关于我国清洁能源发展相关问题的探讨

第 23 卷 关于我国清洁能源发展相关问题的探讨 舒 畅 （ 清华大学 电机工程与应用电子技术系，北京 100084） 摘 要 我国以煤炭等化石能源为主的传统能源结构已难以支撑未来国民 经济的平稳较快发展 。就发 展清洁能源的相关问题进行了探讨，提出大力发展清洁能源已成为我国可持 续发展的重要举措，尤其 对保障能源安全 、调整能源结构 、促进节能减排等具有重要作用 。重点分析了清洁能源发展面临的主 要问题，包括系统调峰能力 、跨区输电通道建设 、清洁能源统筹规划 、配套政策体系等；针对不同的 问题，提出了解决问题的可行性建议与思路 。 关键词 清洁能源；电网；风电 中图分类号 TM73； F123.9 文献标志码 A Relevant Issues of Clean Energy Development in China SHU Chang （Dept. of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China） Abstract The traditional energy structure which mainly consists of coal and other fossil energy is becoming difficult to support the steady and rapid economic development of China. The relevant issues about developing clean energy are discussed and it is concluded that developing clean energy is an important measure for China’s sustainable development, and will play a critical role in ensuring energy security, adjusting energy structure, promoting energy conservation and emission reduction. The key problems of clean energy development are analyzed, including the peak load regulating capability of power system, cross-region power transmission corridor construction, integrated planning of clean energy and supporting policy systems. And some feasible suggestions and methods are put forward. Keywords clean energy; power grid; wind power 0 引言 “十 二 五 ”是我国能源实现战略转型 、推进科学 发展的关键时期 [1] 。我 国 政府明确了争取到 2020 年 非化石能源占一次能源消费的比重达到 15左右 、 单位 GDP 的 CO 2 排放量比 2005 年 下降 40～45的 目标 。为了实现我国承诺的 2020 年能源结构调整及 温室气体排放控制目标，我国电力工业亟须加快转 变发展方式，着力发展清洁能源，优化煤电布局， 进一步提高电网的能源资源优化配置能力 。 我国清洁能源资源丰富，具备大规模开发的潜 力 。我国水能资源技术可开发量超过 5.4 亿 kW，居 世界首位 。我国待开发的大型水电基地主要分布在 西南地区，可在保护生态的前提下加快发展 。核电 厂址资源丰富，现有厂址可支撑装机 1.6 亿 kW 以 上，经过进一步勘察选址，远期可满足 4 亿 kW 装 机，可在确保安全的基础上高效发展核电 。