要實(shí)現碳達峰、碳中和目標，大規模、高比例發(fā)展零碳能源是必然趨勢。
以水風(fēng)光為代表的零碳能源特別是風(fēng)光等新能源，雖然具有清潔零碳等諸多優(yōu)勢，但也存在間歇性、波動(dòng)性等短板。在構建以新能源為主體的新型電力系統大背景下，不穩定的新能源成為主力電源，調峰就成為世界性難題。甚至有電力專(zhuān)家認為，一旦風(fēng)光等間歇性電源成為主力，如果沒(méi)有很好的調峰手段，電網(wǎng)可能存在重大風(fēng)險。
如何破解這一世界性難題？國家電力投資集團公司黨組書(shū)記、董事長(cháng)錢(qián)智民說(shuō)，國家電投給出的答案是兩個(gè)字——“融合”，即以融合為思路，源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動(dòng)，通過(guò)多品種能源互補的綜合智慧能源，實(shí)現電力系統的平衡和穩定。
目前，國家電投已經(jīng)開(kāi)展了420個(gè)綜合智慧能源項目，總投資超過(guò)1310億元。近日，在該企業(yè)在北京、安徽、山東、青海等省份的試驗和示范項目進(jìn)行了調查采訪(fǎng)。
多能融合——水光互補項目讓原本具有間歇性、波動(dòng)性和隨機性的光伏電源實(shí)現平穩并網(wǎng)
位于青海海南藏族自治州的龍羊峽水電站是黃河上游龍青段規劃中的第一座大型梯級電站，1976年開(kāi)工建設，1989年4臺機組全部投產(chǎn)發(fā)電，其庫容達247億立方米，相當于1700個(gè)杭州西湖。
2013年開(kāi)始，國家電投在距離龍羊峽直線(xiàn)距離36公里的共和縣，建設了85萬(wàn)千瓦裝機的光伏電站，由此促成了全球規模最大的水光互補發(fā)電工程。
把光伏電站建在水電站旁邊，國家電投頗費了心思。
光伏發(fā)電的“軟肋”是晚上不能發(fā)電，而水電的“短腿”是存在豐枯水期變化。如何讓這兩種零碳能源優(yōu)勢互補，實(shí)現“1+1>2”？
國家電投想到的方案是“水光互補”——當太陽(yáng)光照強時(shí)，多用光伏發(fā)電，水電或停用或少發(fā)；當天氣不好或夜晚影響到光伏出力時(shí)，則通過(guò)控制系統及時(shí)調節，讓水電多出力。這樣，將水電和光伏發(fā)電“打捆”送出，可使原本具有間歇性、波動(dòng)性和隨機性的光伏電源實(shí)現平穩并網(wǎng)，從而降低對電網(wǎng)的影響。
7月23日，在龍羊峽水電站看到，前一天水電和光伏發(fā)電“打捆”送出的電量是3455萬(wàn)千瓦時(shí)。國家電投黃河公司龍羊峽發(fā)電分公司黨委書(shū)記、總經(jīng)理黃青剛介紹：“水輪機組的調節非常方便，只需幾秒鐘就能對光伏發(fā)電的變化作出反應。這樣就把原本間歇、隨機、功率不穩定的‘鋸齒’形光伏電源，調整為均衡、優(yōu)質(zhì)、安全的平滑穩定電源，進(jìn)而可以減少電力系統為吸納光伏電站發(fā)電所需的備用容量?！?
