中國儲能網訊：2024年7月12日，由南方周末聯合西北工業(yè)大學管理學院主辦，西北工業(yè)大學新時代企業(yè)高質量發(fā)展研究中心、南方周末中國企業(yè)社會責任研究中心承辦的第三屆中國企業(yè)責任與高質量發(fā)展論壇在西安舉辦。本屆論壇以“科技引領 碳尋未來”為主題，與相關領域學者、機構代表、企業(yè)高管共話“雙碳”戰(zhàn)略下的企業(yè)高質量發(fā)展之道。
在當天論壇上，天津大學管理與經濟學部教授、博士生導師，國家社科重大項目首席專家解百臣以《儲能與特高壓驅動“雙碳”目標實現的創(chuàng)新路徑研究》為主題發(fā)表演講。以下為演講實錄：
解百臣（天津大學管理與經濟學部教授、博士生導師，國家社科重大項目首席專家）
在正式演講之前，大家考慮一個問題，我國能源領域有哪些重大工程？我們首先想到的是西電東送、西氣東輸，這些工程影響了能源領域創(chuàng)新的方方面面。那么我們國家在實現“雙碳”目標的過程中，主要驅動力是什么？我們肯定可以想到的必然有技術創(chuàng)新。無論是西氣東輸還是西電東送，這些工程中技術創(chuàng)新所起的作用，對“雙碳”目標實現會有怎樣的幫助？西氣東輸主要針對傳統(tǒng)的油氣資源。西電東送則直面我國“雙碳”目標的核心——提高清潔能源占比，或者說提高風電、光伏等可再生能源的比例。
我今天討論的內容更多從西電東送的角度進行，在此過程中，特高壓線路建設作用很大。清潔能源比例提高之后，跨區(qū)域的電力輸送又會面臨哪些挑戰(zhàn)，要從哪些方面進行突破？我們是否可以從已突破技術中探尋到可以借鑒的方案？基于這樣的思路，我從西電東送案例引入，結合“雙碳”目標，分析未來有望引領世界能源領域轉型的技術難題，國家正在布局的儲能技術的發(fā)展。
特高壓技術的發(fā)展是我國目前在世界上領先，其他國家競相學習，但不一定所有國家都適用的一種技術。西電東送主要建設了三個通道，核心目標是把西部地區(qū)能源、資源轉化為電力，輸送到電力需求旺盛的東部地區(qū)。建有“北、中、南三個通道”，北部通道包括新疆、內蒙古、陜西、寧夏等省區(qū)，向華北和華東地區(qū)輸電；中部通道由四川、重慶、湖北等省市向華中和華東輸電；南部通道則由云南、貴州、廣西等省區(qū)向廣東輸電。截至2023年底，全國已建成四十余項西電東送輸電工程，形成電力資源跨省跨區(qū)配置格局。
僅僅在國家電網經營區(qū)，每年有4500多億度電通過三萬多公里的特高壓線路，且這個數據一直處于更新和增長過程中。特高壓線路建設過程中，面臨越來越大的挑戰(zhàn)，由于間歇性能源占比越來越高，其不確定性給電網調度帶來越來越大的困難。如何突破這方面的制約就成為電網發(fā)展的重要掣肘，從今年電力裝機數據上看，裝機結構正在發(fā)生重大變化。發(fā)電能力上升，但電網消納能力并未同步提高。這種情況下，如何提高可再生能源發(fā)電量占比成為一個需要迫切解決的問題。2023年之前其發(fā)電量占比一直是穩(wěn)定增長或者基本平緩的態(tài)勢，2022年我們非火電占比30.6%，但2023年非但沒有上升，反而下降了0.2個百分點至30.4%。下降的原因很多，沒辦法解決電的存儲問題是其中重要的因素之一，所以需要儲能技術的發(fā)展，一是可持續(xù)發(fā)展的要求，二是“雙碳”目標的要求?！半p碳”目標每個國家提出的時間不一樣，發(fā)達國家普遍是2050年或更早，發(fā)展中國家稍微靠后一些，我們承諾2060年，印度是2070年。
“雙碳”目標的提出是一個不斷漸進的過程。近年來我們政策發(fā)布密度不斷加強，所采用的技術手段和市場手段、市場工具也在不斷豐富。在此過程中，我們越來越傾向于借助能源技術進步推動“雙碳”目標實現。其中特高壓和儲能技術，都是重要的技術手段。
