中国工程院院士、清华大学原副校长、北京能源与环境学会名誉会长倪维斗表示,比起退煤减煤,更重要的是更加快速地提高发电效率,在保障供应的同时减少煤炭使用量。


电力是能源转型的关键,随着“双碳”目标的提出和推进,建设新型电力系统的压力不断增加。这一过程中,不仅是将电源从煤电为主转向以可再生能源为主,还涉及提高发电效率、储能、电网改造、数字化等一系列复杂转型改造。


11月3日,国家发展改革委、国家能源局印发《全国煤电机组改造升级实施方案》提出,供电煤耗在300克标准煤/千瓦时以上的煤电机组要么“加快实施节能改造”,要么“组逐步淘汰关停”。按特定要求新建的煤电机组,原则上都需要采用超超临界且供电煤耗低于270克标准煤/千瓦时的机组。


中国工程院院士、清华大学原副校长、北京能源与环境学会名誉会长倪维斗在接受21世纪经济报道专访时表示,当前电力转型的重中之重,一方面是尽快提高煤电效率减少耗煤量,另一方面则应尽快摸清风电、光伏发电等快速发展的新能源的环境影响,避免不必要的环境损害。


他表示,近些年电力领域新技术不断涌现,但大多还未形成产业化发展。这需要政策支持,也需要大型电力企业提高自身的改造积极性。






电力转型先要提高煤电效率



《21世纪》:电力行业是能源改革的重点,近年来我国积极推进电力低碳转型,加强对燃煤发电机组的管理对转型十分重要,目前在煤电方面的工作重点是什么?

倪维斗:电力转型面临的挑战,我认为目前来看并不是该怎么将煤电关停,第一要务是需要大幅提高煤电的效率。目前我们还有很多30万千瓦及以下的小容量机组,效率是不高的,如果在这方面好好下功夫的话,也可以大量减少煤的使用。


根据国家统计局发布的数据,2020年,全国发电量77790.6亿千瓦时。其中,火电发电量53302.5亿千瓦时。现在100万千瓦及以上的大功率煤电机组,我们已经可以做到供电煤耗量在270余克标准煤/千瓦时的水平,相比同等机组300克标准煤/千瓦时左右的量,每度电能减少30克耗煤量。根据国家能源局公布的数据,全国6000千瓦及以上电厂供电标准煤耗已达到305.5克。由此减少的相应的二氧化碳排放量大约10亿吨左右。


虽然我国大型发电站的发电效率已经提到了相当高的水平,但中小型的机组还有很大效率提升空间。以全球发电效率最高、最清洁环保、单位发电煤耗最低的发电厂之一——上海高桥第三发电厂为例,在2013年就实现了276克标准煤/千瓦时的年平均供电煤耗。而国家煤电示范工程安徽淮北平山电厂的135万千瓦机组,其发电数据能达到251克标准煤/千瓦时,效率能达到46%。


目前我国至少30万千瓦上下的中等机组大概有4.5亿千瓦装机容量,还有大量5万千瓦左右的小型电站和中石化、中石油等自备电厂,效率相对来说都可以大大提高。


不论大中小型的电厂,在效率提高上都还大有潜力可挖,要大幅度、大面积、大规模降低现有电厂的煤耗或者提高效率。如果每度电能降低几十克的煤耗,将对二氧化碳的减排非常有利。在这件事上国家应该有统一的规划,用先进技术来改造亚临界的技术,实现“提温不提压”的技术措施。


除此之外,降低负荷和调峰,也是今后至少10到20年内需要重视的方面,因为煤电将来可能转变成给波动性较大的可再生能源调峰的角色。低负荷运行达到20%对煤电机组发挥调峰功能有很大益处,煤电机组改造后最重要的就是低负荷稳定高效运行。目前,许多机组无法调峰的主要原因正是无法低负荷运行。一般电厂达到50%以下运行就不太稳定了,需要使用喷油助燃等方法,这会耗费高价的燃油。这方面已经有了成功经验,比如徐州铜山电厂三号机组在改造后就能够在20%的负荷内稳定运行,且效率基本没有像超临界大型机组一样大幅度降低。



《21世纪》:在最近几年的能源转型过程中,可再生能源在装机量、价格等方面都已经取得了相当可观的成果,这方面还有哪些问题?

