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能源安全新形勢(shì)下的氣電發(fā)展前景

作者:陳愚 來(lái)源:電聯(lián)新媒 發(fā)布時(shí)間:2024-08-29 瀏覽:

中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊:氣電是能穩(wěn)定頂峰的支撐性電源之一,氣電運(yùn)行啟停迅速,是最適合為風(fēng)電、光伏調(diào)峰的熱發(fā)電技術(shù)。但氣電在我國(guó)的推廣,受限于天然氣氣源的低自給率和氣電的高電價(jià)。作為高價(jià)電,我國(guó)近六成的氣電,分布在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的江浙粵三省。筆者認(rèn)為,隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,更多區(qū)域?qū)﹄妰r(jià)的敏感度將下降;而在風(fēng)光發(fā)電占比日益提高的背景下,氣電的調(diào)峰能力將受到更大的重視;同時(shí),隨著我國(guó)綜合國(guó)力的提升,對(duì)天然氣低自給率的耐受度將發(fā)生變化。

氣電的特性和分布情況

  氣電適合為風(fēng)電光伏調(diào)峰,但一次能源自給率低

  電力難以大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存,電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配、用實(shí)時(shí)平衡,要保證8760小時(shí)不間斷的持續(xù)供應(yīng)。煤電、氣電、核電等熱發(fā)電技術(shù)和帶庫(kù)容的水電,能長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定地發(fā)電,是支撐性電源。其中核電受限于廠(chǎng)址資源和鈾資源,水電受限于廠(chǎng)址資源,發(fā)展空間受到制約。風(fēng)電、光伏、徑流式水電是低碳電源,但因其出力波動(dòng)的特性,無(wú)法成為支撐性電源。抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能可提供日內(nèi)調(diào)節(jié)能力,但不具備長(zhǎng)周期調(diào)節(jié)能力和穩(wěn)定的獨(dú)立頂峰能力(見(jiàn)表1)。

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  2021年初的寒潮導(dǎo)致多地電力緊張,此后我國(guó)多地陸續(xù)發(fā)生多次有序用電;尤其是2022年8月,川渝遭遇罕見(jiàn)高溫和旱情,為了保障民生用電,當(dāng)?shù)毓ど虡I(yè)用電受到較大影響。之后我國(guó)越發(fā)重視建設(shè)支撐性電源。但從支撐性電源的前期工作耗時(shí)和建設(shè)周期來(lái)看,水電、核電的前期工作耗時(shí)4~5年,建設(shè)期約5年;煤電、氣電的前期工作耗時(shí)1年多,建設(shè)期1年半到2年。因此,當(dāng)急需新增支撐性電源頂峰時(shí),只能選擇能夠盡快建成投產(chǎn)的煤電、氣電。

  我國(guó)富煤貧油少氣,煤炭的自給率一直超過(guò)90%,2018年以來(lái),石油、天然氣的自給率分別低于30%、60%。(見(jiàn)圖1)

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  一次能源的自給率,不僅反映了我國(guó)與國(guó)際能源市場(chǎng)之間的融合度,更反映了我國(guó)對(duì)國(guó)外一次能源資源的依賴(lài)程度和安全供應(yīng)的保障程度。為了保障能源安全,“能源的飯碗必須端在自己手里”,需要避免自給率過(guò)快下降。

  氣電電價(jià)較高,主要分布于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)

  熱發(fā)電機(jī)組中,氣電價(jià)格高于煤電、核電。以廣東為例,氣電上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)為0.655元/千瓦時(shí)(長(zhǎng)協(xié)和現(xiàn)貨價(jià)格略低于標(biāo)桿電價(jià)),其中,燃料成本超過(guò)0.5元/千瓦時(shí)(氣價(jià)約2.9~3元/立方米,1立方米氣可發(fā)電5~6千瓦時(shí))。廣東煤電長(zhǎng)協(xié)價(jià)格約0.462元/千瓦時(shí),核電電價(jià)為0.4056~0.435元/千瓦時(shí)。

