國網能源院《中國能源電力發展展望2020》指出:能源系統對我國實現碳排放目標起決定性作用,電力是未來能源系統碳減排的主力。華北電力大學研究指出:電力部門要在2050年前實現零排放、2060年前實現一定規模的負排放,才能支撐整個能源系統實現碳中和。全球能源網際網路發展合作組織經濟技術研究院院長周原冰表示,要實現“2030年前碳排放達峰、2060年前碳中和”目標,我國煤電裝機必須在“十四五”達峰,並在2030年後快速下降。
官方資料顯示,“十三五”以來,中國非化石能源消費比重正逐步提高。2019年,中國非化石能源佔一次能源消費比重為15.3%,非化石能源發電裝機容量佔比為42%、非化石能源發電量佔比為32.7%。按照我國提出的“2030年碳達峰,2060年碳中和”目標倒推,我國煤電裝機必須在“十四五”達峰,並在2030年後快速下降。清華大學低碳經濟研究院研究結果顯示:到2030年,非化石能源發電量佔比將達到45%-50%;2035年後,非化石能源發電量佔比將超過化石能源。到2050年,中國將接近實現碳中和,非化石能源發電量佔比將達到90%左右;其中,可再生能源結構佔比將達到70%以上。
隨著高比例、間歇性和波動性的風電與光伏在電力系統中的比重不斷增加,煤電機組佔比逐步降低,電力系統的安全、穩定、高效、經濟執行和供應將面臨嚴峻挑戰。國家電網有限公司總工程師陳國平在《現代電力系統的問題、挑戰與發展方向》報告中指出:新能源波動大、我國靈活調節電源佔比低,電力系統調節能力嚴重不足;直流、新能源缺乏常規電源的慣量、調頻、調壓等功能,導致系統調頻調壓能力持續下降;新能源出力不確定性強,電力供應保障難度不斷增加。現代電力系統自身發展重構需要圍繞解決3個關鍵問題:系統慣量、調節能力、支撐能力。
太陽能熱發電是集清潔發電、大規模廉價環保儲能和同步機併網發電為一身的可再生能源發電方式,具有電力輸出穩定、可靠、調節靈活的天然特性,可為電力系統提供可靠、低碳的保障與支撐,尤其在高峰用電支撐方面,可以發揮煤電的作用。根據我國2018年投產的三座太陽能光熱發電示範專案的驗收結果,光熱機組調峰深度最大可達80%;爬坡速度快,升降負荷速率可達每分鐘3%~6%額定功率,冷態啟動時間1小時左右、熱態啟動時間約25分鐘,調節效能優於煤電。
專家指出:對應碳中和目標,供電碳排放必須從600克/千瓦時下降到100克/千瓦時,甚至50克/千瓦時。公開資料顯示,太陽能光熱發電全生命週期二氧化碳排放強度最低,僅為17克/千瓦時,是真正低碳清潔的發電技術。
陳國平就在上述報告中提出:大力發展具有傳統同步電源特性的太陽能熱電源。而就在3月1日國家電網公司釋出的《國家電網公司碳達峰、碳中和行動方案》中也提到:加快能源技術創新,提高新能源發電機組涉網效能,加快太陽能熱發電技術推廣應用。提升靈活調節電源的比重,建設調峰電源,發展“新能源+儲能”、太陽能熱發電,提高系統調節能力。
我國投產的太陽能熱發電示範專案已經驗證了“太陽能熱發電能夠克服其他可再生能源‘看天吃飯’的缺陷,實現連續24小時連續發電”的優勢和價值。帶9小時儲能、裝機容量5萬千瓦的中廣核德令哈光熱發電示範專案連續執行772.6小時;帶有7小時儲能、裝機容量5萬千瓦的青海中控德令哈光熱電站實現了292.7小時的不停機執行;首航高科敦煌10萬千瓦光熱電站以平均負荷率60%左右實現了不停機執行216小時。
在國外,我國上海電氣總承包建設的迪拜太陽能熱發電專案中標電價已經跌破兩位數,達到7.3美分/kWh。該電價較此前摩洛哥努奧太陽能熱發電專案的平均中標價15.67美分/kWh(當時太陽能熱發電專案的最低電價水平)下降了53%。作為迪拜2050年能源戰略的重要組成部分,該太陽能光熱光伏混合專案採用了分時段電價,其中,太陽能熱發電站必須能夠從下午4點到次日上午10點期間發電,從而發揮太陽能熱發電成本有效的儲能設計,享受9.2美分/kWh的電價。在節能減排方面,該專案每年將減少二氧化碳排放160萬噸,二氧化硫排放11萬噸,PM顆粒物2900萬噸,二氧化氮5萬噸。
受到迪拜太陽能熱發電專案的影響,沙特近期宣佈,在計劃招標的2700MW可再生能源專案將全部轉為太陽能熱發電專案,主要原因也是帶有儲能、出力平穩可靠的太陽能熱發電專案中標價格已經在迪拜實現了價格低廉(2019年沙烏地阿拉伯招標的第一批專案都集中在風能和光伏領域)。
智利能源部長Juan Carlos Jobet也曾公開表示,“我們的承諾是到2040年關停所有燃煤發電廠;到2030年可再生能源將佔智利能源總量的70%。發展可再生能源的同時必須要注意解決可再生能源的間歇性問題,而太陽能熱發電技術無疑將發揮核心作用,因為它能夠保證全天候能源供應。因此,我們相信太陽能熱發電將會變得越來越重要,按照我們的預計,到2050年智利能源組成將有20%以上來自太陽能熱發電。”
擁有全球最大的太陽能熱發電裝機容量的西班牙,為實現能源轉型,宣佈將重啟太陽能熱發電市場,計劃2030年前透過招標(此前為固定上網電價)完成5GW太陽能熱發電裝機目標。與此同時,歐盟和美國一直將先進太陽能熱發電技術研究作為技術研發的資助重點,從而保持在太陽能熱發電領域的技術領先地位。
電力系統專家指出:風力發電和光伏發電具有“極熱無風”、“晚峰無光”等特點和“大裝機、小電量”特徵,隨著佔比提高,調峰和電力電量平衡保障的難度加大。高比例可再生能源併網下,太陽能熱發電的電力支撐效益顯著,有望成為部分地區主要的調節電源重要選項之一,可以起到“利用可再生能源消納間歇性可再生能源”的作用。太陽能熱發電能夠發揮和火電一樣在保供應方面的作用,作為支撐高比例可再生能源發展,保供電的“壓艙石”。近日,國家能源局綜合司在《關於2021年風電、光伏發電開發建設有關事項的通知(徵求意見稿)》中也提出,推進“光伏+光熱”等示範工程,進一步探索新模式新業態。
太陽能熱發電電力品質好,靈活可控的特點使太陽能光熱發電併網既具有可再生能源效益又具有靈活性效益。在可再生能源高佔比的電力系統中將起到越來越重要的作用。正如新華社發表題為《戈壁灘上“種太陽”——中國探索太陽能光熱利用新技術》的文章寫道,作為清潔能源大家庭中的“新寵”,太陽能熱發電有望在未來扮演更重要的角色。(作者:太陽能光熱聯盟常務副理事長兼秘書長 杜鳳麗)