我国 陆上和沿海 50 m 高度风能资源潜在可开发量超过 文 章 编号 1674-8441201109-0020-04 收稿日期 2011-07-26 能 源 技 术 经 济 Energy Technology and Economics 第 23 卷 第 9 期 2011 年 9 月 Vol．23 No． 9 Sep. 2011战 略 与 规 划 20 第 9 期 25 亿 kW，主要分布 在 “三北 ”（东北 、西北 、华北北 部）和东部沿海地区 。我国太阳能资源非常丰富，主 要分布在西藏 、青海 、新疆 、甘肃 、内蒙古等省区， 可开发装机规模超过 20 亿 kW。 本文将针对清洁能源发展中亟待解决的热点问 题进行探讨，提出促进清洁能源高效发展的措施， 为我国科学开发利用清洁能源提供参考 。 1 大力 发展清洁能源的必要性 包 括水能 、核能 、风能 、太阳能及其他可再生 能源等，清洁能源大多需要转化为电力加以使用 。 由于风能 、太阳能等清洁能源具有随机性和间歇性 的特点，其大规模 、基地式开发方式，使我国风电 等清洁能源在发展初期就面临技术和经济等复杂问 题的挑战 [2] 。 1.1 未来我国能源需求将持续增长，但常规化石 能源供应能力难以支撑经济社会较快发展 我 国能源需求增长迅速 。受资源储量 、生态环 境 、开发条件等诸多因素的制约，我国常规化石能 源可持续供应能力难以满足未来国内日益增长的能 源需求 。考虑各种制约因素，预计未来我国常规化 石能源可持续供应能力约 36 亿 tce，而通过开发利 用清洁能源，预计到 2020 年，我国清洁能源的开发 利用总量可达 6.7 亿 ～7.4 亿 tce，可填补能源供应缺 口的 60～70，有效保障能源供应安全 [3] 。 1.2 中东部地区生态环境问题突出 、煤电运紧张 反复出现，能源与电力发展方式亟须改变 2008 年 的数据显示，我国中东部地区的 SO 2 平 均 排放量为 7.0 t/km 2 ， 而主要煤炭产区的 SO 2 排 放量 仅为 1.4 t/km 2 。全 国酸雨分布区域主要集中在长江沿 线及以南和青藏高原以东地区，基本位于华东 、华 中 、南方电网覆盖的负荷中心地区 。但中东部地区 的环境压力使得火电发展空间十分有限 。 此外，煤炭开采地距离中东部电力负荷中心较 远，需大规模 、长距离运输，从而加重了沿途及受 端地区环境污染 。 长期以来，我国煤炭直接外运在能源运输中占 据绝对地位，煤炭就地转化为电力输送的比例过低 [4] 。 这 是造成煤电运紧张问题反复出现的重要原因，严 重影响了电力安全保障能力 。2010 年 “三西 ”地区 （含宁东）通过铁路和公路外调煤炭约 14 亿 t，输出 电量约 1 700 亿 kWh，折合煤炭 0.7 亿 t，输煤输电 的比例约为 20∶1，输电在能源输送中的比例不足 5％ [5] 。高 度依赖铁路输煤导致煤运通道长期处于饱 和状态，有些线路甚至超负荷运行，而节假日的客 运高峰 、突发的自然灾害等情况常造成中东部地区 电煤供应紧张 。因此，我国过度依赖输煤的能源配 置方式和就地平衡为主的电力发展方式亟待转变 [6] 。 1.3 我国政府确定了能源清洁化 、低碳化的战略 目标，发展清洁能源是必然选择 2009 年 我国提出了减少 CO 2 排 放量的中长期发 展目标 。国民经济和社会发展第十二个五年规划纲 要 中明确提出到 2015 年非化石能源占一次能源消 费比重达 11.4的约束性指标 。同时提出 “推动能源 生产和利用方式变革，构建安全 、稳定 、经济 、清 洁的现代能源产业体系 ”。 世界范围内正在掀起清洁能源发展浪潮，各能 源消费大国都将发展清洁能源作为拉动经济增长 、 带动就业 、保障能源安全和降低温室气体排放的重 要途径，美国 、欧盟都提出了中长期可再生能源发 展目标 [7] 。我 国正在规划建设 8 个千万千瓦级风电基 地，东中部地区核电和西南地区大型水电也将继续 加快开发，未来西北部地区还将建设大规模太阳能 发电基地 。 