陳鵬新

摘要：碳中和、碳達峰自2020年9月以來成為了能源行業(yè)的熱點話題。在能源規(guī)劃工作中，風、光等新能源得到了大力支持，而煤炭生產(chǎn)卻受到了限制。各級政府為了保障煤電機組的滿負荷運行，以此來配合有序的用電方案，被迫通過協(xié)調(diào)資源來促進煤炭的生產(chǎn)和運輸，進而確保民生的用電需求。鑒于此，本文就電力行業(yè)碳中和的實施方式和障礙展開探討，以期為相關(guān)工作起到參考作用。

關(guān)鍵詞：電力行業(yè);碳中和;實施方式

1.電力行業(yè)成為碳中和重點行業(yè)的原因

（1）電力是最大的碳排放行業(yè)。電力行業(yè)不僅能夠供給能源，同時還消耗能源。發(fā)電企業(yè)的廠用電和電網(wǎng)企業(yè)的網(wǎng)損合計在全社會用電量中的占比超過了10%，電力行業(yè)在生產(chǎn)過程中不僅能夠產(chǎn)生碳排放，同時資深的電力消耗也會伴隨碳排放產(chǎn)生。由此可見，電力行業(yè)的減碳降排將是影響碳中和的關(guān)鍵因素。

（2）電力資產(chǎn)具有集中性特點，易于整體考慮政策。國有企業(yè)具有高度的社會責任感，在國家政策的落實上從來不打折扣。由于電力企業(yè)的資產(chǎn)具有集中化特點，因此，很容易從技術(shù)上以及政策上實現(xiàn)集中處理，和其他產(chǎn)業(yè)相比具有天然優(yōu)勢[1]。

（3）電力行業(yè)具備良好的資金條件和技術(shù)條件。電力企業(yè)的資金積累雄厚，從而為實現(xiàn)碳中和奠定了良好的基礎(chǔ)。同時，電力行業(yè)是社會的基礎(chǔ)行業(yè)，關(guān)系到千家萬戶。如今，電力行業(yè)逐步發(fā)展電力現(xiàn)貨市場，市場所決定的電力價格可以實現(xiàn)用戶側(cè)引導，從而推動節(jié)能技術(shù)的應用。由此可見，電力行業(yè)將首先落實碳中和工作，通過實現(xiàn)用戶側(cè)引導來改變?nèi)嗣裆盍晳T和社會生產(chǎn)習慣，逐漸和其他行業(yè)結(jié)合起來，在碳中和方面實現(xiàn)全社會和諧共振。

2.電力行業(yè)碳中和的實施方式

2.1高比例風光新能源是現(xiàn)階段電力生產(chǎn)側(cè)實現(xiàn)碳中和的必然選擇

和其他店員種類相比，盡管風光新能源發(fā)電具有天氣因素影響大，季節(jié)性能源分布不均的特點，而且面臨著發(fā)電隨機性大、出力波動性大的問題，但是，由于風光等新能源具有地域分布廣、資源豐富、運行成本小、場址選擇受限以及核電較低等優(yōu)勢，從國際層面而言，高峰光電量占比的系統(tǒng)具有一定的運行經(jīng)驗，并且是技術(shù)經(jīng)濟條件下實現(xiàn)碳中和的首選店員。由此可見，在電網(wǎng)規(guī)劃中國家也將風光發(fā)電的發(fā)展作為一項重點工作，預計于2030年，太陽能與風電發(fā)電總裝機容量將會超過12億千瓦[2]。

2.2大電網(wǎng)為主消納是現(xiàn)階段高比例風光消納的唯一選擇

為了能夠盡可能解決風光新能源波動對用戶用電平穩(wěn)性產(chǎn)生的影響，就需要使用儲能技術(shù)能有效消除風光新能源的波動性。如今，常見的儲能技術(shù)主要有電化學儲能、物理機械儲能以及氫儲能，其中，物理機械儲能主要是以壓縮空氣儲能、抽水儲能和飛輪儲能為代表。各項技術(shù)都有其優(yōu)缺點，在具體選擇的時候應該結(jié)合實際情況予以選用?？傊诳梢灶A見的時間內(nèi)，從經(jīng)濟性層面而言仍然沒有一種儲能技術(shù)作為風光發(fā)電消納的主要方法，換言之，傳統(tǒng)的電力不具備大規(guī)模經(jīng)濟存儲條件，使用大電網(wǎng)消納風光發(fā)電技術(shù)，也就是借助電網(wǎng)的電能輸送能力，將風光發(fā)電發(fā)出的具有隨機性以及波動性的電能及時傳送到電力需求側(cè)，借助電力系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)性機組的調(diào)節(jié)能力來實現(xiàn)風光發(fā)電消納。和儲能技術(shù)相比，大電網(wǎng)消納風光發(fā)電具有明顯的經(jīng)濟性，然而，該項技術(shù)存在著安全事故，連鎖反應風險，并且大電網(wǎng)消納很容易出現(xiàn)難以劃分經(jīng)濟責任的現(xiàn)象。由于儲能技術(shù)突破的周期通常為20～30年，所以，要想實現(xiàn)30·60目標不能將希望寄予儲能技術(shù)，要想實現(xiàn)風光發(fā)電消納，仍然需要借助大電網(wǎng)的電能調(diào)配技術(shù)。

