,其实是处于萌芽状态,尤其是在电力系统当中,在大规模新能源消纳的过程当中,新型储能基本上没有发挥什么显著的作用,中央报告里就这样显示的,相当于长江水弄了几个装矿泉水桶的,没有起到什么作用。将来能起多大作用且再说,将来这些储能可以装在哪里?可以装在源侧。

比如国家的政策说“风光配储”,我也老批他们,我说:配它干什么?这不是瞎胡闹么,如果2块钱,储起来花1块钱,你算过这个账吗?网侧说建储能电站,建它干什么?要调峰。调多长时间?有多大本事?

我考察不下5个这样的调峰电站,我说你把这几个月调峰电站运行的数据调出来,它调不出来,有的很尴尬,基本没用,用的话也解决不了什么问题,不用可能也对。现在从世界范围内来看,特别是欧盟国家,两个地方用得比较多,一个是用户侧,因为像美国,我们可能储能好多出口,在美国出口不错,它电价是市场价,有的甚至相差十倍甚至百倍的电价差,就是在极端的电价情况下电价飙涨。这时有些用户,比如有一个大商场,它有很多空地,就建几千瓦时的储能电站,在提高电价的时候我不用你的,我用我的储能电站,坚持过这24小时、8小时,它有回报、便宜、商业化。

还有一些分布式的屋顶光伏,配上储能以后成为自己的一个相对稳定的供电系统。所以在需求侧的应用要远远好于在网侧和源侧。这样的一些问题,有时候我们调研可能也不够,一股脑地凭概念出发,“风光配储”这个路径肯定不是一个正确的路径。这个微量分布到世界各国真是微不足道。

新型电力系统的建设,包括现在的沙戈荒滩等等,是不是一定要依赖于更大规模的新型储能?根本没有论证!我在好几个场合讲过:你论证过吗?投资多大?运营成本多高?这都有待于我们深入探讨。因为论坛嘛,咱们讨论点问题,哪怕我们也没有给出答案。

所以我们国家现在一共是新型储能870万千瓦,整个储能1805万千瓦时,这当中当然是锂电池占了绝对的优势。从技术路线和造价来看,这里有这么一些数据,这还不是关键,我们看到它的成本造价也会随着技术的成熟逐步有所下降。这是刚才我谈到的,我们首先从近期、长期、远期来看,一定要把储能的定位搞清楚。

首先,我们希望储能能够促进新能源的大规模开发和消纳,以沙戈荒基地为例,现在“新能源配火电、配抽蓄”,这样必要的电化学储能配比是需要的,但是要搞清楚配多少、怎么用。第二个是支撑电网的安全稳定运行,谈到电网的安全稳定性,这是天大的事情。

我们在一些场景谈过,电网的安全稳定,储能能够发挥什么作用,特别是近期以来,我们做了这方面的实际研究和应用,比如在宁夏的电厂搞了一个1.24兆瓦的飞轮储,用来干什么?用来解决火电机组一次调频能力不足的问题,这个系统投入之后,运行快2年了,第一,有效解决这个厂原来一次调频考核不合格的问题,由亏损变成了盈利,而且短短3年左右就可以全部收回投资,我们没有想到一个小小的飞轮能够发挥如此大的作用,我把它比喻成什么呢?就像治病一样,对症下药!他刚好有这个病,不是买了特别贵的药,就是这个药上去以后,把这个病治好了。所以现在又在扩大规模,进一步把它在别的几个厂做得更大。

昨天打电话,说我们这个项目评奖刚刚获得一等奖,还没评完呢,说排名第一,大家高度赞扬。说明这个东西有用:经济性、可靠性、有成效!所以任何技术必须是这样去做。再一个是保障用户灵活高效的用电。

新型储能发展技术从技术需求来看,我们应用的场景、储能规模、储能时长以及应用地区,这些都要搞清楚。然后就是对于其他各类技术,因为储能是个家族,大家一定要知道,一说储能,刚才说到抽蓄、飞轮、压缩空气,甚至储热、制氢、生物质燃料等等,穷尽这些技术有效加以融合,在电化学储能中除了锂离子电池、液流等等,动电池和电力基储能要求应该不一样,放在车上的电池要求体积小、能量密度高,要是放在沙戈荒里的储能箱子,要求价格合理、安全可靠、不要着火,你体积大就大,这有的是空间,所以这是技术路线的选择。

我们要对新型储能技术举行示范工程,实践出真知,只有在工程示范的过程当中,才有可能发现问题、解决问题,而不是凭空来坐而论道。这当中,我们始终坚持产学研用一体化,一定要把技术攻关解决重大难题放在首位,核心还是要围绕着低成本、高安全和规模化。

关于新型电力系统,我这由于时间关系,就不多给大家介绍了。把储能放在我们这个新型电力系统里,有两个问题:第一个是放在哪里?“源”“荷”“网”三个地方往哪里放?第二个,储能的品类,电化学、抽蓄、压缩空气、飞轮等等纵横交错。那么核心要素是两条,一是安全性,二是经济性,要是把这几点抓住,我们的工作就是有成效的,就会取得刚才说到的“二十字方针”--清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能。最后新型电力系统就是结构新,它形态是革命性的,同时,从它的感知、检测、控制、运行都必然走向全面的智能化和信息化。