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能源轉型與新型電力系統
從概念上來講，我們構建新型電力系統，實現能源的轉型，儲能它究竟在其中是個什么定位？應該往哪個方向去發展？是不是按照現在這個狀態，千軍萬馬大家浩浩蕩蕩都在做儲能行不行？風險在哪里？還有一個，新型電力系統實際上從技術層面究竟是個什么樣子？在解決新型電力系統，特別是對于近來高比例的可再生能源風電光伏，是不是就以儲能來應對？現在我經常聽到社會上關于碳中和有兩個解決方案，一個解決方案叫“風電、光伏加儲能”，這將來就可以實現。還有一個解決方案是“不排斥化石能源，特別是煤炭，但是利用CCUS，燒煤導致二氧化碳排放，把它捕集、封存、利用不就沒了嗎！”“風電光伏隨機波動，把它儲起來在家里掛到網上不就行了嗎？”
在此，我可以負責任地告訴大家：這都是外行的話，都是很不專業的概念，他不懂電是什么。電力是電子的運動，速度是光速每秒30萬公里，這是人類科技和工程領域帶給人們生產生活發生根本變革的一個極大的創新。而這樣一個系統，它也是物質轉換從電源側電荷的產生，到電荷不管以什么樣的方式（光、熱、做功）把它用掉，是在光速的速度下瞬間完成的。比如我們現在產生的聲音、產生的燈光耗了能量，這個能量也可能是張家口的某個風機、北京某個燃機或者燃煤發電機，它瞬間的能量瞬間消納，兩清，沒了。為什么？電荷最大的缺點是什么？是難以大量的堆積，注意我說的，是“難以大量的堆積”，這就是儲能。
有人說：“你要不要這么悲觀？我們現在手機用的不就是儲能嗎，還有這儲、那儲。”我說：“對，我期待把這個儲能問題解決掉，但是“量變”和“質變”是個哲學的基本概念。”我常講：“水可以儲嗎？當然可以！礦泉水儲水，水庫儲水，都可以儲。但是從大禹治水開始，就拿最近北方出現的洪水來說，儲得了嗎？儲不了，那就只能疏導、排洪、疏通。”
所以，我們對儲能一定要有個清醒的認識，儲能不是萬能的。將來新型電力系統，能源轉型以后的以新能源為主體的能源系統，儲能要發揮作用，但是十分有限！真正解決問題的手段是什么？就是這個“源網荷”。我不大贊同講“源網荷儲”。面對“源網荷”，當你被充電的時候是個“荷”，放電的時候你就是個“源”，我認為“源網荷”就夠了。“源網荷”這樣一個電力系統，通過我們數字化、信息化，特別是智能化，叫“多源互補、源網協同、供需互動、靈活智能”這樣一個動態平衡、運作形成的系統，那才是一個新型電力系統。所以，我這里先說了一下新型電力系統。
關于新型電力系統，我們都知道幾次工業革命帶來能源革命，特別是第四次工業革命。因為第四次工業革命列出一堆，實際上它融合到一起是個整體，首先它有清潔能源、人工智能、機器人、量子信息、虛擬現實、生物技術等，這些東西才是我們將來新的工業革命帶給我們的內涵。當然，我們的現狀，中國的能源現狀和歐美國家沒法比的。用一句話——我們仍然處在一個“煤基能源的時代”，和歐美相比落后了近70-80年。歐美的油氣替代煤炭的能源革命已經完成，而我們現在不大可能完成這次能源革命。所以現在我們使用著全球二分之一以上的煤炭，占到全世界能源總消費量的四分之一。同時，我們也排放了近三分之一的二氧化碳。這是我們的國情。
