“雙碳”背景下，我國能源結(jié)構(gòu)將會進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，為保障“十四五”及中長期能源電力供應(yīng)，我國明確按照“適度超前”原則推進(jìn)能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。核電作為近零排放的低碳能源，需要強(qiáng)化在推動(dòng)能源革命中的戰(zhàn)略地位，統(tǒng)籌核電及清潔能源協(xié)同發(fā)展。隨著核電規(guī)模進(jìn)一步提升，結(jié)合核電特點(diǎn)及其發(fā)展實(shí)際和電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)需求，發(fā)展靈活性核能，重點(diǎn)探索統(tǒng)籌核能發(fā)電與新型儲能的開發(fā)利用以及增強(qiáng)核能系統(tǒng)可調(diào)節(jié)性及空間位置靈活性的發(fā)展思路和實(shí)施路徑十分重要。
拓寬核電提升靈活調(diào)節(jié)能力思路的必要性分析
當(dāng)前至今后很長一段時(shí)期，我國新能源規(guī)模將保持快速增長態(tài)勢，負(fù)荷峰谷差將持續(xù)拉大，對電力系統(tǒng)靈活性資源需求也將進(jìn)一步提高。國家電網(wǎng)公司預(yù)測，考慮負(fù)荷峰谷差及新能源波動(dòng)等因素，到“十四五”末，國網(wǎng)經(jīng)營區(qū)靈活性資源需求將達(dá)到6.8億千瓦，大大超出傳統(tǒng)電源和抽水蓄能的調(diào)節(jié)能力，電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力缺口約1億千瓦，煤電仍是最重要的靈活性資源供應(yīng)主體?？紤]火電靈活性改造目標(biāo)完成，煤電提供的靈活性資源規(guī)模占比仍然超過50%。為此，在改造傳統(tǒng)火電、提升其靈活性的同時(shí)，有必要加強(qiáng)電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力建設(shè)，統(tǒng)籌核電配套新型儲能的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，多角度、多層次、多途徑發(fā)展新型儲能技術(shù)，積極構(gòu)建與電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的電力儲能體系。
針對增量靈活調(diào)節(jié)電源，有關(guān)部門提出將儲能納入電力系統(tǒng)發(fā)展統(tǒng)籌規(guī)劃，推動(dòng)協(xié)調(diào)發(fā)展，探索建立靈活性資源容量市場機(jī)制等?？紤]到2021年底新型儲能累計(jì)裝機(jī)剛超過400萬千瓦，而虛擬電廠調(diào)節(jié)負(fù)荷作用有限等情況，預(yù)計(jì)“十四五”時(shí)期抽水蓄能造價(jià)、壽命和安全性等指標(biāo)仍優(yōu)于電化學(xué)儲能等，大容量系統(tǒng)級儲能應(yīng)優(yōu)先發(fā)展抽水蓄能，而新型儲能容量可大可小，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能夠靈活部署于電源、電網(wǎng)和用戶側(cè)等各類應(yīng)用場景，可以作為抽水蓄能的增量補(bǔ)充。“十四五”及中長期需要統(tǒng)籌電網(wǎng)、抽水蓄能及新型儲能發(fā)展，合理確定發(fā)展規(guī)模、設(shè)施布局、接入范圍和建設(shè)時(shí)序，引導(dǎo)抽水蓄能和新型儲能合理布局、有序發(fā)展。中遠(yuǎn)期來看，要保障增量電力系統(tǒng)資源具備深度調(diào)節(jié)能力。
我國“雙碳”目標(biāo)及貧油少氣的資源稟賦制約著煤電靈活性改造和燃?xì)獍l(fā)電發(fā)展空間，資源環(huán)境稟賦又限制了調(diào)節(jié)性水電站和抽水蓄能電站的開發(fā)利用，這使得電化學(xué)儲能、壓縮空氣儲能、氫儲能等新型儲能技術(shù)成為未來清潔能源更大規(guī)模發(fā)展的重要選擇。近日，國家發(fā)改委、國家能源局先后出臺《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》《“十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》等文件，提出了需要開展儲能技術(shù)多元化發(fā)展，并以需求為導(dǎo)向，探索開展儲氫(氨)、儲熱(冷)及其他創(chuàng)新儲能技術(shù)的研究和示范應(yīng)用。不同的儲能技術(shù)要針對典型應(yīng)用場景、滿足不同時(shí)長和頻率的儲能要求，由此，“氫儲能”被明確納入創(chuàng)新儲能技術(shù)。氫儲能一般是指利用過剩電力或成本較低的電力進(jìn)行電解水制氫，并將氫氣儲存起來，氫氣可以通過燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒發(fā)電，也可以借助燃料電池轉(zhuǎn)化為電能。
