电力行业碳中和的实施方式和障碍

陈鹏新

摘要：碳中和、碳达峰自2020年9月以来成为了能源行业的热点话题。在能源规划工作中，风、光等新能源得到了大力支持，而煤炭生产却受到了限制。各级政府为了保障煤电机组的满负荷运行，以此来配合有序的用电方案，被迫通过协调资源来促进煤炭的生产和运输，进而确保民生的用电需求。鉴于此，本文就电力行业碳中和的实施方式和障碍展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

关键词：电力行业;碳中和;实施方式

1.电力行业成为碳中和重点行业的原因

（1）电力是最大的碳排放行业。电力行业不仅能够供给能源，同时还消耗能源。发电企业的厂用电和电网企业的网损合计在全社会用电量中的占比超过了10%，电力行业在生产过程中不仅能够产生碳排放，同时资深的电力消耗也会伴随碳排放产生。由此可见，电力行业的减碳降排将是影响碳中和的关键因素。

（2）电力资产具有集中性特点，易于整体考虑政策。国有企业具有高度的社会责任感，在国家政策的落实上从来不打折扣。由于电力企业的资产具有集中化特点，因此，很容易从技术上以及政策上实现集中处理，和其他产业相比具有天然优势[1]。

（3）电力行业具备良好的资金条件和技术条件。电力企业的资金积累雄厚，从而为实现碳中和奠定了良好的基础。同时，电力行业是社会的基础行业，关系到千家万户。如今，电力行业逐步发展电力现货市场，市场所决定的电力价格可以实现用户侧引导，从而推动节能技术的应用。由此可见，电力行业将首先落实碳中和工作，通过实现用户侧引导来改变人民生活习惯和社会生产习惯，逐渐和其他行业结合起来，在碳中和方面实现全社会和谐共振。

2.电力行业碳中和的实施方式

2.1高比例风光新能源是现阶段电力生产侧实现碳中和的必然选择

和其他店员种类相比，尽管风光新能源发电具有天气因素影响大，季节性能源分布不均的特点，而且面临着发电随机性大、出力波动性大的问题，但是，由于风光等新能源具有地域分布广、资源丰富、运行成本小、场址选择受限以及核电较低等优势，从国际层面而言，高峰光电量占比的系统具有一定的运行经验，并且是技术经济条件下实现碳中和的首选店员。由此可见，在电网规划中国家也将风光发电的发展作为一项重点工作，预计于2030年，太阳能与风电发电总装机容量将会超过12亿千瓦[2]。

2.2大电网为主消纳是现阶段高比例风光消纳的唯一选择

为了能够尽可能解决风光新能源波动对用户用电平稳性产生的影响，就需要使用储能技术能有效消除风光新能源的波动性。如今，常见的储能技术主要有电化学储能、物理机械储能以及氢储能，其中，物理机械储能主要是以压缩空气储能、抽水储能和飞轮储能为代表。各项技术都有其优缺点，在具体选择的时候应该结合实际情况予以选用。总之，在可以预见的时间内，从经济性层面而言仍然没有一种储能技术作为风光发电消纳的主要方法，换言之，传统的电力不具备大规模经济存储条件，使用大电网消纳风光发电技术，也就是借助电网的电能输送能力，将风光发电发出的具有随机性以及波动性的电能及时传送到电力需求侧，借助电力系统的可调节性机组的调节能力来实现风光发电消纳。和储能技术相比，大电网消纳风光发电具有明显的经济性，然而，该项技术存在着安全事故，连锁反应风险，并且大电网消纳很容易出现难以划分经济责任的现象。由于储能技术突破的周期通常为20～30年，所以，要想实现30·60目标不能将希望寄予储能技术，要想实现风光发电消纳，仍然需要借助大电网的电能调配技术。

