中國2060碳中和目標(biāo)的宣布，對于電力行業(yè)來說，意味著加快推進(jìn)我國能源結(jié)構(gòu)從以煤炭發(fā)電為主向以清潔低碳能源為主的跨越式發(fā)展。如果中國要在2060年之前實現(xiàn)碳中和目標(biāo)，需沿著1.5℃路徑不懈努力，力爭在2050年前實現(xiàn)75%~85%的溫室氣體減排。為了達(dá)到這一目標(biāo)，2050年清潔能源占一次能源比例應(yīng)超過85%。
（來源：微信公眾號“中國核工業(yè)” ID：cn_industry 作者：張利）
隨著風(fēng)、光等可再生能源的大規(guī)模上網(wǎng)，電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量持續(xù)下降，調(diào)頻、調(diào)峰能力有待大力加強(qiáng)。同時，由于可再生能源資源的波動性和隨機(jī)性、發(fā)電設(shè)備的低抗擾性和弱支撐性，電力系統(tǒng)將面臨高效消納、安全運行和機(jī)制體制三大挑戰(zhàn)。如何在快速發(fā)展可再生能源的同時保證系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效，成為電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵所在。
01
— 核能與可再生能源協(xié)同的智慧能源體系 —
隨著煤電裝機(jī)比重的下降和可再生能源發(fā)電比例的提高，核電對電網(wǎng)長期安全穩(wěn)定運行將起到重要的作用。核能依靠其運行穩(wěn)定可靠、換料周期長等特點，作為清潔的基荷能源可以解決大規(guī)模電力供應(yīng)的安全穩(wěn)定問題，核能與風(fēng)、光等可再生能源協(xié)同互補(bǔ)發(fā)展的局面亟待形成。
因此，從我國能源稟賦實際出發(fā)、適應(yīng)能源轉(zhuǎn)型需要，核能與可再生能源協(xié)同智慧系統(tǒng)兼顧戰(zhàn)略性、必要性、可行性和經(jīng)濟(jì)性，可以在保障能源安全的前提下，有效減少棄風(fēng)棄光，實現(xiàn)資源高效配置，優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)，突破化石能源制約，實現(xiàn)減排目標(biāo)，是我國實現(xiàn)中國“30·60目標(biāo)”下清潔低碳能源的發(fā)展和能源轉(zhuǎn)型的重要途徑，對我國實現(xiàn)生態(tài)文明建設(shè)、引領(lǐng)全球氣候治理具有重要價值，是確保能源供應(yīng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的重要選擇。
核能與可再生能源協(xié)同智慧系統(tǒng)是以電力系統(tǒng)為核心，以智能電網(wǎng)為基礎(chǔ)，以核能和可再生能源為主體，配以適量水電和火電，實現(xiàn)冷、熱、氣、水、電等多種能源互補(bǔ)，提高用能效率的智慧能源系統(tǒng)。
核能與可再生能源協(xié)同智慧系統(tǒng)架構(gòu)主要包括四個部分：發(fā)展基礎(chǔ)體系，包括核能和可再生能源基礎(chǔ)設(shè)施；技術(shù)支撐體系，包括分布式能源技術(shù)、智能電網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和多能互補(bǔ)技術(shù)等；消費體系，包括能源交易、能源服務(wù)、決策支持和優(yōu)化控制；標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，包括需求響應(yīng)、能源協(xié)調(diào)、能源存儲、能源價格、能源交易、網(wǎng)絡(luò)安全等一系列標(biāo)準(zhǔn)。
該系統(tǒng)通過將現(xiàn)代信息技術(shù)、智能控制與優(yōu)化技術(shù)和現(xiàn)代能源供應(yīng)、儲運、消費技術(shù)深度融合，為能源優(yōu)化管理、多能協(xié)同提供更為科學(xué)的預(yù)測、決策與互動平臺，為消費者創(chuàng)造獲取能源、存儲能源乃至售賣能源的全新方式。促進(jìn)核能和可再生能源比例提升和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化，促進(jìn)用戶用能理念變革和終端能效提升，實現(xiàn)在節(jié)能減排目標(biāo)約束下的能源安全、清潔、節(jié)約和可持續(xù)發(fā)展。
在該系統(tǒng)中，核能綜合利用可提供多種二次能源。例如在風(fēng)光不能提供有效電源的情況下，核能發(fā)揮基荷能源特性提供電源保障；在風(fēng)光提供有效電源的情況下，核能通過綜合利用，將能量轉(zhuǎn)化為氫、淡水、熔鹽儲熱等方式儲存和運輸，提高系統(tǒng)整體經(jīng)濟(jì)性和利用率。
核能與可再生能源協(xié)同智慧系統(tǒng)采用先進(jìn)的核能與可再生能源供應(yīng)與能源轉(zhuǎn)換技術(shù)、能源傳輸技術(shù)、能源消費技術(shù)、智能處理技術(shù)、綜合系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)，實現(xiàn)能源供應(yīng)與消費的自主化、安全化、清潔化、多元化、高效化。該系統(tǒng)的主要特征包括安全、清潔、多元、經(jīng)濟(jì)。
安全：核能與可再生能源協(xié)同智慧系統(tǒng)中的能源總量穩(wěn)定豐富，可持續(xù)性強(qiáng)，系統(tǒng)中的能源供給對外部依存度低。
清潔：核能與可再生能源協(xié)同智慧系統(tǒng)中的能源供給是低碳能源，環(huán)境友好性高。
