無限“風(fēng)光”在未來

最近讀到《德國(guó)能源轉(zhuǎn)型的十二個(gè)見解》，文中表達(dá)了關(guān)于德國(guó)在2050年完成能源轉(zhuǎn)型的十二個(gè)頗有見地的觀點(diǎn)，指出堅(jiān)定不移地發(fā)展以風(fēng)能和太陽(yáng)能為主的可再生能源是德國(guó)能源轉(zhuǎn)型的無可替代的選擇。現(xiàn)實(shí)中，我們也看到，德國(guó)為實(shí)現(xiàn)可再生能源發(fā)展目標(biāo)制定了清晰的路徑，堅(jiān)定不移地將之付諸實(shí)施。2011年6月，德國(guó)議會(huì)通過了關(guān)于能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)的提案，在接下來的40年里其電力行業(yè)將從依賴核能和煤炭全面轉(zhuǎn)向可再生能源，核電站將在2022年底之前逐步關(guān)停。2011年，德國(guó)可再生能源電力占整個(gè)電力消費(fèi)的20%左右，按照國(guó)家設(shè)定的目標(biāo)，未來每十年比例就將提高15個(gè)百分點(diǎn)，2020年這一比例要達(dá)到35%以上，2030年達(dá)到50%以上，2040年超過65%，到2050年，可再生能源電力占比將達(dá)80%以上。而在可再生能源電力中，風(fēng)能和太陽(yáng)能光伏發(fā)電，作為最經(jīng)濟(jì)、最成熟的可再生能源發(fā)電技術(shù)，將奠定德國(guó)能源轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)。德國(guó)有關(guān)部門測(cè)算，到2022年，風(fēng)能和太陽(yáng)能光伏發(fā)電將占可再生能源發(fā)電的70%，其后這一比例將繼續(xù)攀升，直至達(dá)到90%以上。按照該篇文章作者的說法，未來“風(fēng)能和太陽(yáng)能決定一切”。

在文章描繪的未來情景中，為建立風(fēng)能和太陽(yáng)能光伏為基礎(chǔ)的電力供應(yīng)體系，必須徹底改變未來電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使電力系統(tǒng)中其他部分都圍繞風(fēng)能和太陽(yáng)能進(jìn)行優(yōu)化，淘汰后剩余的傳統(tǒng)化石燃料電廠將主要作為備用容量存在，在沒有陽(yáng)光和不刮風(fēng)時(shí)才運(yùn)行，所謂的“基本負(fù)荷”電廠將成為歷史。 當(dāng)然，這一情景也面臨著全新的挑戰(zhàn)，即系統(tǒng)如何增加足夠的靈活性以適應(yīng)可再生能源發(fā)電出力的波動(dòng)特性。針對(duì)這一點(diǎn)，作者指出，當(dāng)前提供足夠靈活性的技術(shù)解決方案已經(jīng)具備，問題的關(guān)鍵不是技術(shù)問題，而在于用合適的激勵(lì)機(jī)制創(chuàng)造公平的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，確保成本效益最佳的技術(shù)方案得到優(yōu)先使用。系統(tǒng)的靈活性，可通過供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)雙方向的各種靈活性方案以及電網(wǎng)擴(kuò)容和儲(chǔ)能來實(shí)現(xiàn)，而目前來看，提高火電廠的靈活性是除電網(wǎng)擴(kuò)容之外最有效的方式之一。通過技術(shù)改造和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)，白煤和褐煤發(fā)電廠的最小負(fù)荷可以分別從目前占裝機(jī)容量的40%和60%降到20%和40%，一個(gè)百萬千瓦規(guī)模的火電廠，5分鐘內(nèi)的最大負(fù)荷變化可以從目前的幾萬千瓦提升到20萬-30萬千瓦，冷啟動(dòng)的時(shí)間可以從目前的10分鐘降低到4分鐘和6分鐘。火力發(fā)電機(jī)組具有提升靈活性的巨大潛力。

在增加系統(tǒng)靈活性的方式選擇上，作者認(rèn)為，在未來相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，與新的儲(chǔ)能技術(shù)相比，通過擴(kuò)容電網(wǎng)將可再生能源電力并入電力系統(tǒng)的成本更低。目前新的儲(chǔ)能技術(shù)造價(jià)高昂，且在中期內(nèi)將居高不下，加之利用率偏低，從系統(tǒng)成本控制的角度看，其經(jīng)濟(jì)性較差，所以應(yīng)該優(yōu)先使用其他經(jīng)濟(jì)性更好的辦法。按照文章的測(cè)算，只有當(dāng)可再生能源電力占比超過70%時(shí)，新的儲(chǔ)能技術(shù)才會(huì)對(duì)德國(guó)電力系統(tǒng)的成本控制起到正向作用。儲(chǔ)能技術(shù)可以是研發(fā)的重要領(lǐng)域，但并不一定是當(dāng)務(wù)之急。擴(kuò)大電網(wǎng)的連接和調(diào)度范圍，不僅可以充分利用可再生能源的區(qū)域資源差異，緩釋可再生能源電力的波動(dòng)性，也能將電網(wǎng)作為“間接儲(chǔ)能系統(tǒng)”，通過市場(chǎng)調(diào)節(jié)使電力在發(fā)電成本高低不同的區(qū)域之間自由買賣。

此外，該文還提出，將電力與供熱相結(jié)合，將大幅提升系統(tǒng)的靈活性。與電能相比，熱能更易于存儲(chǔ)，損耗也更低。在冬季風(fēng)電大發(fā)的季節(jié)，也是熱能需求的高峰，這是兩者天然有利的聯(lián)系。根據(jù)電能和熱能兩方面的需求對(duì)現(xiàn)有發(fā)電設(shè)施進(jìn)行升級(jí)改造并不是什么難題，德國(guó)很多電力公司已經(jīng)在安裝“電轉(zhuǎn)熱”和儲(chǔ)熱系統(tǒng)。

德國(guó)能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的目標(biāo)和實(shí)施策略是具有啟發(fā)意義的。能源行業(yè)決策的實(shí)施需要幾十年的時(shí)間，今天的行動(dòng)需要若干年后才能初見效果，所以，我們必須從國(guó)家戰(zhàn)略的高度規(guī)劃我國(guó)可再生能源發(fā)展的具體路徑，及早決策，及早實(shí)施。如果還是按照既定思維去規(guī)劃未來的發(fā)展，將來轉(zhuǎn)型的代價(jià)將更大，我們要以時(shí)不我待的精神去推動(dòng)各項(xiàng)工作，唯有如此，才不會(huì)錯(cuò)失我國(guó)能源轉(zhuǎn)型的歷史機(jī)遇。

無限“風(fēng)光”在未來

文/秦海巖