3. 大电网消纳方式的现实障碍和解决方案

3.1高比例风光发电接入系统影响转动惯量的问题及解决方案

为了保障电网处于安全稳定的运行状态，就需要具备足够的转动惯量。电网频率作为保障交流电网运行的关键参数，必须将其控制在恒定范围内。电网转动惯量，也就是系统内同步发电机转子旋转过程中，基于自身转速信号实现的一次调频功能，进而保持电网频率在稳定状态。如今，在世界范围内无转动惯量电网或者低转动惯量电网完全没有运行经验，对于低转动惯量电网，如果在短期内出现电力不平衡问题，就会使电网频率大幅度波动，从而严重影响到系统频率的稳定性，从而引发连锁事故。所以，为了保障交流电网的稳定性，就需要系统配置足够的转动惯量，然而，高比例风光发电可以影响系统的转动惯量。

高比例风光发电机组会导致系统运转惯量下降，為了能够避免大电网运转惯量下降太多，以免威胁到系统的安全，面对高比例风光发电联想系统运转惯量问题，就需要采取如下措施：（1）使用一定比例的火电机组。为了能够达到碳中和目标，电量的产生无需大量的火电机组，但是，为了保障足够的运动惯量，就需要使一定比例的火电机组在线。也就是需要借助大电网消纳风光发电，确保交流电网频率的稳定性，在电网运行的过程中必须具备一定比例的同步发电机。由于核电机组调节空间不足，再加上水电机组具有季节性特点，所以，系统中必须使用和风光发电机组容量比例河里的燃气机组和煤电机组，只有这样才能够确保足够的调节能力和转动惯量，最终提到提高风光发电消纳成本的作用。（2）使用虚拟同步机调解风光发电。为了能够全面保障风光发电的可控性，就需要将虚拟同步技术用在风光发电中，以此来模拟运动惯量的一次调节，尽可能减少对系统的不平衡产生的影响，从而达到提升系统频率稳定性的作用。在风光发电并网逆变器内的控制器中，虚拟同步机是一种模拟同步发电机运行机制，并且在系统中供应短缺时增加风光发电出力，在系统供应过剩时，减少风光发电出力，使用自动控制方法维持平衡的装置，能够提供转动惯量。

3.2高比例风光发电接入系统影响备用问题及解决方案

基于30·60 目标的推算，未来风光新能源装机规模将会达到40%～70%，这样高比例的风光发电接入系统，将会增加系统预留备用比例。随着太阳光照强度的波动，风光在自然风的变化下，如果在同一时期实现二者的叠加，就会导致风光发电出现大幅度波动，甚至会在极端的情况下导致风光发电的处理从最大负荷突然下降到零，从而严重威胁到系统的运行安全，大大增加系统的备用容量需求。为了能够减小新风能源的处理不确定性对大电网备用容量需求的影响，就需要做好如下方面的工作：（1）强化风光处理预测的准确性，这样一来就能够减少系统对备用负荷的影响。（2）提高风光新能源的安全稳定性。在发电过程中，风电光伏大量使用逆变器以及整流器等电子设备，其和常规机组相比，严重缺乏对系统波动的抗干扰能力，尤其是应该提升其低压穿越能力，通过提高风光发电安全性来减少系统对备用负荷的需求。（3）使可调节电源保持足够的容量，并且对其进行灵活改造。使用大电网系统中的可调节性机组调峰能力，能够实现风光消纳，因此，需要将对可调节电源灵活性的改造作为一项重点工作，提高可调节性机组的顶峰压谷能力，尤其是需要提高机组的负荷调整速率，以此来达到提高电网消纳风电能力的作用。

结语

总而言之，为了能够实现 “30·60 目标”，我国正在加快推进能源产业转型升级，这样一来才能够促进电力行业的供给侧结构改革，加速国民经济的发展，因此，广大能源行业从业人员为了促进能源转型升级，必须积极转变生产方式，通过进行能源的自我革新来实现碳中和目标。

参考文献：

[1]丁甜甜，李玮. 经济增长与减排视角下电力行业碳峰值预测[J]. 科技管理研究，2019，39（18）：246-253.

[2]何姣，叶泽. 电力行业碳成本传导的基本原理及均衡模型[J]. 生态经济，2019，35（09）：45-49.

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