  氣電是“高價(jià)甜點(diǎn)”。2023年,我國(guó)氣電裝機(jī)12562萬(wàn)千瓦,81.8%分布在沿海四省三市:其中,廣東3946萬(wàn)千瓦、江蘇2066萬(wàn)千瓦、浙江1345萬(wàn)千瓦、北京1002萬(wàn)千瓦、上海891萬(wàn)千瓦、天津565萬(wàn)千瓦、福建456萬(wàn)千瓦。尤其是經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的江浙粵三省,氣電裝機(jī)合計(jì)7357萬(wàn)千瓦,占全國(guó)氣電裝機(jī)的58.6%。

新型電力系統(tǒng)建設(shè)路徑下的氣電定位

  為了實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo),我國(guó)正加快建設(shè)以清潔低碳、安全充裕、經(jīng)濟(jì)高效、供需協(xié)調(diào)、靈活智能為主要特征的新型電力系統(tǒng)。

  當(dāng)前,全球正在同步研發(fā)多種電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的技術(shù)路線(xiàn):當(dāng)某種技術(shù)路線(xiàn)或多種技術(shù)路線(xiàn)發(fā)生顛覆性突破,電力系統(tǒng)將能完成跨越式發(fā)展,實(shí)現(xiàn)零碳電力系統(tǒng)。

  路線(xiàn)一:核聚變

  核能是已知的能量密度最高的能源,可用于民用、軍事、太空探索等,是具備戰(zhàn)略?xún)r(jià)值的終極能源。1983年,我國(guó)確立核能“熱堆、快堆、聚變堆”三步走戰(zhàn)略。我國(guó)在運(yùn)的商業(yè)反應(yīng)堆均為熱中子堆(裂變能),快堆(裂變能)的實(shí)驗(yàn)堆已投產(chǎn),可控核聚變尚在研發(fā)之中。

  路線(xiàn)二:“風(fēng)光+長(zhǎng)周期儲(chǔ)能技術(shù)”

  狹義儲(chǔ)能技術(shù)主要包括抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、重力儲(chǔ)能、熔巖儲(chǔ)熱等;廣義儲(chǔ)能技術(shù)包括氫能、綠色燃料(氨、醇等)等。風(fēng)光配套儲(chǔ)能技術(shù)是為了平抑風(fēng)光發(fā)電的波動(dòng)性、隨機(jī)性和間歇性,為電力系統(tǒng)提供穩(wěn)定、持久、可調(diào)節(jié)的電力。

  電力系統(tǒng)需要日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)、月調(diào)節(jié)、季調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)等多個(gè)尺度的調(diào)節(jié)能力。目前的儲(chǔ)能技術(shù),僅能提供日內(nèi)調(diào)節(jié)能力。抽水蓄能是一項(xiàng)成熟的儲(chǔ)能技術(shù),其持續(xù)發(fā)電時(shí)間取決于庫(kù)容,大約是6~11小時(shí)。大部分電化學(xué)儲(chǔ)能電池放電時(shí)長(zhǎng)是2~4個(gè)小時(shí),少數(shù)可達(dá)4~10小時(shí)。2024年5月,明陽(yáng)智能的“木星一號(hào)”純氫燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室連續(xù)燒氫10小時(shí),是目前國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)周期的純氫燃燒室測(cè)試。

  在未來(lái)的零碳電力系統(tǒng)中,哪種儲(chǔ)能技術(shù)能提供更長(zhǎng)周期的調(diào)節(jié)能力,哪種技術(shù)便有更大的發(fā)展空間。其中,壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、氫燃機(jī)、綠色燃料發(fā)電等技術(shù),還可為電力系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

  路線(xiàn)三:“煤電/氣電+CCUS”

  通過(guò)CCUS技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用,保留煤電、氣電的支撐和調(diào)節(jié)能力,同時(shí)降低碳排放,亦是構(gòu)建零碳電力系統(tǒng)的路徑之一。氣電的度電二氧化碳排放大約是煤電的40%,“氣電+CCUS”的配置對(duì)CCUS技術(shù)的壓力相對(duì)較小。《低碳轉(zhuǎn)型背景下我國(guó)氣電產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑》(劉志坦,《天然氣工業(yè)》,2021年6月刊)一文詳細(xì)對(duì)比了不同裝機(jī)規(guī)模的煤電和氣電機(jī)組在不同工況下的二氧化碳排放強(qiáng)度,氣電的二氧化碳排放在310~380克/千瓦時(shí)之間,煤電在840~940克/千瓦時(shí)之間。

