2023年2月24日，在第二屆中國(guó)電氣化發(fā)展高峰論壇上，清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心主任、中國(guó)工程院院士江億發(fā)表了題為《充分挖掘利用終端資源解決風(fēng)電光電消納難題》的演講。

【資料圖】

江億院士以問題為導(dǎo)向，結(jié)合現(xiàn)實(shí)，對(duì)我國(guó)在電力零碳化進(jìn)程中出現(xiàn)的風(fēng)電光電消納難題提出解決方案，通過(guò)終端用電、終端電氣化協(xié)助電力系統(tǒng)更好地消納風(fēng)電、光電。

電源結(jié)構(gòu)變化帶來(lái)的新問題

未來(lái)，隨著零碳時(shí)代的到來(lái)，我國(guó)主要電源將是風(fēng)電光電，占電源容量的83%，但電源結(jié)構(gòu)的變化也帶來(lái)新的問題：電力供需關(guān)系的季節(jié)性差別、在何處安裝風(fēng)電光電以及安裝空間的問題、日內(nèi)電源變化與需求的不匹配以及如何解決電網(wǎng)的穩(wěn)定性等問題。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)測(cè)，2050年我國(guó)電力供需季節(jié)差主要體現(xiàn)在春秋季電力過(guò)剩，冬夏季電力不足（見下圖）。針對(duì)冬夏季的電力供應(yīng)不足這一問題，江億院士認(rèn)為，解決途徑是保留部分火電調(diào)峰，但大幅減少年發(fā)電小時(shí)數(shù)到1700小時(shí)左右，再通過(guò)碳捕集利用與封存技術(shù)（CCUS）回收二氧化碳。針對(duì)如何春季的棄風(fēng)棄光這一問題，考慮到制氫的初投資高以及某些高耗能產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)線折舊率，江億院士表示，跨季節(jié)儲(chǔ)熱可能是最合適的消納方式，用來(lái)滿足其他季節(jié)尤其是冬季的工業(yè)用熱。

隨著風(fēng)電光電的大比例發(fā)展，對(duì)于在哪安置以及如何解決安置空間的問題，江億院士和其研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析全國(guó)各個(gè)供電區(qū)域已建成和在規(guī)劃的輸電通道，認(rèn)為風(fēng)電光電裝機(jī)合理的分配結(jié)果：中東部負(fù)荷密集區(qū)占六成，西部地區(qū)最多占四成。他建議，不應(yīng)把風(fēng)電、光電的發(fā)展都放在西北沙漠戈壁地區(qū)、依賴長(zhǎng)途輸送，而應(yīng)大比例依靠中東部地區(qū)城鄉(xiāng)建筑屋頂光伏，同時(shí)將消納與終端用電緊密結(jié)合。我國(guó)衛(wèi)星云圖顯示，中東部地區(qū)的建筑屋頂尤其是農(nóng)村屋頂有許多空檔，是巨大的資源。

建筑+私家電動(dòng)車可承擔(dān)主要的調(diào)峰任務(wù)

新型電力系統(tǒng)電力繞不開的難題是——由風(fēng)電光電在一天內(nèi)變化范圍大所導(dǎo)致的日內(nèi)電源與需求不匹配。根據(jù)測(cè)算，我國(guó)未來(lái)總用電負(fù)荷在10億千瓦~35億千瓦之間變化。除了水電和抽水蓄能電站外，還要求提供額外的儲(chǔ)能和調(diào)節(jié)能力。而現(xiàn)有的空氣壓縮儲(chǔ)能、集中化學(xué)儲(chǔ)能、太陽(yáng)能熔巖儲(chǔ)能等方式不僅占用資源多且投資巨大。江億院士提出，建筑的柔性用電+私人電動(dòng)車可以承擔(dān)儲(chǔ)能和調(diào)節(jié)任務(wù)。

目前，我國(guó)電動(dòng)汽車正在飛速發(fā)展，到2050年私家電動(dòng)車擁有量將超過(guò)3億輛。每輛車的電池容量50千瓦時(shí)~100千瓦時(shí)，充放電功率大于10千瓦。分析顯示（見下圖），私家車70%以上的時(shí)間停放在停車場(chǎng)。經(jīng)充分調(diào)動(dòng)，私家電動(dòng)車可提供150億千瓦時(shí)/日的儲(chǔ)電，15億千瓦~25億千瓦的充放電能力。江億院士強(qiáng)調(diào)，關(guān)鍵是做到一位一樁、即停即接、智能有序充電，就能夠充分發(fā)揮巨大的儲(chǔ)能能力，并且要接入建筑配網(wǎng)，充分利用好建筑配網(wǎng)資源。

此外，建筑內(nèi)也具有大量的電力可調(diào)蓄資源。冷熱類包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱慣性、空調(diào)末端，以及從上世紀(jì)90年代發(fā)展的水蓄能、冰蓄能、水蓄熱。電池類包括電動(dòng)車以及各種家電的電池容量，都是巨大的可開發(fā)資源。通過(guò)調(diào)度建筑的儲(chǔ)能能力，700億平米城鄉(xiāng)建筑最小可實(shí)現(xiàn)用電功率大于5億千瓦，日儲(chǔ)能能力大于30億千瓦時(shí)/日。700億平米城鄉(xiāng)建筑日用電量在70以千瓦時(shí)~150億千瓦時(shí)之間，除春秋季，基本可消納私家車多余的儲(chǔ)電量。因此，充分開發(fā)、調(diào)動(dòng)、利用建筑+私家電動(dòng)車，基本可以滿足日內(nèi)變化的儲(chǔ)能調(diào)節(jié)作用，解決大規(guī)模發(fā)展風(fēng)電、光電之后日內(nèi)電源與需求不匹配難題。