在水光互補中，水電的確可以彌補夜晚光伏發(fā)電的缺口。但是，白天光伏多出力，是否會(huì )擠占水電的效益？
黃青剛說(shuō)，從近幾年運行情況看，水電站送出線(xiàn)路的年利用小時(shí)數反而從原來(lái)的4621小時(shí)提高到5019小時(shí)，也就是說(shuō)，水光“打捆”后，“蛋糕”做得更大了。即便真的出現水電出力下降，若算綜合效益，仍然劃算。比如龍羊峽水庫，目前發(fā)電的重要性只排第四位，排在前三位的是防洪、防凌和供水。少發(fā)電就意味著(zhù)多蓄水，這對于缺水的西北地區尤為重要。
不只是水光互補，新的美好藍圖正在鋪展——“十四五”規劃綱要提出“建設一批多能互補的清潔能源基地”，黃河上游和幾字灣也被列入大型清潔能源基地。
“離這里不遠處還有一座拉西瓦水電站！”指著(zhù)下游方向，黃青剛難掩激動(dòng)：“我們依托黃河上游清潔能源基地，探索構建新型電力系統，準備利用海拔高差建設龍羊峽清潔能源調控樞紐工程，以水電拉動(dòng)新能源開(kāi)發(fā)，在用電低谷時(shí)用泵把水抽上來(lái)、高峰時(shí)放水發(fā)電。依靠青海豐富的風(fēng)光資源，我們有信心建成水風(fēng)光儲多能互補調節中心?！?
技術(shù)融合——“分布式能源+信息技術(shù)+儲能技術(shù)”讓新能源就近就地消納
如果說(shuō)多能融合有望緩解新能源調峰壓力，那么，分布式能源和信息技術(shù)、儲能技術(shù)的融合，則能幫助新能源就地消納，甚至能部分化解我國新能源資源分布和負荷中心不平衡的難題。
在聞名全國的安徽鳳陽(yáng)縣小崗村，一場(chǎng)綜合智慧能源試驗正拉開(kāi)帷幕。
“屋頂免費裝上光伏板，每年能少花200多元電費，我們非常歡迎?！薄按蟀伞睅ь^人之一、今年70多歲的嚴金昌躍躍欲試。
嚴金昌家不遠處，地源熱泵為游客中心、養老中心等區域提供集中供熱和供冷，光伏車(chē)棚、光伏座椅、智慧路燈等設施成為小崗村的一道新風(fēng)景?！拔磥?lái)整個(gè)項目建成后，小崗村可實(shí)現清潔能源電量全替代?！眹译娡栋不招彺寰C合智慧能源有限公司總經(jīng)理高陽(yáng)說(shuō)。
長(cháng)期以來(lái)，我國新能源資源和需求一直存在逆向分布——一邊是西北部地區“風(fēng)光”資源豐富、自我消納能力弱，另一邊卻是東中部地區資源稟賦有限、用電需求和減排壓力巨大。如果能在東中部地區見(jiàn)縫插針、就近就地挖掘分布式新能源的潛力，實(shí)現自發(fā)自用，就可以減輕對長(cháng)距離送電的過(guò)度依賴(lài)，緩解新能源送出壓力。
不過(guò)，分布式能源大量接入，同樣會(huì )給電力系統穩定帶來(lái)挑戰。打個(gè)比方，過(guò)去電網(wǎng)像一艘巨輪，以后分布式電源多了，可能就是無(wú)數艘小噸位貨船、小船和巨輪共同組成船隊，彼此之間的協(xié)調配合就顯得特別重要。于是，能源與互聯(lián)網(wǎng)、大數據甚至物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的融合需求也浮出水面。
“10點(diǎn)，4847千瓦；12點(diǎn)，14541千瓦；18點(diǎn)，43623千瓦……”在小崗村“天樞一號”綜合智慧能源管控與服務(wù)平臺上，一條波動(dòng)的光伏日預測曲線(xiàn)，輕點(diǎn)鼠標，還能切換到用電負荷、冷熱負荷等預測曲線(xiàn)。
“基于歷史數據和氣象信息，這個(gè)‘智慧大腦’能夠預測用戶(hù)用能需求，并在多種能源之間進(jìn)行優(yōu)化配置、削峰填谷。比如光伏出力小了，可以讓生物質(zhì)能補上。這就相當于將點(diǎn)多面廣、隨機多變的分布式電源，‘打捆’成相對平穩、出力可控的成片電源，從而增強了新能源的穩定性?！备哧?yáng)說(shuō)。
分布式能源雖然前景廣闊，但要真正實(shí)現自發(fā)自用，甚至最終做到離網(wǎng)運行，還有賴(lài)于儲能技術(shù)的突破。目前，全球儲能技術(shù)中最主流的技術(shù)路線(xiàn)是抽水蓄能和電化學(xué)儲能，而用富余的“風(fēng)光”電制氫，甚至利用峰谷電差儲熱、儲冷，同樣大有可為。
在位于北京昌平區的寶之谷國際會(huì )議中心，園區西側矗立著(zhù)一個(gè)10余米高的大罐子，這是國家電投自主研發(fā)的“冷熱雙蓄水罐”。幾米外，還有一個(gè)長(cháng)近4米、寬2.5米的“集裝箱”，這是儲能的又一種形式——超威鈉鹽電池儲能系統，年儲電量可達33萬(wàn)千瓦時(shí)，利用峰谷價(jià)差，每年可節省用電成本35萬(wàn)多元。中電智慧綜合能源服務(wù)有限公司總經(jīng)理張越說(shuō)，去年他們拆掉了3臺燃氣鍋爐，改成利用夜間谷電時(shí)段進(jìn)行制熱或制冷，白天高峰電價(jià)時(shí)段放熱或放冷，再配合上空氣源熱泵、污水源熱泵等設備，“每年可減少燃燒天然氣80萬(wàn)立方米，換算下來(lái)每年可節省資金約280萬(wàn)元?！?
