近年來,國家相關部門多次印發相關文件,旨在加快推進以沙漠、戈壁、荒漠(以下簡稱“沙戈荒”)為重點的大型風電、光伏發電基地建設。沙戈荒風光基地建設對我國能源轉型有何意義,如何保障其有序開展?就此,本刊記者采訪了全球能源互聯網發展合作組織經濟技術研究院(以下簡稱“合作組織研究院”)院長助理肖晉宇。
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近年來,國家相關部門多次印發相關文件,旨在加快推進以沙漠、戈壁、荒漠(以下簡稱“沙戈荒”)為重點的大型風電、光伏發電基地建設。沙戈荒風光基地建設對我國能源轉型有何意義,如何保障其有序開展?就此,本刊記者采訪了全球能源互聯網發展合作組織經濟技術研究院(以下簡稱“合作組織研究院”)院長助理肖晉宇。
開展風電、光伏沙戈荒地區的建設對于我國能源結構綠色低碳轉型有何重大意義?對生態環境會產生何種影響?
肖晉宇:能源結構綠色低碳轉型的目的是降低碳排放,關鍵措施在于提高非化石能源占比。根據我們研究,為實現碳中和,2060年我國非化石能源占一次能源消費的比重將超過80%,終端電氣化率約70%,非化石能源裝機需要近80億千瓦。相較于水電、核電、生物質發電和海洋能發電,陸上風電和光伏發電在技術成熟度、經濟性水平、規模開發潛力等方面都具有綜合優勢,是加快我國低碳轉型的重要技術選擇。我們預計,2060年我國風電和光伏裝機需要達到約60億千瓦。
要開發如此大體量的風光新能源,必須考慮國土空間的供給。風電、光伏單位國土面積的能量密度低,即使在開發條件較好的平坦開闊區域,每平方千米可開發的風電和光伏電量約為1250萬千瓦時/年和8500萬千瓦時/年,不到煤電工程能量密度的千分之三,大規模開發必須解決用地問題。胡煥庸線以南的我國東、中部地區,人口和經濟活動集中,能夠專門提供給風光開發的土地資源非常有限,在林地、草原、戈壁、沙漠等不同土地覆蓋物區域開發新能源,滿足相同電力需求消耗的國土資源價值差異大。結合可持續發展需求,西部、北部廣袤的荒漠化地區風速高、日照強,沒有林業、草原、壓礦、水土和人畜影響等問題,能夠為規模化風光開發提供充足的國土空間,必將成為未來新能源開發的重點區域。今年年初,合作組織研究院依托自主開發的全球清潔能源資源分析與開發平臺(GREAN)開展了中國荒漠化地區風光發電資源段評估研究,結果顯示,我國西部、北部風光資源條件較好的荒漠化地區面積超過150萬平方千米,以公路、鐵路、城鎮和村莊等人口聚集區域周邊為重點,具備較好開發條件的風電、光伏資源量分別超過20億千瓦和100億千瓦。
土地荒漠化嚴重制約了我國的生態安全和社會經濟可持續發展,利用荒漠化地區的土地資源開發風光新能源具有能源和環境的雙重效益。一方面,在荒漠地區開展規模化的能源基礎設施建設,可以減少對西部、北部林地、草原和東、中部高價值土地資源的占用。另一方面,依托能源基礎設施建設可以同步推進生態修復工程,加強土地與風光資源的綜合利用,實現能源與生態融合發展。
從電力系統配置角度考慮,如何助力沙戈荒風光基地建設?
