?周孝信院士：新型電力系統(tǒng)建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)及應(yīng)對措施

新型電力系統(tǒng)是實現(xiàn)“雙碳”目標的關(guān)鍵載體，也是新型能源體系的重要組成部分。圍繞新型電力系統(tǒng)建設(shè)，《南方能源觀察》專訪了中國科學(xué)院院士、中國電力科學(xué)研究院名譽院長周孝信。

在周孝信看來，新型電力系統(tǒng)具有高比例可再生能源和高比例電力電子設(shè)備兩個重要特征，這對電力系統(tǒng)提出了靈活性、韌性、穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟性五大方面的性能要求。提高系統(tǒng)靈活性以應(yīng)對相關(guān)挑戰(zhàn)，是當(dāng)前新型電力系統(tǒng)建設(shè)的迫切需要。

南方能源觀察：在您看來，目前新型電力系統(tǒng)建設(shè)面臨哪些挑戰(zhàn)？

周孝信：隨著風(fēng)電、光伏為代表的新能源不斷開發(fā)利用，可再生能源發(fā)電占比將大幅上升。無論是新能源發(fā)電并網(wǎng)，還是大規(guī)模遠距離外送，都將帶來電力電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用。這一背景下，為保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行，新型電力系統(tǒng)面臨靈活性、韌性、穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟性等5項性能要求和挑戰(zhàn)。

靈活性方面，以風(fēng)電、太陽能發(fā)電為主的電源具有較強的間歇性、波動性和隨機性，調(diào)節(jié)能力相對較弱，其大規(guī)模并網(wǎng)將顯著增加電力系統(tǒng)對靈活性資源的需求。源網(wǎng)荷儲協(xié)同配合，提高系統(tǒng)靈活性，是當(dāng)前新型電力系統(tǒng)建設(shè)的迫切需要。

韌性方面，風(fēng)力、太陽能、水力發(fā)電受天氣變化影響大，源側(cè)發(fā)電資源可控性降低將影響電力系統(tǒng)電力供應(yīng)快速恢復(fù)能力，在極端天氣多發(fā)頻發(fā)趨勢下，電力系統(tǒng)韌性提升需求也將日益迫切。

穩(wěn)定性方面，電力電子設(shè)備與傳統(tǒng)電磁變換裝備相比，抗擾動能力差，大量應(yīng)用將帶來電力系統(tǒng)低慣性、寬頻振蕩、電壓頻率不穩(wěn)定等問題。

可靠性方面，電力電子設(shè)備過載能力弱、抵御故障能力差及新能源發(fā)電不確定性，都將影響風(fēng)電、太陽能發(fā)電并網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)供電的可靠性。

經(jīng)濟性方面，為積極應(yīng)對新型電力系統(tǒng)建設(shè)面臨的上述問題，電力系統(tǒng)需新增部署儲能裝置、控制系統(tǒng)及其他設(shè)備，由此將帶來電力系統(tǒng)總成本增加，需建立有效疏導(dǎo)成本的市場機制。

南方能源觀察：要提高電力系統(tǒng)的靈活性和韌性，您認為需要的關(guān)鍵技術(shù)有哪些？

周孝信：一方面，需積極發(fā)展電化學(xué)、抽水、壓縮空氣等各類儲能，持續(xù)推動技術(shù)進步，高度重視并加強儲能安全性，突破長周期儲能關(guān)鍵核心技術(shù)，提高極端天氣下電力系統(tǒng)韌性；進一步提升儲能靈活調(diào)節(jié)能力，加強對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的支撐。另一方面，需深度挖掘電力系統(tǒng)存量靈活性資源，如負荷側(cè)調(diào)節(jié)資源、煤電靈活性改造等。