跨界融合——參與城市供暖和海水淡化，傳統電站定位悄然轉變
新能源異軍突起的同時(shí)，火電站等傳統發(fā)電企業(yè)的地位難免有所下降。近年來(lái)，一些省份的火電、核電機組已出現降功率運行的情況。資本密集的火電、核電等企業(yè)能否成功適應新趨勢，既關(guān)乎自身發(fā)展，也事關(guān)我國能否順利構建以新能源為主體的新型電力系統。
山東半島東南部的海濱小城海陽(yáng)市，三面環(huán)海的岬角頂端，兩座雪白的“大圓罐”十分惹眼。這是海陽(yáng)核電一期1、2號機組的核島。在這里，反應堆把水加熱，產(chǎn)生大量高溫蒸汽，驅動(dòng)汽輪機發(fā)電。目前，這兩臺世界最先進(jìn)的第三代核電機組已累計發(fā)電超過(guò)570億千瓦時(shí)。
讓國家電投山東核電有限公司董事長(cháng)吳放津津樂(lè )道的，除了先進(jìn)的核電機組，還有從核電常規島延伸出的兩條白色管道。
“這兩條管道不是用來(lái)輸電的，而是向城區供熱?！焙ｊ?yáng)核電設計管理處工程師劉憲嶺解釋?zhuān)艿酪活^連著(zhù)核電廠(chǎng)內供熱首站，另一頭連著(zhù)廠(chǎng)外熱力公司。在核電廠(chǎng)內，從核電機組抽出的高溫蒸汽將管道中的水加熱到120攝氏度。隨后，熱水被輸送到熱力公司換熱總站，釋放熱量后再返回電廠(chǎng)，如此循環(huán)往復，實(shí)現源源不斷的熱量輸出。
為啥一座世界最先進(jìn)的核電站干上了城市供暖的營(yíng)生？“目前，核電站年發(fā)電小時(shí)還不錯，但未來(lái)我們這樣的核電站也存在給新能源發(fā)電讓路的壓力，因此必須居安思危，不能只做發(fā)電這一篇文章?！眳欠耪f(shuō)，他們想到的第二篇文章，是和電關(guān)系最緊密的“熱”。
任何電廠(chǎng)都有大量余熱，把余熱利用起來(lái)就會(huì )提高效益?！昂穗娬緦?shí)際熱效率比最先進(jìn)的火電機組要低10個(gè)百分點(diǎn)，只有36.7%。把核電的熱直接拿出一部分來(lái)供暖，可以提高核電的熱效率，綜合效益更高。而且，減少余熱排放還有利于海洋生態(tài)保護，可謂一舉多得?！眳欠耪f(shuō)。
對海陽(yáng)市來(lái)說(shuō)，核電供熱也能帶來(lái)減碳紅利。
“以前靠鍋爐供暖，燒煤鍋爐房里黑乎乎的?！闭驹谝呀?jīng)停運的5層樓高大鍋爐前，豐源熱力臨港分公司經(jīng)理潘世偉細數起燒煤供暖的種種不便：“一不環(huán)保，二不經(jīng)濟，三不省心。燃煤鍋爐故障率高，還要請工人24小時(shí)三班倒上煤，冬季光是臨時(shí)招工就得20人?！?