多元：核能與可再生能源協(xié)同智慧系統(tǒng)中的能源供應(yīng)連續(xù)性強(qiáng)。核能作為基礎(chǔ)負(fù)荷，通過冷、熱、氣、水、電等多種能源相互補(bǔ)充，靈活應(yīng)用，保障多品種的能源供應(yīng)。
經(jīng)濟(jì)：核能作為一種成熟的支撐電源，已實現(xiàn)技術(shù)自主化，其成本可控且隨著應(yīng)用規(guī)模擴(kuò)大將逐步降低。風(fēng)、光等可再生能源也已成為極具經(jīng)濟(jì)競爭力的能源品種。同時，核能與可再生能源協(xié)同智慧系統(tǒng)中的電力傳輸損耗小、能源損耗低。
要實現(xiàn)核能與可再生能源智慧協(xié)同，核電的靈活運行能力是基礎(chǔ)保障。目前我國三代核電普遍具有一定的靈活運行能力，核電的高能量密度和可調(diào)節(jié)性可以為可再生能源上網(wǎng)保駕護(hù)航，滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的需求。
02
— 核能與可再生能源協(xié)同應(yīng)用場景 —
1.能源基地外送場景
截至2020年三季度末，青海新能源發(fā)電總裝機(jī)占比突破57.1%。由于風(fēng)、光等可再生能源所固有的隨機(jī)性、波動性和間歇性特點，導(dǎo)致其大規(guī)模并網(wǎng)對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，加之電網(wǎng)調(diào)峰容量緊張，造成電網(wǎng)消納困難，因此新能源基地在并網(wǎng)時須考慮穩(wěn)定的基荷電源。此外，青海省電力市場長期供大于求，為了解決大規(guī)模新能源的消納問題，必須依托外送通道。因此，“清潔能源基地+外送通道+匹配的調(diào)峰電源”的開發(fā)模式，成為開發(fā)新能源基地的必由之路。
青海省擬為其第二個大規(guī)模新能源基地搭建特高壓直流通道，但由于一時無法解決電源支持點問題，致使規(guī)劃落地緩慢。為了充分利用全國最好光照資源和大面積荒漠化土地，促進(jìn)柴達(dá)木循環(huán)經(jīng)濟(jì)試驗區(qū)可再生能源就近消納綜合試點工程建設(shè)，可考慮選取合適地點建設(shè)核電機(jī)組，為新能源基地提供穩(wěn)定支持電源點，促進(jìn)新能源基地和外送通道建設(shè)落地。該應(yīng)用場景可推廣至內(nèi)蒙、新疆等可再生能源資源豐富、能源供需不均衡的地區(qū)。
2.能源綜合利用場景
山東省是我國沿海經(jīng)濟(jì)帶的重要區(qū)域，清潔高效安全的能源體系是其快速穩(wěn)定發(fā)展的堅實基礎(chǔ)。截至2020年底，全省新能源和可再生能源發(fā)電裝機(jī)達(dá)到4800萬千瓦，占電力總裝機(jī)的比重突破30%。與此同時核電規(guī)劃建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)，現(xiàn)已累計發(fā)電突破485億千瓦時，全省在運在建核電裝機(jī)達(dá)到570萬千瓦。山東省的地理條件和能源稟賦具備發(fā)展可再生能源和核能智慧協(xié)同的天然條件。
已建成的海陽核電站在發(fā)電的同時，不僅通過核能供暖滿足了周邊近70萬平方米居民清潔供暖需求，而且可參與海上風(fēng)電的調(diào)節(jié)，一定程度上彌補(bǔ)海上風(fēng)電間歇性的短板。
針對沿海地區(qū)場景，還可以推廣核能綜合利用系統(tǒng)，通過對核電站的熱力系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新，實現(xiàn)發(fā)電、制氫、海水淡化、供熱、制冷、供汽、儲能等多種功能綜合協(xié)同。核能裂變后釋放的能量最初就是以熱能的形式展現(xiàn)，對核熱能直接進(jìn)行綜合利用，可以有效提高能源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。此外核能制氫具有無溫室氣體排放、高效等諸多優(yōu)勢，核能海水淡化可以保障沿海缺乏地區(qū)的用水安全，核能供熱、制冷可以提供清潔經(jīng)濟(jì)的居民供暖和工業(yè)用熱、用冷，滿足地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民需求的各種用能形式。
3.孤網(wǎng)運行場景
對遠(yuǎn)離大陸的海上孤島等偏遠(yuǎn)地區(qū)，由于特殊地理因素的原因，從主電網(wǎng)架線的電損大且成本高，這就需要因地制宜地在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)離網(wǎng)型能源供應(yīng)系統(tǒng)。
核能作為一種穩(wěn)定、可控、能量密度大的能源形式，是這種場景模式下基荷能源的最優(yōu)選擇。將小型核能系統(tǒng)與太陽能、風(fēng)能、海洋能等任何一種或者幾種進(jìn)行組合，結(jié)合核能綜合利用技術(shù)，則可以獲得更加安全、經(jīng)濟(jì)、高效的能源供給。
在此模式下，一方面場景內(nèi)供給側(cè)利用核能和可再生能源協(xié)同發(fā)電，實現(xiàn)綠色電力的穩(wěn)定供應(yīng)，另一方面對終端用能設(shè)備進(jìn)行零碳替代，如城市家庭等用能終端電氣化，交通、物流船舶碼頭、市政環(huán)衛(wèi)等系統(tǒng)采用氫能化運營，供冷、供熱、動力終端全面實現(xiàn)電氣化替代，則可為孤網(wǎng)運行場景實現(xiàn)零碳智慧高效能源體系。
來源：中國核工業(yè)
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