2 清洁 能源发展亟待解决的问题 我 国清洁能源发展呈现集中规模开发为主 、分 散式开发为辅 、就地消纳与跨区输送并重的总体特 点 。由于各方面的原因，在清洁能源快速发展中遇 到了一些亟须解决的问题 。 2.1 系统调峰能力不足，需要加快发展调峰电源 随 着经济社会发展，电力负荷峰谷差逐年加大 。 当前我国电源结构以火电为主，而火电机组中存在 热电联产机组，在冬季为了满足供热需求，发电出 力调节困难；水电在丰水期一般不参与调峰，而水 利枢纽工程发电受防洪 、灌溉 、航运等综合调度影 响，使得我国水电的整体调峰能力受到很大限制； 从保证核电站安全高效经济运行的角度考虑，核电 战 略 与 规 划舒 畅关于我国清洁能源发展相关问题的探讨 21 能 源 技 术 经 济 第 23 卷 基 本不参与调峰 。而风电和太阳能发电出力具有随 机性 、间歇性的特点，接入电网后对调峰提出了很 高要求 。清洁能源的大规模发展使系统调峰能力不 足问题更加突出 [8-10] 。 2.2 大容量 、跨区域 、远距离输电能力滞后，需 要加快特高压输电通道建设 我 国水能 、风能 、太阳能等清洁能源分布集中 、 与负荷中心距离较远，本地消纳规模有限 。目前， 我国电力跨区输电能力尚未完全适应清洁能源大范 围消纳的需要 。而 “三北 ”地区风电 、西南地区水 电等清洁能源的大范围消纳，必须依托跨区电网远 距离外送 。近期，为实现全国风电开发规模目标， 需要跨省跨区外送规模在 60以上 。 2.3 风电等清洁能源发展缺乏统筹规划 以风电为例 ，在统筹规划方面存在以下问题 。 （ 1） 风电开发缺乏统一规划 。当前，地方政府 规划容量普遍大于国家规划，企业规划又远大于政 府规划，项目开发布局和建设时序难以把控 。同时， 大型风电基地存在 “化整为零 ”情况，使得电网难 以统筹考虑风电基地送出方案，给风电并网和消纳 带来困难 。 （ 2） 风电规划与电网规划不协调 。风电规划侧 重于对风能资源的规划，忽略了市场消纳和与输电 规划的衔接，制约了风电在更大范围内的消纳 。风 电项目和配套电网送出工程实行分别核准，项目进 度不协调，进一步加大了风电送出和消纳的困难 。 （ 3） 风电规划与灵活调节电源规划不协调 。风 电发展客观上需要一定规模的灵活调节电源与之相 匹配 。我国风资源丰富的 “三北 ”地区电源结构以 火电为主，东北地区煤电比重超过 80，华北地区 煤电比重超过 90，灵活调节电源严重缺乏，需要 加强风电与灵活调节电源的统一规划 。 2.4 支持清洁能源发展的政策有待配套 我 国清洁能源政策需要进一步加强规范 、注重 综合协调 。目前，全额保障性收购可再生能源的实 施细则尚未出台，需要加快明确与完善，以保障电 力系统的安全性与经济性 。此外，我国对清洁能源 开发的激励政策忽视了对输电环节 、常规电源辅助 服务的激励，为清洁能源发电提供的调峰 、调频等 辅助服务还没有建立完善的定价和补偿机制等 。 3 促进 清洁能源高效发展的措施 3.1 发展调峰电源 为 了实现清洁能源大规模发展，必须优化电源 结构与布局，在保障系统安全稳定运行的前提下， 充分利用其他电源的调节能力，以解决清洁能源大 规模发展带来的系统调峰问题 。为了提高电力系统 消纳清洁能源的能力，需在清洁能源外送的送端与 受端地区统筹建设抽水蓄能 、燃气发电等调峰电源， 并合理配置各类调峰电源规模 。 （ 1） 发展蓄能电站 。抽水蓄能电站具有调峰 、 调频 、事故备用 、黑启动等多种功能，且响应速度 快，具有良好的负荷跟踪能力 。为满足风电大规模 并网后系统的调峰需求，以及系统的经济高效运行， 在 “十二五 ”期间，我国需要加大抽水蓄能电站建 设力度 。为促进风电发展，抽水蓄能电站的发展规 模和布局要充分考虑站址资源的分布及各区域电力 供应结构的特点 。在华北 、华东 、华中 、南方电网 覆盖地区，大力发展抽水蓄能电站；在东北和西北 地区，为适应清洁能源的大规模开发，也需要在条 件较好的地区加快建设抽水蓄能电站 。 （ 2） 发展燃气发电电站 。燃气发电具有良好的 调节能力和调峰性能 。