东北电网清洁能源发展现状、趋势及关键技术探讨

李岩春 窦姿麟

国家电网公司东北分部 辽宁 沈阳 110180

引言

随着“双碳”政策在全球的推进，清洁低碳已成为世界各国能源发展的必然趋势。我国东北地区可再生能源资源丰富，黑龙江、吉林、蒙东两省一区均是国家规划的千万千瓦级风电基地，风能、太阳能等新能源资源丰富，发展前景广阔。在过去十多年的努力建设中，东北地区清洁能源发展迅速，规模日益扩大。但大规模新能源电力接入电网，电力系统安全运行面临挑战。如何缓解清洁能源发电带来的电网压力，提高对清洁能源的利用率，是东北电网清洁低碳能源转型面向的难点。因此，本文将立足于东北电网清洁能源开发利用现状，结合我国“能源清洁低碳转型”发展趋势，通过对关键技术的探讨，明确问题的解决方法，为促进东北地区电网向清洁低碳化转型提供参考。

1 东北电网清洁能源发展现状

1.1 东北能源情况与开发利用现状

东北地区清洁能源以风能、光能为主。随自2016年《可再生能源法》实施以来，东北电网风电逐步迅速：截至2017年，风电总装机量和总发电量达到1786万千瓦和345亿千瓦时，分别是2005年的53倍和68倍，风电已经成为第一大可再生能源。光伏发电起步稍晚，但随着2013年光伏标杆电价的落地，也进入了快速发展阶段：到2017年光伏发电总装机量和发电量，分别达到了2013年的127倍和319倍。

从数据上来看，2019年底东北地区的光伏装机量达到了7.8GW，占全国总量的4.48%，风电装机是18.73GW，占全国的10.16%，在我国风电、光电基础建设中占有重要地位。

1.2 存在的主要问题

1.2.1 能源消费结构不合理。从全能源消费结构来看，煤炭仍是东北地区主要消费能源，占比始终维持在70%以上，高出全国平均水平，清洁能源消费占比偏低，地区能源消费结构不合理。大量煤炭在小锅炉、小窑炉及家庭生活等领域散烧使用，污染物排放严重，电能替代任务艰巨。

1.2.2 本地清洁低碳能源利用率不高。风能、太阳能资源丰富，且已在发电领域取得了快速发展，但总体利用效率不高，“重建设、轻利用”的情况较为突出，供给与需求不平衡、不协调，致使清洁能源可持续发展的潜力未能充分挖掘。

1.2.3 冬季光伏发电软肋突出。但受到东北地区的气候特性和高维度地势影响，在冬季低温、光照强度低且时间短的情况下，光伏供电普遍存在综合效率低下的问题，为当地光伏产业进一步投资和发展造成了阻碍。

2 清洁低碳能源发展对东北电网的意义

2.1 清洁低碳能源发展趋势

清洁低碳能源发展是国家所倡导的趋势。国家发展改革委、能源局在《能源生产和消费革命战略（2016-2030）》[1]中指出“构建清洁低碳新体系”的目标，以促进我国能源发展从总量扩张向提质增效的转变；国家发展改革委、司法部在《关于加快建立绿色生产和消费法规政策体系的意见》[2]中指出，加大对分布式能源、智能电网、储能技术、多能互补的政策支持力度，大力促进能源清洁发展。

从能源发展趋势和国家碳减排政策来看，东北电网推进清洁能源发展是必然趋势，且需配套区域内电力市场改革，加快公关清洁能源发展及利用的关键技术，助力实现“双碳”目标。

2.2 清洁低碳能源发展意义

当前，东北电网清洁能源发展正按照“立足现实优存量，推进煤炭清洁高效开发、集中利用”的指导思想逐步部署，在其多数地区已利用多种优质能源替代民用散煤，并大力推广煤改气、煤改电工程。该措施是发展当地清洁能源的重要方式，能够推进当地能源供给的结构性改革，并以能源改革推动经济高质量发展。

同时，东北电网的清洁能源发展与国家“双碳”战略目标一致，是破解资源环境约束、治理大气和水污染、推进生态文明建设的需要，也是积极应对气候变化、实现长期可持续发展的需要。因此，清洁低碳能源发展对东北电网、东北地区能源改革以及生态、经济等多方建设具有重要意义。