有人講，我們國家“富煤貧油少氣”。我說：錯了，我們落后了一個時代！美國、俄羅斯的煤炭比我們豐富了不知道多少倍！第一次工業革命，1950年時美國的煤炭占多少？現在美國用的煤炭占比和它上個世紀50年代差不多。它的增量是什么？是石油、天然氣。這些年來，現在美國主體是石油、天然氣，后來發展核能。它是站在這樣一個能源結構上實現“雙碳”。再看看我們自己，我們到目前為止，煤炭在能源消費當中還是在50%以上。因此，我們要面對我國的國情，大力推動化石能源清潔化、清潔能源規模化和多種能源綜合化。特別是對煤炭，是我們很長時間依賴的能源品類，這不是感情問題，“雙碳”不是七手八腳把煤炭干掉，包括黨中央現在也大力地講，一定要把煤炭這篇大文章做好。所以這些年國家能源政策不斷調整，更加務實。作為一個整體戰略，特別是包括今年7月份深改領導小組二次會議，再一次提出：“我們要深化電力體制改革，加快構建清潔低碳、安全充裕、經濟高效、供需協同、靈活智能的新型電力系統，更好推動能源生產和消費革命，保障國家能源安全。”
剛才各位領導也講到了能源安全。現在我們把它稱之為“能源轉型的二十字方針”，這里特別強調了幾點：
第一個強調“安全充裕”。是安全、充裕，而不是捉襟見肘。我們現在整體能源供給能力建設不錯，但時不時就出事了。今年夏天部分地區缺電，保供很困難。哪怕一個小時，你也必須得充裕。
第二個強調了“經濟高效”。談技術的時候不要扔掉經濟性。現在社會上一會兒氫能，一會兒儲能，一會兒這，一會兒那，一會兒CCUS。我說你算算經濟賬再說，火電廠能不能全面配上CCUS？現在一千多、兩千的煤價，全國有80%的火電廠是在虧損的情況下。還有人說CCUS，我說煤價再翻一倍能行嗎？這不是胡說八道嘛。所以為什么我們講“技術經濟”？拋開經濟談技術，那叫胡扯。所以我們必須考慮供需協同，而發展的方向是“靈活智能”。
大家不要誤解我：劉院士好像對儲能有意見。絲毫不對，不是這樣的，我們是叫產學研融合，讓儲能走在正確的道路上，發揮應有的作用。就像下一盤象棋一樣，不是不喜歡“車、馬、炮”，而是很好地把它調遣好、派上用場，把這盤棋贏了，這才是我們所需要的。所以從整體上，儲能是篇大文章，有著很大的前景。我們夢想安全、高效、經濟的儲能技術，如果我們攻克的話，那我們實現這個能源轉型、“雙碳”目標，這些非常理想。
從全球來看，2022年投運的儲能項目規模已達到2.4億千瓦（這個2.4億千瓦我也沒考證這個數，究竟包括了什么？咱們之后再說）。新增規模3000萬，比2021年翻一番，重點是中國、歐洲、美國新增規模占比分別為36%、26%、24%，說明發展態勢不錯。但是為什么要談新型儲能？就是傳統的儲能不算。比如我們抽水蓄能，這不應該列入新型儲能。我們重點看電化學儲能，電化學儲能目前是增長的主體。2022年全世界電化學儲能的裝機達到4500萬千瓦，增長率達到80%，其中鋰電池占主導地位。這個數大不大啊？我覺得微不足道！你知道全世界裝機是多少、電量是多少，看起來好像這個數字很大，其實是處于萌芽狀態。尤其是在電力系統當中，在大規模新能源消納的過程當中，新型儲能基本上沒有發揮什么顯著的作用。中央報告里就這樣顯示的，相當于長江里弄了幾個礦泉水桶，沒有起到什么作用。將來能起多大作用姑且再說，將來這些儲能可以裝在哪里？可以裝在“源”側。比如國家的政策說“風光配儲”，我也老批他們，我說：配它干什么？這不是瞎胡鬧么，如果風光2塊錢，儲要花1塊錢，你算過這個賬嗎？網側說建儲能電站，建它干什么？要調峰。調多長時間？有多大本事？我考察了不下5個這樣的調峰電站，我說你把這幾個月調峰電站運行的數據調出來，他們調不出來，有的很尷尬。基本沒用，用的話也解決不了什么問題，不用可能也是對的。
現在從世界范圍內來看，特別是歐盟國家，兩個地方用得比較多，一個是用戶側。因為像美國，我們可能儲能好多出口，在美國出口不錯。它電價是市場價，有的甚至相差十倍甚至百倍的電價差，就是在極端的電價情況下電價飆漲。這時有些用戶，比如有一個大商場，它有很多空地，就建幾千瓦時的儲能電站，在提高電價的時候我不用你的，我用我的儲能電站，堅持過這24小時、8小時。它有回報、便宜、商業化。還有一些分布式的屋頂光伏，配上儲能以后成為自己的一個相對穩定的供電系統。所以，在需求側的應用，要遠遠好于在網側和源側。