拓寬核電提升電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力思路十分必要。目前，考慮到核電參與電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)帶來的技術(shù)復(fù)雜性，核電尚不宜開展日跟蹤調(diào)節(jié)等活動(dòng)，而是應(yīng)將核電通過市場輔助服務(wù)的費(fèi)用分?jǐn)偡椒▉硖幚怼．?dāng)然，例如福建等一些省份參照國家能源局出臺的《電力輔助服務(wù)管理辦法》等文件，就提出了當(dāng)進(jìn)入深度調(diào)峰區(qū)間時(shí)，核電機(jī)組負(fù)荷率降到75%時(shí)給予一定補(bǔ)償。隨著核電規(guī)?；l(fā)展及其運(yùn)行和控制技術(shù)的進(jìn)步，考慮到英國等核電比例較高的西方國家的實(shí)踐、當(dāng)前核電機(jī)組因靈活性不足而難以實(shí)現(xiàn)價(jià)格響應(yīng)等因素造成的電力輔助服務(wù)成本飆升情況，需結(jié)合先進(jìn)核電機(jī)組具備優(yōu)越的動(dòng)態(tài)性能，統(tǒng)籌考慮核電參與電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)問題。
為提升電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力，很多國家正在積極尋求提升能源靈活性的方法，通過技術(shù)創(chuàng)新，積極提高在靈活性、多用途方面的成熟度。2020年9月，清潔能源部長級會議發(fā)布《靈活性核能促進(jìn)清潔能源系統(tǒng)》報(bào)告，闡述了靈活性核能的內(nèi)涵及其在目前和未來在滿足能源需求方面可能發(fā)揮的作用及建議。
技術(shù)創(chuàng)新將為核能提供越來越多的靈活性。針對核電廠，可考慮通過與儲能、新型熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和制氫技術(shù)進(jìn)行新的結(jié)合，使核電廠不僅是可調(diào)度電力的新來源，還可作為熱能和化工生產(chǎn)等的能源來源。而針對未來先進(jìn)核能系統(tǒng)，技術(shù)創(chuàng)新提供靈活性空間更大。2022年1月，美日聯(lián)手推動(dòng)新反應(yīng)堆開發(fā)簽署合作備忘錄，提出在小型反應(yīng)堆(SMR)加上熔鹽儲能體系，擴(kuò)大SMR的設(shè)備容量(從34.5萬千瓦提高到50萬千瓦)，使之儲熱時(shí)間提升至長達(dá)5個(gè)小時(shí)，電廠收入預(yù)計(jì)提高20%。新設(shè)計(jì)的儲熱系統(tǒng)讓SMR有別于傳統(tǒng)的核電廠，具備可調(diào)度性、可調(diào)節(jié)性，理論上，新型鈉快中子反應(yīng)堆能提供一定的靈活性與電網(wǎng)服務(wù)，可依照每日用電需求調(diào)度。
增強(qiáng)核能可調(diào)節(jié)性及空間位置靈活性的發(fā)展思路和實(shí)施路徑
隨著對靈活性資源需求的增大，傳統(tǒng)的基荷電源將越來越多地充當(dāng)靈活性資源，而核電逐步替代傳統(tǒng)的基荷電源，需要結(jié)合核電特點(diǎn)及其發(fā)展實(shí)際和調(diào)節(jié)需求，分析核電配套儲能協(xié)調(diào)發(fā)展存在的問題與挑戰(zhàn)，積極尋求提升靈活性的方法，探討統(tǒng)籌核能發(fā)電、核電配套電化學(xué)儲能、熱儲能、核能制氫儲能等的開發(fā)利用，增強(qiáng)核能可調(diào)節(jié)性及空間位置靈活性的實(shí)施路徑。
(一)發(fā)展核電配套儲能的目的
核電配套新型儲能發(fā)展，考慮新型儲能作為先進(jìn)核能系統(tǒng)輔助部分而發(fā)展靈活性核能，要有利于能源、電力系統(tǒng)低碳清潔化，有利于電力輔助服務(wù)市場費(fèi)用分?jǐn)偛槐M合理情況的改善，有利于搶占國際能源及核能發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)和保障國家能源安全。