  在上述三條技術(shù)路線(xiàn)實(shí)現(xiàn)突破之前,只有煤電、氣電、核電、有調(diào)節(jié)能力的水電,能承擔(dān)支撐性電源的責(zé)任。核電和水電增量有限(見(jiàn)表2),氣電是“高價(jià)甜點(diǎn)”,煤電是量大管飽的“粗糧”,隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,預(yù)計(jì)各區(qū)域?qū)r(jià)格的敏感度將下降,進(jìn)而有條件擴(kuò)大氣電的應(yīng)用區(qū)域和規(guī)模。2024年6月,國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的《天然氣利用管理辦法》(發(fā)改委第21號(hào)令)指出,天然氣調(diào)峰電站、熱電聯(lián)產(chǎn)、天然氣分布式能源項(xiàng)目,被列為天然氣利用優(yōu)先類(lèi),是有利于保障國(guó)家能源安全和實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo),有利于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí),有利于保障民生、提升人民群眾生活水平,具有良好經(jīng)濟(jì)性和社會(huì)效益的天然氣利用方向。2023年9月19日,國(guó)家能源局發(fā)布的《對(duì)十四屆全國(guó)人大一次會(huì)議第2675號(hào)建議答復(fù)的復(fù)文摘要》亦指出,天然氣是當(dāng)前及中長(zhǎng)期解決新能源調(diào)峰問(wèn)題的重要途徑之一。

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淺析氣電裝機(jī)增長(zhǎng)空間

  現(xiàn)有技術(shù)條件下,近期煤電、氣電的增量需求

  2021年初,我國(guó)中東部大部分地區(qū)出現(xiàn)寒潮,全國(guó)用電負(fù)荷驟升,最高用電負(fù)荷達(dá)11.89億千瓦,接近當(dāng)年的夏峰最高負(fù)荷11.92億千瓦。2023年夏,全國(guó)最高用電負(fù)荷13.39億千瓦。根據(jù)中電聯(lián)預(yù)計(jì),2024年迎峰度夏期間,全國(guó)最高用電負(fù)荷將比2023年增加約1億千瓦,如果出現(xiàn)持續(xù)大范圍極端高溫天氣,最高用電負(fù)荷可能增加1.3億千瓦。也就是說(shuō),2024年我國(guó)的夏季峰值用電負(fù)荷將達(dá)14.39~14.69億千瓦,年均負(fù)荷增速超6.5%;2021~2024年,新增的夏季峰值負(fù)荷為2.47~2.77億千瓦;為了滿(mǎn)足負(fù)荷增長(zhǎng),備用率按13%估算,電力系統(tǒng)需新增2.79~3.13億千瓦支撐性電源,年均新增規(guī)模約9000萬(wàn)千瓦~1億千瓦??紤]到部分熱發(fā)電機(jī)組供熱導(dǎo)致的出力下降、水電夏峰出力系數(shù)約為0.9、區(qū)域不平衡性等因素,實(shí)際需要的新增支撐性電源量更大。

  根據(jù)《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》,2025年,我國(guó)電力需求側(cè)響應(yīng)能力將達(dá)到最大用電負(fù)荷的3%~5%,相當(dāng)于能將負(fù)荷峰值延后半年到一年。

  水電開(kāi)發(fā)空間有賴(lài)于站址資源。目前,國(guó)內(nèi)大部分區(qū)域的水電資源完成開(kāi)發(fā),只有四川、云南、青海、西藏等地還有一定的開(kāi)發(fā)潛力;到2030年,四川、青海的水電資源開(kāi)發(fā)基本結(jié)束,屆時(shí)水電開(kāi)發(fā)的主戰(zhàn)場(chǎng)將集中在藏東南水電基地,即雅魯藏布江干流下游和“三江”(怒江、瀾滄江、金沙江)流域。近十年來(lái),年均新增水電裝機(jī)僅1170萬(wàn)千瓦。