燃气轮机从启动到带满负荷 运行，一般不到 20 min，快速启动时，时间可更短， 因此能较好地发挥系统备用和调峰的作用 。在天然 气供应有保障 、电价承受能力强的地区，应建设一 定规模的燃气电站，并充分发挥燃气发电机组启动 迅速 、调节方便的优势，承担系统备用的任务 。 3.2 加强电网建设，扩大清洁能源消纳范围 我 国清洁能源资源分布与电力负荷中心分布不 一致，随着清洁能源的大规模集中开发，需要加强 配套电网建设，以扩大消纳范围和规模 。为提高清 洁能源发电的消纳能力，需要在送受端电网 、跨省 跨区电网等方面进行完善 。 （ 1） 加强送端电网建设，即加强能源资源富集 地区的电网建设，把清洁能源资源大范围有效汇集 起来，使得清洁能源发电的不稳定性降低，提高整 个系统消纳清洁能源发电的能力 。大范围汇集入网 可以促进清洁能源发电出力的互补关系，提高送出 的电力品质 。 战 略 与 规 划 22 第 9 期 （ 2） 优化输送通道电网建设， “三北 ”地区的煤 电资源丰富，同时也是风电 、太阳能开发的重点地 区 。未来通过对 “三北 ”地区煤电基地输电通道的 建设，使风电等清洁能源和煤电共用输电通道，不 仅可以缓解我国铁路 、公路电煤运输的压力，也可 以很好解决跨区输送清洁能源的问题 。 （ 3） 受端电网建设，华北 、华东 、华中存在一 定的季节差和时差，系统负荷最大 、最小值出现的 月份和时段不同 。建设 “三华 ”特高压同步电网， 可以错峰 、降低峰谷差，同时加强各区域电网电源 调节能力的互补，提高系统对清洁能源的消纳能力 。 3.3 实施清洁能源和常规电源的联合开发 、输送 清 洁能源开发需要同其他电源相配合，降低电 力供应成本，实现电网的高效经济运行 。由于风电 、 太阳能发电出力具有随机性和间歇性特点，年发电 利用小时数低，导致单独输送时输电通道的利用率 较低，并使系统在频率控制 、电压调节 、安全稳定 等运行方面难度加大 。综合考虑各种能源资源分布 、 技术经济条件， “三北 ”地区的风电等清洁能源适宜 与当地的火电等联合外送，以提高输电线路的利用 效率，降低输电价格 。 3.4 完善清洁能源法律规范和政策体系 为 保障清洁能源发展能有良好的政策环境，需 要修改 、补充 、完善相关规划 、管理 、政策措施 。 （ 1） 健全政策法律法规体系 。提出全额保障性 收购实施细则与跨省区消纳的价格机制，制定合理 的风电送出电价政策，合理核定风电接入系统及大 型风电基地送出工程的补偿价格水平；建立电源辅 助服务补偿机制，补充并网机组须满足并网技术要 求，鼓励消费者使用清洁能源的相关法律条款 。 （ 2） 制定科学的发展规划 。加强中央与地方的 统一规划 。国家规划应明确发展的时间阶段与发展 规模，为地方规划提供指导；加强风电等清洁能源 与其他电源 、电网的统一规划，加快特高压跨区输 电 、调峰电源及智能电网建设 。 （ 3） 加强并网管理的程序化和规范化 。在清洁 能源接入系统设计阶段，严格执行清洁能源并网技 术规定，明确相关技术方面的要求；在项目实施阶 段，尽快出台清洁能源发电并网的国家标准，规定 新能源发电设备和发电场要通过检测；在项目运行 阶段，严格执行清洁能源并网运行规范与流程，建 立相关的责任和考核机制，实现电网对风电等清洁 能源的可测 、可控与可调 。 4 结语 “十 二五 ”期间是实现我国能源结构调整和电力 发展方式转变的重要战略机遇期 。积极开发利用清 洁能源，对于调整我国能源结构 、保障能源供应安 全 、促进节能减排具有重要意义 。加快清洁能源发 电基地开发和特高压电网建设，实现全国范围的能 源资源优化配置，构建安全 、稳定 、经济 、清洁的 现代能源产业体系，将有力推动经济社会的可持续 发展，为全面建设小康社会提供坚实的能源保障 。 参 考文献 [1] 国网能源研究院 . 实现 2020 年 15％非化石能源目标路径研究 [R]. 2010. 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