1. 核電發(fā)展面臨的形勢
當(dāng)前，由于我國部分省級區(qū)域電網(wǎng)核電機(jī)組比重不斷提高，核電僅作費(fèi)用分?jǐn)傉卟焕诎l(fā)揮其參與調(diào)峰的主動(dòng)性，將加劇電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)壓力，費(fèi)用分?jǐn)倶?biāo)準(zhǔn)等引起部分市場主體的疑慮，人為事先規(guī)定補(bǔ)償價(jià)格，未充分發(fā)揮市場資源優(yōu)化配置決定性作用，可能不能代表電力市場化改革最終發(fā)展方向。因此，考慮到電力市場輔助服務(wù)可能會更多地直接面向工商業(yè)、高耗能企業(yè)等用戶，核電承擔(dān)基荷任務(wù)的單一角色有需求要進(jìn)行轉(zhuǎn)變。而且，核電靈活性能力提升得越早，其在市場上就越可能占據(jù)競爭優(yōu)勢。
——國家明確要求積極安全有序發(fā)展核電，三代核電技術(shù)已進(jìn)入批量化建設(shè)新階段，核電在“雙碳”目標(biāo)下將發(fā)揮更重要作用;
——沿海局部地區(qū)核電比例逐步增加，核電運(yùn)行需要考慮適度參與調(diào)峰及靈活運(yùn)行，需要提高核電的可調(diào)節(jié)性;
——隨著高溫堆、快堆、玲龍一號等示范工程建設(shè)推進(jìn)及落地，核電應(yīng)用場景進(jìn)一步拓展，核電在制氫、分布式能源供應(yīng)等方面大有可為，同時(shí)這也對核電配套建設(shè)儲能提出了更高需求。
2. 核電配套新型儲能的主要應(yīng)用場景及作用
核電配套新型儲能發(fā)展，要盡可能做到靈活性核能能夠靈活部署于各類應(yīng)用場景。
——華龍一號等大堆與儲能匹配，參與負(fù)荷調(diào)節(jié)，保障區(qū)域電力供應(yīng)充足和不同時(shí)段用電負(fù)荷，提高核電安全性和經(jīng)濟(jì)性;
——小堆及先進(jìn)核能系統(tǒng)與儲能匹配，在分布式能源供應(yīng)以及綜合能源服務(wù)等方面拓展應(yīng)用;
——輔助調(diào)頻，電壓將會更穩(wěn)定，確保發(fā)電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性;
——作為備用電源，保障應(yīng)急電源供水系統(tǒng)安全;
——提高核電廠最大輸出功率等。
(二)核電配套新型儲能協(xié)調(diào)發(fā)展存在的主要問題與挑戰(zhàn)
高安全、低成本、可持續(xù)是所有電源及儲能技術(shù)發(fā)展的共同目標(biāo)，而安全是核電配套新型儲能發(fā)展的生命線。
核電配套新型儲能發(fā)展，要重點(diǎn)建立健全靈活性核能的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理、監(jiān)測、評估體系，保障核電配套新型儲能項(xiàng)目建設(shè)運(yùn)行的全過程安全。
——反應(yīng)堆技術(shù)、儲能技術(shù)本身仍在持續(xù)發(fā)展改進(jìn)中，實(shí)現(xiàn)儲能技術(shù)多元化發(fā)展仍面臨不少挑戰(zhàn)，特別是實(shí)現(xiàn)電化學(xué)儲能本質(zhì)安全化、低成本和長壽命等目標(biāo)，任重道遠(yuǎn);
——儲能分類中選取各類新型儲能技術(shù)與核電耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的解決方案涉及領(lǐng)域較廣，對不同核電廠及市場環(huán)境條件需要分別展開深入研究及評估;
——國內(nèi)核電配套新型儲能協(xié)調(diào)發(fā)展的研究工作進(jìn)度偏慢，如鋰離子電池雖是除抽水蓄能外應(yīng)用占比最高的儲能技術(shù)，但也存在安全隱患較大、成本較高、控制技術(shù)復(fù)雜等挑戰(zhàn)，需要?jiǎng)?chuàng)新性研究提出協(xié)調(diào)發(fā)展解決方案;
——考慮到國家及相關(guān)地區(qū)新型儲能電站參與電力市場需要分步推進(jìn)等實(shí)際情況，促進(jìn)核電配套儲能協(xié)調(diào)發(fā)展的相關(guān)支持性政策、項(xiàng)目規(guī)劃尚屬空白。
(三)提升核能可調(diào)節(jié)性及空間位置靈活性的實(shí)施路徑
核電配套新型儲能發(fā)展，需要提升核能可調(diào)節(jié)性及空間位置靈活性。