  核電發(fā)展的制約因素在于廠(chǎng)址資源和鈾資源。1994年2月,我國(guó)首臺(tái)核電機(jī)組投產(chǎn),截至2023年底,我國(guó)核電裝機(jī)5691萬(wàn)千瓦。2018年是核電投產(chǎn)大年,新增裝機(jī)884萬(wàn)千瓦。

  可以預(yù)見(jiàn),水電和核電的增量有限,難以覆蓋支撐性電源的增量需求。為了保供,筆者預(yù)計(jì)近期每年需新增7000萬(wàn)千瓦以上的煤電、氣電。

  用電量達(dá)峰后,應(yīng)審慎新建支撐性電源

  在現(xiàn)有技術(shù)條件下,何時(shí)可以放緩或停止新增支撐性電源呢?

  當(dāng)前,我國(guó)的用電量和用電負(fù)荷均保持高速增長(zhǎng)。未來(lái)我國(guó)用電量達(dá)峰后,用電結(jié)構(gòu)可能繼續(xù)調(diào)整:二產(chǎn)用電下降,三產(chǎn)和生活用電提高;二產(chǎn)以機(jī)器用電為主、輔以少許工作人員用電,對(duì)溫度不敏感,相對(duì)穩(wěn)定,且易于進(jìn)行需求側(cè)管理;三產(chǎn)和生活用電,主要是人的直接用電,對(duì)溫度敏感,波動(dòng)性大,調(diào)節(jié)難度大。因此,用電負(fù)荷達(dá)峰將滯后于用電量達(dá)峰。全國(guó)用電量達(dá)峰后,區(qū)域用電結(jié)構(gòu)會(huì)繼續(xù)變化,東南沿海作為人口流入?yún)^(qū),用電量可能繼續(xù)增長(zhǎng)一段時(shí)間。以日本為例,用電量2007年達(dá)峰,人口2008年達(dá)峰,其后東京都市圈因人口流入,用電量繼續(xù)增長(zhǎng)了一段時(shí)間。

  用電量達(dá)峰年,開(kāi)工建設(shè)的支撐性電源,將在2~5年后投產(chǎn),投產(chǎn)時(shí)間接近用電負(fù)荷達(dá)峰時(shí)間。用電量達(dá)峰后新開(kāi)工的支撐性電源,主要是“以舊換新”,或服務(wù)于少數(shù)用電量持續(xù)增長(zhǎng)的區(qū)域。

  我國(guó)對(duì)高價(jià)電和天然氣低自給率的耐受度是可變的

  影響氣電擴(kuò)張的主要因素是氣電的高電價(jià)和天然氣的低自給率。但是,我國(guó)對(duì)高價(jià)電和天然氣低自給率的耐受性是相對(duì)的、可變的。

  首先,隨著社會(huì)的發(fā)展和共同富裕的扎實(shí)推進(jìn),各地對(duì)價(jià)格的敏感度將下降。其次,氣電是啟停、升降功率最靈活的熱發(fā)電機(jī)組,最適合為風(fēng)光調(diào)峰,隨著新能源占比的提升,電力系統(tǒng)將重新對(duì)比“風(fēng)光+氣電”“風(fēng)光+煤電”“風(fēng)光+儲(chǔ)能”等技術(shù)路線(xiàn)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性,而不僅僅簡(jiǎn)單對(duì)比氣電、煤電的電價(jià)。

  除粵、江、浙、京、滬這些存量氣電大省(市)之外,哪些地方最可能降低對(duì)氣電電價(jià)的敏感度?可通過(guò)觀察不同區(qū)域煤電機(jī)組的盈利面和盈利水平來(lái)判斷。電力作為公用事業(yè),行業(yè)平均盈利能力取決于當(dāng)?shù)貭I(yíng)商環(huán)境。煤電和氣電的功能有很多相似之處,吃煤電“粗糧”肯付出相應(yīng)成本的地方,才會(huì)有誠(chéng)意和能力為“高價(jià)甜點(diǎn)”氣電付費(fèi),從而推動(dòng)氣電發(fā)展。