3 东北电网清洁低碳能源发展关键技术探讨

3.1 大规模储能技术

储能设备在东北地区大规模风光电并网过程中起到重要作用，其通过灵活改变输出功率大小将波动性出力部分平抑，可有效保证电网安全稳定运行。目前常见的储能技术包括：①以抽水蓄能、压缩空气储能为代表的物理储能技术；②以超级电容、超导磁储能为代表的电磁储能技术；③以铅酸电池、锂电池等为代表的电化学储能。其中，物理储能技术受地理位置制约严重，与东北地区的地质结构和环境要求偏差较大，无法应对当地清洁低碳发展；新型电磁储能技术成本高，容量小，但仅适用于小规模储能及民用设施；电化学储能是目前储能发展的重点方向，种类最多，发展速度最快，灵活性最强，能够应对不同条件下的电网需求。因此，以电化学储能为主的大规模储能技术是东北电网发展清洁能源的关键技术之一。

3.2 多能互补能源协同优化技术

东北电网欠合理的能源消费结构直接限制了清洁能源发展，因此需要充分利用各类清洁低碳能源、火电机组以及其他能源装置，构建多能协同的互补结构，提高能源综合利用率，满足用户侧的电、热、冷、气等多种能源需求。

通常，多能互补分为综合能源系统基地多能互补技术和终端一体化多能互补技术。综合能源系统基地多能互补技术是将分布式能源、化石能源、天然气系统相结合，最大程度发挥各类能源特点，实现风光—水—火—储等多种能源协同互补[4]。终端一体化多能互补技术是面向用户侧末端电、热、冷等多种能源，并采用冷热电联产等相关技术，实现能源梯级利用[5]。考虑到东北地区风光资源优势以及实际供热需求特点，多能互补技术呈现形式以能源的时域特征互补和功能互补为主，如表1所示。

表1 东北地区多能互补技术实现形式

3.3 新型电力系统规划技术

传统电网规划以供应侧优化为主，以满足负荷需求。随着新型电力系统建设，电力系统的智能化、双向互动化、能源耦合化是必然趋势。因此，新型电网规划需进一步考虑以下规划因素：

3.3.1 从整体布局上协调东北地区能源规划、电网规划、新能源发展规划相互关系，通过对东北地区能源结构调整以及未来发展阶段的深度剖析，执行对含清洁能源电力网络的统一规划和分阶段建设路线，并考虑清洁能源消纳潜力和电力市场机制的激励程度。

3.3.2 关注电网传输效率的影响，通过历史趋势分析、传输效率需求分析、未来情景演变分析等方法构建能源供给的发展路径，建立与电网协调的能源供应新模式，提高能源开发和利用效率，缓解东北地区的发电资源与用电负荷区域成逆向分布的关键难点。

3.3.3 紧紧围绕低碳能源革命要求，通过考虑当前用能模式转变，基于需求侧资源调节潜力和需求侧响应机制分析，结合低碳运行和碳减排要求，从全局目标和需求侧负荷精益化管理的角度推进新型电力系统规划的科学性。

3.4 新型清洁供暖技术

结合东北地区巨大的供暖和生活用热需求，新型清洁供暖技术以“太阳能光热+辅助热源”的形式实现。通过安装太阳能集热器，并配套电锅炉、电采暖等电能替代设备，能够在白天充分利用太阳能光热直接转换技术，对用户室内进行供暖，避免了大量集中式供暖带来的碳排放问题，也缓解了大量电能替代设备造成的电网压力。当太阳能充足时，通过蓄热设备对富裕热量进行存储供夜间使用；当太阳能不足且蓄热量供应乏力时，通过电辅热的方式进行供暖补充，尤其夜间可充分对风电进行消纳，提高清洁能源利用率。

新型清洁供暖技术是推进东北地区清洁低碳发展的关键技术[6]，其推广不受外部能源和区域限制，在太阳能充足时能实现真正的零碳排放。

4 结束语

本文在深度剖析东北电网清洁低碳能源发展现状的基础上，分析了“双碳”政策下清洁能源发展的政策导向和建设趋势，指出了东北电网清洁能源发展在“推进本地能源结构转型、推动经济发展、助力国家碳达峰”等方面的重大意义，探讨了东北电网清洁低碳能源发展的四大关键技术构成，包括大规模储能技术、多能互补能源协同优化技术、新型电力系统规划技术和新型清洁供暖技术，从东北电网实际特点和地区特点出发，分析了关键技术的实施侧重点和应用前景。