突破关键核心技术 推进电力系统转型

　　编者按：在近日举行的2022碳达峰碳中和论坛暨深圳国际低碳城论坛上，中国工程院院士、电力系统电力电子技术专家汤广福通过视频发表了主题为《“双碳”目标下我国电力系统清洁转型发展路径》的演讲，分析我国电力系统转型路径。本报摘录整理演讲内容，以飨读者。

　　电力系统转型发展路径包括三个阶段：到2030年前为转型期，届时新能源装机规模占据主要地位，灵活性电源和需求稳步提升；到2050年前为形成期，届时新能源电量占比跃居首位；到2060年为成熟期，届时风光发电量占比提升至60%，新能源成为电力、电量责任主体。

　　提升火电灵活性

　　发展非化石能源和储电

　　在能源清洁生产方面，2020年我国火电发电量占比高达71.2%，因此，转型必须在发挥火电基础作用的同时，充分提升其清洁化和灵活性调整能力。必须大规模发展风光发电，预计风光装机总量占比到2035年为52.5%、到2060年72.5%。风光装机到2030年会超过火电，成为第一大装机主体；发电量到2040年超越火电，成为第一大电量主体。

　　非化石能源电量到2030年占比达46%，2060年占比达94%，这就是我们的目标。预计火电2030年达峰，装机15.8亿千瓦，其中煤电2030年达峰，为13.7亿千瓦，然后进入快速下降期。气电2040年达峰，约3亿千瓦。水电2045年基本开发完毕，约5亿千瓦。核电2050年达峰，约2.3亿千瓦，后稳步推进到2060年增至4亿千瓦以上。

　　当前我国灵活电以储电和燃气为主，占比不足4%，难以支持更高比例的新能源消纳。因此需要大力发展燃气和储电发展，预计2030年储电的装机将超过1.2亿千瓦，2060年各种机构预测差距比较大，可能超6亿到8亿千瓦，成为重要的融合电源。与此同时还要研制具有灵活调整能力的火电机组，到2060年7亿千瓦装机的火电大部分转变为灵活电源，同时还有储能和氢能结合，使电源容量达到20亿千瓦以上，可以有效支撑到2060年风电光伏约50亿千瓦装机容量的消纳。

　　突破关键技术

　　研究系统形态演化

　　需要突破的关键技术有很多。

　　在电力能源清洁生产方面，一是发展风电核心组件和技术。开展深海风电场成套关键技术研究及示范，实现10兆瓦及以上风机变桨系统、主轴承、超长叶片等“卡脖子”组件和材料自主化，为风能规模化开发提供支撑。

　　二是开发变革性发电技术。实现30%的高效稳定钙钛矿晶硅叠层光伏组件制备，推动变革性技术光伏电池的规模化应用，促进电源清洁化发展。

　　三是攻克煤炭高效灵活发电技术。实现煤炭发电调节范围、速度与燃气发电相当，支撑煤炭从兜底保供向安全、低碳、高效的灵活电能转变。

　　四是突破碳捕集利用与封存技术。实现低能耗二氧化碳捕集与封存技术开发，为2060年碳中和目标实现提供兜底保障。

　　在电力能源传输方面，到2030年必须加强电网对清洁能源的调节能力，保障新型电力系统稳定性。2060年我国电网系统电源将以新能源为主，接入频率相对固定的交流电时，需要大量电力电子变换器进行多重变换，因此必须增强电网的变频特性。

　　西电东送在相当时间内会持续增加。跨区输电容量在2030年、2060年预计分别达到2.7亿千瓦到6亿千瓦，2060年西北跨区外送直流规模约为当前的2.5倍以上，东中部2060年用电需求将达到9.4万亿千瓦时，海上风电、分布式光伏发电仍然不满足本地的电力需求，跨省电力呈现逐渐增大趋势，到2040年以后趋于平稳。

　　2030年前电网形态以混合大电网为主，局部电网仍分区，2040年后多端直流、多能互补形态基本是明确的，2060年有多个区域同步电网、多个分区电网通过直流异步互连。

　　要研究新型电力系统形态演化分析方法。鉴于新能源比重提升，提出适应50%以上新能源电量占比的形态及其基础理论。攻克西电东送特高压输电关键技术，支持特高压直流有效发展；突破柔性输电装备关键技术，大幅提升系统的柔性能力；还要突破绿氢与储能技术，实现储能的规模化电力存储，满足新型电力系统削峰填谷、消纳可再生能源的需要。

　　发展数字化智能化技术

　　保障能源供需平衡

　　在电力能源供需方面，通过电力系统的数字化、智能化技术使消费侧灵活参与电网互动。电能占比由27%提升到2060年的79%，届时全社会用电量预计达到15.7万亿千瓦时，需求响应比例在2060年达15%，这是非常大的资源。分布式电源持续提高，各类负荷聚合商快速发展，参与市场竞争。

　　要突破打造“电、热、氢、气”多联供技术，实现多类型能源之间互联互通，构建覆盖“产、输、储、用”全链条的能源互联网+，实现综合能源系统平均能耗降低20%以上。突破“人、车、桩、网”协同互动技术，构建“源、网、荷、储”互动平台，实现可调节资源规模化接入、有序充电、辅助调频、削峰填谷等等。突破地理信息及数据虚拟技术，实现能源数据与物理闭环的感知、分析、控制，打造安全、高效、共享、共赢的能源数字化应用生态。

　　南网传媒全媒体记者 帅泉 综合深圳国际低碳城市论坛微信公众号整理