  當(dāng)前,世界面臨百年未有之大變局,隨著我國(guó)國(guó)力的提升,以及國(guó)內(nèi)油氣企業(yè)正在努力開(kāi)拓業(yè)務(wù)獲取更多的海外資源,我國(guó)對(duì)天然氣低自給率的耐受度將發(fā)生變化。

  事實(shí)上,西方國(guó)家的能源自給率也并非一成不變。以歐洲為例,1981年,歐洲的煤炭、天然氣的自給率分別為90.5%、80.8%,此后一路下行,2013年之后,煤炭自給率低于60%,2022年為57.5%;2016年后,歐洲天然氣自給率低于50%,2022年為44.2%。歐洲的石油自給率一直在低位徘徊,2022年為22.3%。目前,歐洲煤炭、石油、天然氣自給率分別比我國(guó)低36.5%、6.5%、15.2%(見(jiàn)圖2)。

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  日本是世界第四大經(jīng)濟(jì)體,2023年煤炭、石油、天然氣的自給率僅為0.4%、0.4%、2.1%。

  世界發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體中,除了美國(guó)能源獨(dú)立外,歐洲和日本的能源自給率都很低,日本尤甚。參考?xì)W洲和日本的經(jīng)驗(yàn),一次能源自給率低的同時(shí),依然能夠保持經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng),在利用海外資源時(shí),以資源互補(bǔ)、控股海外資產(chǎn)等方式,提高供給穩(wěn)定性。

  減排壓力將提高氣電在增量支撐性電源中的占比

  如果氣源充足,用電負(fù)荷持續(xù)增長(zhǎng)期間,碳減排的壓力將提高氣電在增量支撐性電源中的占比??紤]到火電更多地承擔(dān)調(diào)峰功能,氣電電量和耗氣量的增長(zhǎng)速度將低于氣電裝機(jī)增速。用電負(fù)荷和支撐性電源裝機(jī)達(dá)峰后,減排壓力可能促使氣電替代部分存量煤電裝機(jī)。

江浙粵近期的氣電發(fā)展空間

  江浙粵是我國(guó)經(jīng)濟(jì)的火車(chē)頭,“十四五”前三年,用電量和用電負(fù)荷持續(xù)增長(zhǎng)。一般來(lái)說(shuō),負(fù)荷增速應(yīng)略高于用電量增速,但江浙粵近年來(lái)負(fù)荷增速低于用電量增速,加之火電利用小時(shí)高于電力平均水平的2020年,意味著三省支撐性電源增長(zhǎng)落后于負(fù)荷增長(zhǎng),電力供需偏緊(見(jiàn)表3)。

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  廣東經(jīng)濟(jì)體量巨大,且用電增長(zhǎng)快,足以消納本省新增的約5000萬(wàn)千瓦支撐性電源,如存量特高壓送電量維持不變,未來(lái)三年,廣東電力供需趨于平衡。廣東遠(yuǎn)離晉蒙陜甘新等資源區(qū),新建特高壓有難度,而存量特高壓的送電主力云南,其自身缺電將延續(xù)到“十五五”中。因此,廣東盡管用電體量略大于江蘇,但由于急于提高電力自給率,廣東新增電源遠(yuǎn)多于江浙(見(jiàn)表4)。

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  當(dāng)前,多數(shù)風(fēng)光大基地都在爭(zhēng)取建設(shè)送往江蘇和浙江的特高壓通道,江浙新建本省支撐性電源的壓力小于廣東。甘肅-浙江特高壓直流于2024年7月核準(zhǔn),預(yù)計(jì)下半年開(kāi)工,2026年下半年投產(chǎn)。按照上述新增電源預(yù)計(jì),2026年江浙電力供需仍趨于緊平衡。

  因此,廣東為了提高電力自給率,江浙為了平衡電力供需,均有新增支撐性電源的需求,只要能解決氣源問(wèn)題,以上氣電存量大省就有進(jìn)一步發(fā)展氣電的可能。


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關(guān)鍵字:氣電

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