這些問題，有時候我們調研可能也不夠，一股腦地憑概念出發，“風光配儲”這個路徑肯定不是一個正確的路徑。這個微量分布到世界各國真是微不足道。新型電力系統的建設，包括現在的沙戈荒灘等等，是不是一定要依賴于更大規模的新型儲能？根本沒有論證！我在好幾個場合講過：你論證過嗎？投資多大？運營成本多高？這都有待于我們深入探討。因為論壇嘛，咱們討論點問題，哪怕我們也沒有給出答案。所以我們國家現在一共是新型儲能870萬千瓦，整個儲能1805萬千瓦時，這當中當然是鋰電池占了絕對的優勢。
從技術路線和造價來看，這里有這么一些數據，這還不是關鍵，我們看到它的成本造價也會隨著技術的成熟逐步有所下降。這是剛才我談到的，我們首先從近期、長期、遠期來看，一定要把儲能的定位搞清楚。
首先，我們希望儲能能夠促進新能源的大規模開發和消納。以沙戈荒基地為例，現在“新能源配火電、配抽蓄”，這樣必要的電化學儲能配比是需要的，但是要搞清楚配多少、怎么用。
第二個是支撐電網的安全穩定運行。談到電網的安全穩定性，這是天大的事情。我們在一些場景談過，電網的安全穩定，儲能能夠發揮什么作用，特別是近期以來，我們做了這方面的實際研究和應用。比如在寧夏的電廠搞了一個1.24兆瓦的飛輪儲能，用來干什么？用來解決火電機組一次調頻能力不足的問題。這個系統投入之后，運行快2年了，第一，有效解決這個廠原來一次調頻考核不合格的問題，由虧損變成了盈利，而且短短3年左右就可以全部收回投資。我們沒有想到一個小小的飛輪能夠發揮如此大的作用。
我把它比喻成什么呢？就像治病一樣，對癥下藥！他剛好有這個病，不是買了特別貴的藥，就是這個藥上去以后，把這個病治好了。所以現在又在擴大規模，進一步把它在別的幾個廠做得更大。昨天打電話，說我們這個項目評獎排名第一，大家高度贊揚。說明這個東西有用：經濟性、可靠性、有成效！所以任何技術必須是這樣去做。
再一個是保障用戶靈活高效的用電。新型儲能發展技術，從基礎需求來看，我們應用的場景、儲能規模、儲能時長以及應用地區，這些都要搞清楚。因為儲能是個家族，對于其他各類技術，大家一定要知道。一說儲能，剛才說到抽蓄、飛輪、壓縮空氣，甚至儲熱、制氫、生物質燃料等等，窮盡這些技術，有效加以融合。在電化學儲能中除了鋰離子電池、液流等等，放在車上的電池要求體積小、能量密度高，要是放在沙戈荒里的儲能箱子，要求價格合理、安全可靠、不要著火，你體積大就大，這有的是空間，所以這是技術路線的選擇。
我們要對新型儲能技術舉行示范工程，實踐出真知。只有在工程示范的過程當中，才有可能發現問題、解決問題，而不是憑空來坐而論道。這當中，我們始終堅持產學研用一體化，一定要把技術攻關解決重大難題放在首位，核心還是要圍繞著低成本、高安全和規模化。
把儲能放在我們這個新型電力系統里，有兩個問題：第一個是放在哪里？“源”、“荷”、“網”三個地方往哪里放？第二個，儲能的品類，電化學、抽蓄、壓縮空氣、飛輪等等縱橫交錯。那么核心要素是兩條，一是安全性，二是經濟性，要是把這幾點抓住，我們的工作就是有成效的，就會取得剛才說到的“二十字方針”——清潔低碳、安全充裕、經濟高效、供需協同、靈活智能。
最后新型電力系統就是結構新。它的形態是革命性的，同時，從它的感知、檢測、控制、運行都必然走向全面的智能化和信息化。
專家簡介
劉吉臻，山西呂梁人，中國工程院院士，華北電力大學教授，新能源電力系統國家重點實驗室主任，發電廠自動化技術專家。劉吉臻長期從事熱工過程自動化、信息化理論與技術等領域教學和研究工作。
本文根據劉吉臻院士的公開演講整理。