如今，在鍋爐房隔壁，一座潔白小巧的板式換熱器解決了各種問(wèn)題。據測算，海陽(yáng)實(shí)現全市核電供暖后，每個(gè)采暖季可節約原煤10萬(wàn)噸，減排二氧化碳18萬(wàn)噸、煙塵691噸、二氧化硫1188噸，相當于種植1000公頃闊葉林?！敖衲甓?，海陽(yáng)將成為全國首個(gè)零碳供暖城市?！眳欠耪f(shuō)。
“水熱同產(chǎn)”，是吳放他們“跨界”的第三篇文章。
“海水淡化要消耗大量熱能或電能，我們與清華大學(xué)共同研發(fā)了‘水熱同產(chǎn)’裝置，利用核電站的高溫蒸汽嘗試海水淡化?！焙ｊ?yáng)核電設計管理處工程師張真說(shuō)，經(jīng)過(guò)檢測，淡水品質(zhì)很高，可直接飲用，且生產(chǎn)用能全部來(lái)自供熱蒸汽，不額外耗能，實(shí)現了在零碳供熱的同時(shí)零能耗制水，“山東半島一些地區較為缺水，未來(lái)大規模應用的前景廣闊?！?
推進(jìn)融合——尋求共贏(yíng)，讓“有錢(qián)的少花錢(qián)、沒(méi)錢(qián)的不花錢(qián)”
采訪(fǎng)中，錢(qián)智民講述了讓他印象深刻的一個(gè)故事：幾年前，企業(yè)想給青海三江源地區的牧民安裝光伏發(fā)電設備，讓他們可以用電做飯取暖?？赡撩駛兊姆e極性并不高：“撿牛糞燒飯一分錢(qián)都不要，安裝光伏還要花錢(qián)?！?
錢(qián)智民從中敏銳地感覺(jué)到，推進(jìn)融合發(fā)展，就必須找到多方共贏(yíng)的路徑，讓“有錢(qián)的少花錢(qián)、讓沒(méi)錢(qián)的不花錢(qián)”，讓原來(lái)想解決、解決不了的問(wèn)題找到新的解決方法，這樣，融合“大戲”才能唱成、唱好。
“小崗村最頭疼的事是啥？”小崗村項目開(kāi)工前，國家電投安徽公司提出的第一個(gè)問(wèn)題，不是要不要建光伏屋頂、智慧路燈，這讓小崗村黨委副書(shū)記、村委會(huì )主任周群之馬上有了興趣：“秸稈焚燒是最讓我們頭痛的事情，你們能幫助解決？”
原來(lái)，小崗村每年有近3萬(wàn)噸秸稈需要處理，因為環(huán)保要求，不能一燒了之。于是，要么深耕掩埋，但每畝成本需要30元至50元；要么送到15公里外的電廠(chǎng)，運輸又不方便?！拔覀冊鴮Σ粺斩挼拇迕癯雠_了獎勵政策，但有村民說(shuō)，‘你別給我錢(qián)，幫我把秸稈弄走就行’?！敝苋褐f(shuō)。
針對這一痛點(diǎn)，國家電投在綜合智慧能源項目中規劃了一條2萬(wàn)噸的秸稈綜合利用生產(chǎn)線(xiàn)，充分利用當地的秸稈、垃圾、糞便等生物質(zhì)廢棄物發(fā)電，實(shí)現了變廢為寶。
綜合智慧能源項目的探索，還為小崗村的產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)了更多可能。在小崗村改革大道西側的農光互補項目，只見(jiàn)一間小房子正在“生產(chǎn)”植物。沒(méi)有土壤、沒(méi)有化肥，綠油油的生菜正在一層層白色栽培板中茁壯成長(cháng)……
“我們打算利用光伏電源，開(kāi)展水培蔬菜生產(chǎn)，不僅生長(cháng)速度比室外快，而且能夠大大減少對土地的占用?！备哧?yáng)說(shuō)，下一步他們還準備在光伏板下種植黑豆或洋姜，幫助小崗村興產(chǎn)業(yè)、增收入。據了解，農光互補、屋頂光伏、秸稈綜合利用等項目每年預計能給小崗村村集體、村民增收約530萬(wàn)元。