儲能技術是我國目前重點布局的領域，我國從2021年開始，依托重點高校在全國建設了第一批三個、第二批四個儲能技術產教融合平臺，它主要解決從實驗室到市場轉化的“最后一公里”問題，投入的資金龐大。首批三所高校，每一個投入4.5億元。主要布局技術包括以下幾種類型：物理儲能、電化學儲能、電磁儲能、熱儲能和氫儲能。
現在儲能市場的發(fā)展非?？欤芸吹狡髽I(yè)數量在2021年到2023年增長了10倍。目前所分布的省份跟大家的主觀感受可能也略有區(qū)別。原來抽水儲能占到總儲能市場95%，但新增裝機目前已經只占一半左右，電化學儲能增長非?？臁膰野l(fā)布的儲能發(fā)展報告上可以看出，近年來增長速度達到80%。
可以看出，我國已經把儲能作為一個未來重要的技術突破口，并用于解決可再生能源的消納問題。現在主要在什么地方布局呢？并不是發(fā)達地區(qū)，反而是在電力不穩(wěn)定的西部地區(qū)建設比較多。儲能技術未來要往哪里突破，國家要到哪里布局，這是我們重點探討的問題。
要進一步開發(fā)儲能技術、確定布局的方向，除了剛才說的儲能產教融合平臺，還要解決的是研發(fā)方向問題，目前重點是在電化學儲能。鋰電池儲能技術已經比較成熟，從我參加天津大學幾次儲能中心的研討來看，目前公認的是納離子和半固態(tài)電池已經處于產業(yè)化的前夕，在市場上已經開展第二輪、第三輪融資。
如果要探討以前我國在哪些技術領域出現比較大的突破，特高壓可以給我們一些啟示。特高壓最初是中國的一個新生事物，最初國家特高壓建設是把西部地區(qū)煤電運出來，所以線路主要分布在陜西、山西、內蒙古。2011年后大力發(fā)展清潔能源，此時重點輸送的標的已經變成了清潔能源，例如青海建設了青豫特高壓，重點傳輸水電和光伏。當前，又把它和儲能基地的建設聯系在一起。發(fā)展特高壓的主要目標，就是從負荷與需求進行匹配的角度，跟我國能源結構轉型進程緊密聯系在一起，從特高壓電量傳輸比例上也可以看到清潔能源占我國總發(fā)電量比例是不斷提高的。
技術創(chuàng)新上，與特高壓緊密相關的企業(yè)技術研發(fā)速度、投入資金、上市公司的產值也是在不斷的增長的。世界上大部分國家并沒有發(fā)展特高壓，這既跟自己的資源稟賦有關，也跟國家的電力管理體制有關，美國、澳大利亞電網都分成了幾個區(qū)域，德國和日本國家的面積，不需要發(fā)展特高壓技術。
特高壓到底給我們帶來了多大的便利和影響？我們測算了一些數據，特高壓線路在提高可再生能源滲透率、減少碳排放的方面，確實做出了比較大的貢獻。但是目前，跨區(qū)域傳輸路線對碳排放的影響會隨著碳排放上限的降低而逐步減弱，同時會受到電源結構的影響而減弱。建設與不建設特高壓，我們做了不同的情景進行對比發(fā)現：區(qū)域間輸電線路顯著增加了電力市場的碳排放成本。電力市場和碳市場都是通過邊際成本進行省域間測算的。我們課題組開發(fā)的中國高精度電力市場均衡模型把全國的發(fā)電廠都作為了節(jié)點納入模型，考慮輸電線路由技術參數導致的傳輸容量限制，比如800千伏直流和1000千伏的交流線路，我們算出來傳輸容量上限之后，還考慮多條線路的疊加和交會計算出傳輸容量限制，最后建立了一個含有五千多個變量，一萬多個約束的規(guī)劃模型。分析是否建設特高壓所產生的影響，結果發(fā)現電價為谷價的時候影響更大、總體上并不利于清潔能源的傳輸比例的提高。
第二個結論，區(qū)域間輸電線路對于清潔電力的消納、減少碳排放影響有限，已經建好的線路并沒有按照特高壓線路的第二期規(guī)劃，把清潔能源從西部輸送到東部的既定目標進行。是否要施加進一步政策規(guī)制來提高清潔能源的傳輸比例就成了現在正在研究的課題。如果說將清潔能源管制的比例、在特高壓線路上傳輸比例提高到45%，政策的效果會大大提高。