南方能源觀察：如何理解您提出的綜合能源生產(chǎn)發(fā)電單元（IEPU）設(shè)想？

周孝信：“雙碳”目標下，我國能源電力系統(tǒng)清潔低碳轉(zhuǎn)型任務(wù)艱巨，如何科學(xué)推進傳統(tǒng)煤電升級改造及有序退出、同時促進新能源消納，成為能源轉(zhuǎn)型路徑規(guī)劃和相關(guān)戰(zhàn)略制定的重要議題。我國目前在運行的燃煤發(fā)電裝機還比較多，若采用簡單關(guān)停方式處理，可能造成大規(guī)模存量資產(chǎn)閑置浪費，也不利于一定時期內(nèi)能源供應(yīng)平穩(wěn)過渡，需尋求合理手段推進煤電機組升級改造，并充分發(fā)揮其基礎(chǔ)性保障和調(diào)節(jié)作用。這是IEPU設(shè)想提出的出發(fā)點。

在IEPU中，將傳統(tǒng)燃煤發(fā)電與風(fēng)電、光伏發(fā)電結(jié)合，捕集燃煤發(fā)電排放的二氧化碳，采用風(fēng)電、光伏發(fā)電進行電解水制氫，最終利用二氧化碳與綠氫合成甲醇/甲烷等綠色燃料/原料。一方面，IEPU可以發(fā)揮煤電的基礎(chǔ)性保障和調(diào)節(jié)作用，充分利用電解制氫等裝置的可調(diào)節(jié)特性，為高比例新能源電力系統(tǒng)提供靈活性支撐；另一方面，IEPU所生產(chǎn)的氫氣及合成的甲烷、甲醇等產(chǎn)品可作為綠色燃料或化工原料產(chǎn)品，為化石能源替代提供一定的來源補充，也可作為未來新型電力系統(tǒng)的一種儲能介質(zhì)，在保證短期及中長期能源電力可靠供應(yīng)中發(fā)揮重要作用。

目前IPEU的發(fā)展受可再生能源制氫及各類技術(shù)經(jīng)濟性的制約。此外，這個設(shè)想的實現(xiàn)還需要體制機制的突破和創(chuàng)新，需要電力、化工等行業(yè)共同參與。

南方能源觀察：氫能正從工業(yè)領(lǐng)域走向能源領(lǐng)域，您認為未來氫能在新型電力系統(tǒng)中能夠發(fā)揮什么作用？其發(fā)展面臨什么挑戰(zhàn)？

周孝信：氫能是未來能源系統(tǒng)的重要組成部分。在我看來，未來一次能源消費結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢是“綠電替代+綠氫替代”，“綠電替代”即非化石能源發(fā)電逐步替代化石能源發(fā)電和部分非電利用；“綠氫替代”是指針對工業(yè)、交通等領(lǐng)域中綠電替代比較困難的情況，用綠氫替代化石燃料利用。

我國已正在大力推進“綠電替代”相關(guān)工作，“綠氫替代”目前初步開展了一些研究及工程示范。2022年3月印發(fā)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》明確了氫的能源屬性，目前氫能相關(guān)技術(shù)、設(shè)備、工業(yè)應(yīng)用場景仍在研究探索中，經(jīng)濟性問題也有待解決。

南方能源觀察：根據(jù)資源稟賦特點，您認為在建設(shè)新型電力系統(tǒng)過程中，南方區(qū)域的優(yōu)勢是什么？未來重點應(yīng)在哪些方面推進工作？

周孝信：近年來，南方電網(wǎng)大力加強電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，有力提升了電網(wǎng)安全穩(wěn)定性。在建設(shè)新型電力系統(tǒng)的過程中，南方區(qū)域的海上風(fēng)電、核電、天然氣發(fā)展均具有獨特優(yōu)勢。廣東在分布式能源建設(shè)上具有一定經(jīng)驗，未來可在這一方面繼續(xù)開展進一步的技術(shù)研究和工程實踐。另外，建議推進南方區(qū)域能源供應(yīng)的多元化發(fā)展，可考慮開展氫能示范工程，例如利用目前廣東海上風(fēng)電快速發(fā)展優(yōu)勢，探索海上風(fēng)電制氫應(yīng)用。在“綠電替代+綠氫替代”方面，多措并舉，為能源電力轉(zhuǎn)型提供支撐。（潘秋杏）