肖晉宇:新能源開發特別是沙戈荒地區的風光資源開發,要秉持建設大基地、融入大電網的思路,充分利用全系統的靈活調節能力,更好地與用電需求匹配,實現高水平利用。具體提三方面的建議:
一是現階段要充分發揮水電、煤電、抽水蓄能電站等靈活性資源的調節作用。規模化開發荒漠風光資源,需要配置調節性電源才能較好匹配用電特性。在當前技術條件下,煤電靈活性改造、新建抽水蓄能電站是技術最成熟的方案,可以為系統增加大量調節資源,建議采用“火電+新能源”“水電(抽蓄)+新能源”等形式的大型新能源基地協同開發模式,結合當地資源稟賦因地制宜制定開發方案,以周邊水電、抽水蓄能電站或清潔高效先進節能的煤電為支撐、以穩定安全可靠的特高壓輸電通道為載體,形成規模化的沙戈荒新能源供給與消納體系。
二是加快技術創新和應用,特別是新型儲能和光熱發電的推廣應用與優化配置。當前,政策方面鼓勵可再生能源發電企業自建新型儲能或購買系統調峰能力,增加并網規模。未來,新能源開發規模不斷擴大,伴隨著對存量火電逐步替代,“儲能+新能源”將成為沙戈荒地區規模化新能源開發的一種重要模式。我們的研究表明,在當前電化學儲能技術經濟條件下,一方面依賴風光基地配置新型儲能無法徹底解決長周期調節和調頻、調壓等安全性問題,同時經濟代價大,基地外送電的度電成本將大幅提高,采取每個電站強配統一比例、統一時長儲能的方式并不合理,應從系統角度進行“送端+受端”的全局優化,統一規劃、配置、調度和管理新型儲能設備,提高儲能設備利用效率,以最小成本支撐最大規模新能源的開發和利用。
三是高度重視送端風光資源的協同和互補,在源端平抑新能源的波動性。我們利用多源地面氣象站點的長周期觀測數據和廣域氣象模擬資料,開展了兼顧電力需求和氣象要素2個特性的新能源基地布局優化研究,在已有新能源“資源區”劃分基礎上,提出了中國新能源“特性區”劃分的概念,給出了電力系統視角下風光氣象要素區域性差異的特征規律。例如,柴達木沙漠被祁連山南麓構造帶劃分出了“夏大冬小”“春大秋小”的2個特性迥異的風能特征區域,而2個區域在空間上僅相距50余千米,風電基地布局時若能同時覆蓋這2個區域,便可以在源端獲得可觀的“風風”互補效益。同時,我們也在探索“風光”“水風光”“光伏+光熱”等源端更多形式清潔能源互濟開發的規律,為源端新能源基地布局優化提供量化支撐。
總體上,沙戈荒地區無論采用哪種方式開發建設風光新能源基地,都需要以大電網為平臺,發揮多能互補、時空互濟、資源共享、協同優化的優勢,真正實現以高效利用為目標的大規模開發和高質量發展。
如何保障沙戈荒風光基地建設相關項目實現降本增效?
肖晉宇:在沙戈荒地區開發建設風電、光伏基地,一方面,極大的年溫差對設備氣候耐受能力提出了更高要求,空氣中較高的沙塵含量將對風機葉片和光伏面板產生沙蝕,沙塵堆積和侵蝕還將產生電氣設備短路、影響傳動部件潤滑等一系列問題與挑戰,這都需要科研人員不斷探索,通過技術創新、裝備創新和工程創新,解決沙戈荒風光建設的技術問題。
另一方面,建設沙戈荒風光基地,還必須破解水、電、交通等基礎設施條件的制約。沙戈荒風光資源開發應遵循“循序漸進、逐級推進”的策略,首先在荒漠化地區邊緣、穿越公路的沿線、村莊城鎮等人口聚集地的周邊開發建設首批基地,而后再由邊緣不斷向腹地推進。在整個過程中,隨著首批項目落地,周邊公路、電網、產業配套等基礎設施建設將極大促進區域經濟發展,發揮“打基礎、利長遠、惠民生”的帶動作用;同時,隨著項目投產運行,周邊生態環境逐漸修復,不斷改善荒漠深處地區的生產、生活條件,從而形成“能源開發—社會發展—改善生態”相互促進的“正向激勵”,在創造更大社會效益的同時有效控制沙戈荒新能源開發的綜合成本。
沙戈荒新能源基地開發投資規模大、配套基礎設施建設資金占比高。當前,新能源開發企業普遍存在負債率偏高、融資工具單一等金融問題;金融領域的綠色信貸和債券規模較大,綠色股權投資規模相對較小。政府層面可結合地方經濟發展和新能源開發需要,加大公路、電網和供水工程建設投入,減輕開發企業負擔。金融機構應加大綠色金融服務力度,創新開展綠色股權基金投資,為開發企業在提供資金的同時,一方面降低企業負債率和財務成本,緩解流動性壓力,另一方面通過股權投資參與企業管理,滿足并購、混改等多元化需求,同時發揮“補資本、強實力”作用,助力開發企業健康可持續發展。
作者:王睿佳 來源:《中國電業與能源》
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