第三個結論，對于中國電力工業(yè)排放的分布效應，有沒有改變清潔能源在區(qū)域之間的分布呢？我們把所有電廠按照裝機容量大小分成了10組。從曲線分布上來看，類似于環(huán)境經濟學中的庫茲涅茨曲線，差距最大的是中間這一段，從第3組開始到第9組均勻分布與累計分布中間的差距較大，所反映的含義是什么呢？這些電廠按照裝機容量給出來的碳排放和實際碳排放差距比較大，到了最后一組，差距變小。也就是說，政策規(guī)制之后，特大和小型電廠所受到的影響沒有那么大，未來如何引導電力市場競爭，就成為我們重點考慮的問題。目標是讓它更敏感，讓分布更均勻。
除了考慮碳市場，我們還考慮了綠電市場對跨區(qū)域傳輸交易的影響。在考慮了綠色證書、綠色電力市場以及輸電因素影響后，我們進一步豐富了電力市場均衡模型，既有區(qū)域均衡，又有全國均衡。在對電廠進行聚合后，對于綠電市場來說，能夠顯著促進綠電的消納，但綠色證書市場因為給電力提供了更加靈活的交易方式，在促進綠電消納上并沒有發(fā)揮預計效用。這兩個市場聯合機制是當前市場下的最佳選擇，目前我國市場上實行的正是這兩個市場的聯合機制。
基于前面的分析，從特高壓建設的視角，我們可以得出這樣一些結論：跨區(qū)域電力交易中存在一定程度的省間壁壘。除北京、上海之外，大部分省份還有建更多電廠的動機，但電源結構類型不一樣。地方政府對跨區(qū)域電力市場運行現象的行政干預時有發(fā)生，但目前的電力市場監(jiān)管政策對地方保護的約束力不足。比如我們經常聽到迎峰度夏這樣的詞，是因為存在局部性的缺電行為，再加上風光的間歇性，影響會進一步擴大。二是綠色供應鏈發(fā)展較晚，其風電等清潔能源電力大規(guī)模輸配運維體系尚未完善，從市場角度降低電力成本的話，現在并沒有達到最優(yōu)的程度。三是我國現有電網體系尚無法全面滿足高比例可再生能源接入要求，一方面部分老舊電網設施無法承受高比例分布式電源接入，亟待升級改造；另一方面大規(guī)模分布式能源并網對電網穩(wěn)定運行的負面影響也亟待解決。國內前幾年的主流呼聲電網越大越好，同時也會增加風險，假設一個電廠電壓不穩(wěn)定，發(fā)生供電中斷事件對我們經濟發(fā)展的影響會很大，因而也有不同聲音，分布式發(fā)電呼聲越來越高之后，如果能夠解決儲能問題，是不是還要大規(guī)模建設特高壓，現在意見也并不一致。
基于前面的討論也能夠看到，無論從哪個角度，發(fā)展儲能技術已經成為我國現在迫在眉睫的一件事。從特高壓的建設上，如何得到一些可行的方案促進儲能技術的發(fā)展呢？
首先，出發(fā)點都是電力供需平衡難度進一步增加。在儲能和特高壓技術路線的區(qū)別上，特高壓更多是電從遠方來，儲能更多是屬地化。儲能跟特高壓兩者配合，現在要解決的是：除了可再生能源消納之外，還要考慮負載功率平衡問題、供求曲線平滑問題以及峰谷負荷調度問題，進而實現資源有效利用。這個過程中還會面臨一些新問題和新挑戰(zhàn)，比如需求的空間分布不會有太大變化，會進一步向城市聚集。東部建設分布式有一些有利條件，在工業(yè)園區(qū)、在農村區(qū)域未來到底有多大的政策激勵空間？還有需求的時間分布，調峰、虛擬電廠等政策跟儲能發(fā)展也是息息相關的，這些議題也是我們正在做的工作。
正是由于這些問題的不斷涌現，對電網智能化要求不斷提高，復雜度也不斷提高?；趶碗s系統(tǒng)自動化程度提高，如何提高新型電力系統(tǒng)的控制能力，將是我們面臨的主要難題。從監(jiān)管的角度，要進行政策干預、技術攻關和創(chuàng)新。風電和光伏發(fā)電，我們國家現在已經很有競爭力，但并沒有給我們國家?guī)碜銐虻氖找?，甚至有時候還要面臨大量的貿易爭端。儲能行業(yè)的發(fā)展必須走不同道路，在助力“雙碳”目標實現的過程中，需要從完善機制、協同推進的角度提高可再生能源消納比例，實現源輸配儲一體化發(fā)展，最終實現提高中國技術領先優(yōu)勢和國際貿易談判話語權的目標。