在距離小崗村2000多公里的青海塔拉灘生態(tài)光伏園里，一群綿羊在悠閑地吃草。41歲的馬漢臺村牧民向占魁每天騎著(zhù)摩托車(chē)放養“光伏羊”，每月能有3000元收入。
“光伏板能夠降低風(fēng)速和水分蒸發(fā)量，非常適合草的生長(cháng)。因此過(guò)去的戈壁灘，現在長(cháng)出了綠草。但是，草太長(cháng)了會(huì )影響發(fā)電，還有火災隱患。后來(lái)我們干脆養羊來(lái)‘除草’，結果卻創(chuàng )造了一個(gè)產(chǎn)業(yè)?！惫夥鼒@負責人吳世鵬說(shuō)?，F在，這片600多平方公里的土地上已經(jīng)放養了5000多只羊，為向占魁等十幾戶(hù)牧民帶來(lái)了實(shí)實(shí)在在的收入。
未來(lái)，如何全面推進(jìn)融合發(fā)展？錢(qián)智民認為，關(guān)鍵要從小崗村、寶之谷等綜合智慧能源示范項目的探索中，找到技術(shù)路徑和商業(yè)模式。
“特別是商業(yè)模式，以往電力企業(yè)不太注重，大家認為反正就是建一個(gè)電廠(chǎng)，投資幾十億元、上百億元，建好后發(fā)電就行了，還要啥商業(yè)模式。但融合發(fā)展要兼顧多種利益，探索出讓各參與方都受益、都有積極性的商業(yè)模式?！卞X(qián)智民說(shuō)，國家電投將在水火核風(fēng)光氣等產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展基礎上，積極與供給側、用戶(hù)側以及農業(yè)、交通運輸、建筑冶金等進(jìn)行跨界式“大融合”發(fā)展，爭取繼續領(lǐng)跑。
“融”出能源應用新篇章（手記）
實(shí)現碳達峰、碳中和，意義重大，任務(wù)艱巨。我國發(fā)電行業(yè)龍頭企業(yè)之一的國家電投主動(dòng)作為、積極探索，以多維度、深層次的融合發(fā)展思路，力爭為我國未來(lái)能源應用場(chǎng)景樹(shù)立樣板。
融合，必登高望遠。只有堅持高起點(diǎn)、高標準、高定位，著(zhù)眼長(cháng)遠、系統謀劃、整體設計，才能更好打破舊格局、開(kāi)創(chuàng )新局面。長(cháng)期以來(lái)，我國電力系統運行中源網(wǎng)荷儲條塊分明，而國家電投建設的水光互補光伏電站將水電和光伏發(fā)電“打捆”送出，成功實(shí)現平穩并網(wǎng)、綜合效益多贏(yíng)，這正是融合帶來(lái)的好處。
融合，要破舊立新。構建新型電力系統的融合之路沒(méi)有現成經(jīng)驗可循，如何融合、與誰(shuí)融合都需一步步探索。從小崗村的綜合智慧能源網(wǎng)到戈壁荒灘上光伏產(chǎn)業(yè)園的“光伏羊”，再到核電站輸送能源的首個(gè)零碳濱海新城……國家電投的“清潔能源+”融合實(shí)踐探索出了新思路，也帶動(dòng)了新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)發(fā)展，讓人看到了廣闊前景。
融合，靠眾人拾柴。實(shí)現碳達峰、碳中和，面臨諸多挑戰，靠各自為戰、單槍匹馬不可能成功，需要更多方面相互借力、齊心協(xié)力，共同下好一盤(pán)棋。從中央到地方、從政府部門(mén)到相關(guān)企業(yè)，有關(guān)方面都行動(dòng)起來(lái)，才能最終建立以新能源為主體的新型電力系統，既滿(mǎn)足全社會(huì )用能需求，又守護好祖國碧水藍天。