倪维斗:可再生能源这几年的确发展得很快,但是最大的问题是出力变动比较大、不稳定。从地球物理和化学的角度来说,可再生能源的发电情况很大程度上取决于是否有风、有太阳等自然条件,间歇性较大。虽然最近几年我国可再生能源发展得很快,但是要按照此前我校李政教授研究团队的研究结果来看,用风电来替代煤电的话,发电量要成几十倍地增加。


目前,风电和光伏建设本身对生态环境也有一定影响。我支持风电的发展,但是几十倍地增加风电建设,很可能会对某些生态系统造成显著影响。比如鸟类迁移可能会受到影响,鸟类本身与森林虫害鼠类控制有关。可能会由此造成害虫变多、老鼠变多,又对其他生态系统产生影响。可以说,目前在风电光伏的生态影响这方面还没有研究透彻。


生态系统潜移默化的转变是需要引起重视的。1950年我刚来到北京时,冬天风很大很冷,现在北京冬天没以前那么冷了,风也相对减弱了,对于人来说可能相对舒服一些,但是对经过长时间形成的稳定的生态环境,还是有一定负面影响的。可再生能源的确要发展,但发展到什么程度还需要国家通过相关课题好好研究和分析,我们还需要多做地球生态、地球物理、地球化学方面的研究。



《21世纪》:在电力系统转型和替代的过程中,用电端也要适应转型,甚至要进行同步改造。从宏观角度来看,我们需要建立一个什么样的机制,来协同和调整发电端和用电端这两个环节?

倪维斗:电气化的发展是必然的,这是现代化标志之一。无论是生产活动、消费活动,还是提高生活舒适度都需要电。以前是电网来适应负荷需要,有多少负荷发多少电,但是随着发电活动本身的多样化,风电光伏间歇性较大,负荷本身也开始需要符合发电电网的需求,而不是只依靠电网的内部调节。比如电价调整,把峰谷电价的差距拉开,以鼓励人们避开高峰使用低谷电。


另外,从需求角度来看,我对电动车的发展寄予很大希望。汽车的电气化不仅能解决燃油排放问题,其巨大的需求量还能对整个社会起到“储能”作用。汽车充电时也能帮电网调峰。甚至以后在充完电后,其电池能在必要时给电网充电。


所以,消费端应该随着电网的限制来调节用电,发电多样化也要通过能源网络来满足整体的电量需求。同时,大型火电厂现在正努力做到低负荷运行,其他电源,比如核电站等,也需要做到低负荷运行和灵活调节。




大规模储能仍面临技术限制



《21世纪》:随着可再生能源的不断发展,储能的热度也不断升高。储能技术下一步该怎么走?有关部门应该怎么去布局?

倪维斗:储能现在挺热闹的,但目前真正能够达到大规模储能目的的也只有两种形式。


一种是抽水蓄能,从原理上没问题,我们已经积累了不少经验。但这一技术也有诸多限制,比如地势要有高低差,价钱高昂,推广比较困难。储能时用电动水泵把水抽至高处,效率大概有80%,水由高至低推动水轮机发电,又有效率损失。


另一种是压缩空气储能,原理是用再生能源发电将空气高压密封至储气罐中,需要时再推动汽轮机发电,效率也高。但要实现大规模储能,目前也需要面临压缩空气储存空间和投资的问题。曾经有项目想利用矿物开采后的地下空穴,但适合密封地下罐的并不多,同时效率也相对较低。主要是空气压缩产生的热能无法利用,储存到地下就会冷却。


锂电池等技术也是办法之一,电池种类多样,但是目前来看其发展也有局限,比如汽车锂电池价格昂贵,能量密度也不是很高,大概在123瓦时/公斤。而且量太小,几万、几十万千瓦量级的电化学储能现在技术上还无法实现。


总的来说,目前大规模储能仍然是个大问题。抽水蓄能已经有一定的发展,压缩空气储能我们才刚开始做,分布式储能还要想办法再突破。



《21世纪》:储能存在一定技术限制且成本高昂,那么是否可以从电网入手做一些适配性的改造,用以提高可再生能源的利用?日前,国家电网适应分布式新能源大规模接入的新型电力系统配电网综合试点建设在河北保定启动。这类试点应将研究重点放在哪些方面?

倪维斗:可再生能源发展要求需求端和发电端配合,低负荷运行的电厂现在也正在发展。自备电源方面,1500-1600千瓦的大型内燃机柴油机中国已有制造能力。可以是数个分布式中型的,1500千瓦左右的柴油机电站就能够快速响应电网需求。现在电厂改造和提高效率的需求,是国际上一些设备制造公司,甚至油气开采公司,都在关心的全球能源项目。


电网的有序改造建设,包括投资、人力、技术等多方面,我认为中国实际上已经具备了技术能力,比如上海外高桥第三方的电厂的那套技术。问题是五大电力公司在这方面积极性不高,甚至有些公司定了改造计划后,又因为地方政策变动没能完成。所以我希望政府在顶层设计上再给出更清晰的信号,单靠这些公司是很难做起来的。


电源接入电网,以前我们喜欢做几十万、上百万千瓦的大型工程,而分布式新能源接入的办法却是要做数万千瓦的小型工程,再通过计算机算法控制的方式让这些小容量接入互联合作,通过不断调整各个分布式内部小电站的启停和发电量来灵活控制。数字化优化的调节是完全可以做到的,若干个小电站随时可以启动,互相配合,不稳定性和间歇性都可以摊平。


当前新技术不断出现,但新技术产业化很难,要变成一个示范项目需要大量投资。

来源:21世纪经济报道官网

原文标题:专访清华大学原副校长、北京能源与环境学会名誉会长倪维斗院士:煤电提效潜力巨大,新能源多样化发展需政策支持