采用電力對(duì)應(yīng)的碳排放責(zé)任激勵(lì)終端調(diào)節(jié)

接下來(lái)面臨的一個(gè)瓶頸是，怎樣使建筑+充電樁與電網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)？這些資源分布在全國(guó)千家萬(wàn)戶，約1億個(gè)用電末端，如何與電網(wǎng)協(xié)調(diào)互動(dòng)是關(guān)鍵。江億院士提出一個(gè)新的調(diào)控理念，由集中調(diào)控轉(zhuǎn)為集中與分散相結(jié)合的調(diào)控，70%的調(diào)節(jié)任務(wù)由分散的終端，結(jié)合自身任務(wù)狀況，自行平衡兩方面需要，做出決策完成；30%由電網(wǎng)集中的精準(zhǔn)調(diào)度實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于如何激勵(lì)用電終端主動(dòng)參與調(diào)節(jié)這一問題，江億院士并不贊成西方普遍采用的動(dòng)態(tài)電價(jià)機(jī)制，因?yàn)槲覈?guó)用電側(cè)電價(jià)承載太多使命，比如保民生、鼓勵(lì)某種產(chǎn)業(yè)等職能，鼓勵(lì)調(diào)蓄的信息會(huì)淹沒于其中，很難起到激勵(lì)作用。他建議，電力對(duì)應(yīng)碳排放責(zé)任，而碳排放責(zé)任數(shù)值又跟電網(wǎng)的供需平衡關(guān)系、風(fēng)電、光電比例等諸多因素密切相關(guān)，由此充分調(diào)動(dòng)起全社會(huì)對(duì)碳減排的熱情，使用戶主動(dòng)地實(shí)施在終端的調(diào)控。

江億院士表示，用電側(cè)的碳排放責(zé)任恒為正，只要用電就要承擔(dān)碳排放責(zé)任；發(fā)電側(cè)的碳排放責(zé)任可正可負(fù)。對(duì)于用電側(cè)，目前還沒實(shí)現(xiàn)零碳，所以用戶有一定的碳排放權(quán)，當(dāng)實(shí)際碳排放量低于它，就可以把剩下的出售。對(duì)于發(fā)電側(cè)，當(dāng)發(fā)電產(chǎn)生的碳排放高于當(dāng)時(shí)各電源的平均值，需要承擔(dān)碳排放責(zé)任，應(yīng)從碳市場(chǎng)購(gòu)買碳排放責(zé)任；當(dāng)發(fā)電產(chǎn)生的碳排放低于當(dāng)時(shí)各電源的平均值，相對(duì)減碳量是可以出售的碳排放責(zé)任。

具體來(lái)看，以電力動(dòng)態(tài)碳排放責(zé)任因子C值作為激勵(lì)工具，可以確定用電側(cè)、發(fā)電側(cè)的碳排放責(zé)任。以建筑作為電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)和儲(chǔ)能的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用電終端的激勵(lì)。同時(shí)，電力動(dòng)態(tài)碳排放責(zé)任因子C值對(duì)電源側(cè)及儲(chǔ)能側(cè)也起到激勵(lì)作用。電網(wǎng)通過(guò)動(dòng)態(tài)發(fā)布C值，對(duì)終端的總體用電量實(shí)現(xiàn)有效調(diào)控，通過(guò)適當(dāng)?shù)男拚鼵值的變化，避免震蕩，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定。

江億院士總結(jié)，在未來(lái)，電力系統(tǒng)將面臨重大變化，包括集中電源向集中與分布相結(jié)合的電源的變化，源隨荷變向荷與源協(xié)調(diào)甚至荷隨源變，電網(wǎng)的調(diào)控保障從完全依靠電源側(cè)的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)為電源和終端共同承擔(dān)，集中和分布的儲(chǔ)能設(shè)施逐漸成為保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要支撐。因此，運(yùn)行調(diào)節(jié)措施的變化要求設(shè)計(jì)制定新的政策機(jī)制，來(lái)適應(yīng)變化情況。因?yàn)椴煌恼邫C(jī)制針對(duì)不同的主要矛盾，面對(duì)不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和調(diào)控模式，所以不能在已有的政策框架下研究解決問題的辦法，而必須根據(jù)改變了的現(xiàn)實(shí)狀況重新設(shè)計(jì)政策機(jī)制，生產(chǎn)關(guān)系需適應(yīng)新的生產(chǎn)力的發(fā)展。采用電力動(dòng)態(tài)碳排放責(zé)任因子的方法可能是適應(yīng)電源結(jié)構(gòu)變化的一種簡(jiǎn)單可行的方法。

（圖片來(lái)源：veer圖庫(kù)）

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