3. 大電網(wǎng)消納方式的現(xiàn)實障礙和解決方案

3.1高比例風光發(fā)電接入系統(tǒng)影響轉(zhuǎn)動慣量的問題及解決方案

為了保障電網(wǎng)處于安全穩(wěn)定的運行狀態(tài)，就需要具備足夠的轉(zhuǎn)動慣量。電網(wǎng)頻率作為保障交流電網(wǎng)運行的關(guān)鍵參數(shù)，必須將其控制在恒定范圍內(nèi)。電網(wǎng)轉(zhuǎn)動慣量，也就是系統(tǒng)內(nèi)同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中，基于自身轉(zhuǎn)速信號實現(xiàn)的一次調(diào)頻功能，進而保持電網(wǎng)頻率在穩(wěn)定狀態(tài)。如今，在世界范圍內(nèi)無轉(zhuǎn)動慣量電網(wǎng)或者低轉(zhuǎn)動慣量電網(wǎng)完全沒有運行經(jīng)驗，對于低轉(zhuǎn)動慣量電網(wǎng)，如果在短期內(nèi)出現(xiàn)電力不平衡問題，就會使電網(wǎng)頻率大幅度波動，從而嚴重影響到系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性，從而引發(fā)連鎖事故。所以，為了保障交流電網(wǎng)的穩(wěn)定性，就需要系統(tǒng)配置足夠的轉(zhuǎn)動慣量，然而，高比例風光發(fā)電可以影響系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量。

高比例風光發(fā)電機組會導致系統(tǒng)運轉(zhuǎn)慣量下降，為了能夠避免大電網(wǎng)運轉(zhuǎn)慣量下降太多，以免威脅到系統(tǒng)的安全，面對高比例風光發(fā)電聯(lián)想系統(tǒng)運轉(zhuǎn)慣量問題，就需要采取如下措施：（1）使用一定比例的火電機組。為了能夠達到碳中和目標，電量的產(chǎn)生無需大量的火電機組，但是，為了保障足夠的運動慣量，就需要使一定比例的火電機組在線。也就是需要借助大電網(wǎng)消納風光發(fā)電，確保交流電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性，在電網(wǎng)運行的過程中必須具備一定比例的同步發(fā)電機。由于核電機組調(diào)節(jié)空間不足，再加上水電機組具有季節(jié)性特點，所以，系統(tǒng)中必須使用和風光發(fā)電機組容量比例河里的燃氣機組和煤電機組，只有這樣才能夠確保足夠的調(diào)節(jié)能力和轉(zhuǎn)動慣量，最終提到提高風光發(fā)電消納成本的作用。（2）使用虛擬同步機調(diào)解風光發(fā)電。為了能夠全面保障風光發(fā)電的可控性，就需要將虛擬同步技術(shù)用在風光發(fā)電中，以此來模擬運動慣量的一次調(diào)節(jié)，盡可能減少對系統(tǒng)的不平衡產(chǎn)生的影響，從而達到提升系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的作用。在風光發(fā)電并網(wǎng)逆變器內(nèi)的控制器中，虛擬同步機是一種模擬同步發(fā)電機運行機制，并且在系統(tǒng)中供應短缺時增加風光發(fā)電出力，在系統(tǒng)供應過剩時，減少風光發(fā)電出力，使用自動控制方法維持平衡的裝置，能夠提供轉(zhuǎn)動慣量。

3.2高比例風光發(fā)電接入系統(tǒng)影響備用問題及解決方案

基于30·60 目標的推算，未來風光新能源裝機規(guī)模將會達到40%～70%，這樣高比例的風光發(fā)電接入系統(tǒng)，將會增加系統(tǒng)預留備用比例。隨著太陽光照強度的波動，風光在自然風的變化下，如果在同一時期實現(xiàn)二者的疊加，就會導致風光發(fā)電出現(xiàn)大幅度波動，甚至會在極端的情況下導致風光發(fā)電的處理從最大負荷突然下降到零，從而嚴重威脅到系統(tǒng)的運行安全，大大增加系統(tǒng)的備用容量需求。為了能夠減小新風能源的處理不確定性對大電網(wǎng)備用容量需求的影響，就需要做好如下方面的工作：（1）強化風光處理預測的準確性，這樣一來就能夠減少系統(tǒng)對備用負荷的影響。（2）提高風光新能源的安全穩(wěn)定性。在發(fā)電過程中，風電光伏大量使用逆變器以及整流器等電子設備，其和常規(guī)機組相比，嚴重缺乏對系統(tǒng)波動的抗干擾能力，尤其是應該提升其低壓穿越能力，通過提高風光發(fā)電安全性來減少系統(tǒng)對備用負荷的需求。（3）使可調(diào)節(jié)電源保持足夠的容量，并且對其進行靈活改造。使用大電網(wǎng)系統(tǒng)中的可調(diào)節(jié)性機組調(diào)峰能力，能夠?qū)崿F(xiàn)風光消納，因此，需要將對可調(diào)節(jié)電源靈活性的改造作為一項重點工作，提高可調(diào)節(jié)性機組的頂峰壓谷能力，尤其是需要提高機組的負荷調(diào)整速率，以此來達到提高電網(wǎng)消納風電能力的作用。

結(jié)語

總而言之，為了能夠?qū)崿F(xiàn) “30·60 目標”，我國正在加快推進能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，這樣一來才能夠促進電力行業(yè)的供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革，加速國民經(jīng)濟的發(fā)展，因此，廣大能源行業(yè)從業(yè)人員為了促進能源轉(zhuǎn)型升級，必須積極轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式，通過進行能源的自我革新來實現(xiàn)碳中和目標。

參考文獻：

[1]丁甜甜，李瑋. 經(jīng)濟增長與減排視角下電力行業(yè)碳峰值預測[J]. 科技管理研究，2019，39（18）：246-253.

[2]何姣，葉澤. 電力行業(yè)碳成本傳導的基本原理及均衡模型[J]. 生態(tài)經(jīng)濟，2019，35（09）：45-49.

新疆天富能源股份有限公司電力調(diào)度中心 新疆省石河子市 832000