結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)核電配套新型儲能電站全周期過程中的技術(shù)協(xié)調(diào)發(fā)展、安全環(huán)保運(yùn)行、材料回收循環(huán)利用等需求問題，充分考慮輔助服務(wù)成本隨新能源占比增加呈上升趨勢的實(shí)際，權(quán)衡核電參與電力市場輔助服務(wù)與靈活性核能開發(fā)利用的安全性和經(jīng)濟(jì)性，研究開展提升核能可調(diào)節(jié)性的分階段、分步驟實(shí)施路徑。
可考慮加強(qiáng)對福清、海南等核電站配套儲能的招投標(biāo)進(jìn)展情況的調(diào)研，掌握發(fā)展動(dòng)態(tài)與推進(jìn)實(shí)際情況，可選取某一電站作為典型，細(xì)化實(shí)施方案和推廣路徑，總結(jié)出可復(fù)制、可推廣的經(jīng)驗(yàn)。創(chuàng)新發(fā)展模式，增加核反應(yīng)堆的靈活性，發(fā)揮先進(jìn)反應(yīng)堆靈活支持核能綜合利用系統(tǒng)各種用途的重要作用，深入研究核電配套新型儲能應(yīng)用位置布局靈活性的項(xiàng)目建設(shè)策劃方案的建議。
探索成立核電配套儲能協(xié)調(diào)發(fā)展研發(fā)平臺。研究提出核電配套儲能協(xié)調(diào)發(fā)展研發(fā)平臺的設(shè)立和運(yùn)作方案及工作程序。積極在儲能分類中評估、選取各類新型儲能技術(shù)與核電耦合協(xié)調(diào)發(fā)展解決方案，對不同核電廠及市場環(huán)境條件等深入研究、評估，并開展核電配套儲能各參與單位間的相關(guān)合作模式、機(jī)制研究，綜合研究從核燃料生產(chǎn)、電池原材料供應(yīng)、三廢處理技術(shù)、廢舊材料回收等進(jìn)行一體化協(xié)調(diào)發(fā)展問題。
核電配套儲能協(xié)調(diào)發(fā)展的策略建議
根據(jù)不同核反應(yīng)堆技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用場景，考慮到我國推進(jìn)電力現(xiàn)貨交易帶來電力系統(tǒng)靈活性的需求增加，要堅(jiān)持以市場手段發(fā)現(xiàn)靈活性核能開發(fā)利用的價(jià)值與政策支持的雙重驅(qū)動(dòng)，分類、分步推進(jìn)核能系統(tǒng)與新型儲能協(xié)調(diào)發(fā)展。
首先， 對已有的成熟反應(yīng)堆技術(shù)，根據(jù)核安全及搭配電網(wǎng)規(guī)模儲能技術(shù)要求等，研究核電配套儲能協(xié)調(diào)發(fā)展的技術(shù)方案，制定評估篩選方法及相關(guān)建議，既滿足核電站系統(tǒng)能帶基荷運(yùn)行，同時(shí)能滿足新型儲能電站及提高對電力系統(tǒng)靈活性等的要求。評估相關(guān)核電配套儲能開發(fā)系統(tǒng)及實(shí)施工程示范項(xiàng)目方案的安全性、經(jīng)濟(jì)性、可持續(xù)性，提出核電配套新型儲能(包括氫儲能或組合)的發(fā)展布局，以及相關(guān)環(huán)境影響、安全隱患等的應(yīng)對措施建議。
其次， 針對先進(jìn)核能系統(tǒng)靈活的操作能力，統(tǒng)籌先進(jìn)的新型儲能、氫儲能技術(shù)和相關(guān)材料、安全監(jiān)控和智能控制系統(tǒng)等的開發(fā)研究進(jìn)展。根據(jù)核安全及搭配電網(wǎng)規(guī)模儲能技術(shù)要求等，明確不同的儲能技術(shù)將針對典型應(yīng)用場景、滿足不同時(shí)長和頻率的儲能要求，提出需要開展核電配套儲能技術(shù)多元化發(fā)展的目標(biāo)，并初步評估出最優(yōu)化相關(guān)技術(shù)工藝、設(shè)備系統(tǒng)從實(shí)驗(yàn)室邁入商業(yè)應(yīng)用階段的匹配方案，提出相關(guān)技術(shù)研發(fā)及工程示范計(jì)劃建議。
第三， 對由核電與可再生能源、儲能組成的區(qū)域電網(wǎng)或綜合能源系統(tǒng)開展研究。結(jié)合國家實(shí)施的推動(dòng)新型儲能參與電力市場和調(diào)度運(yùn)用發(fā)展的實(shí)際情況，提出有序推進(jìn)相關(guān)科研項(xiàng)目與工程示范開展計(jì)劃建議，研究提出長期遠(yuǎn)景規(guī)劃建議，明確一定時(shí)期內(nèi)在核電廠計(jì)量出口內(nèi)建設(shè)的新型儲能設(shè)施，可以與機(jī)組聯(lián)合參與調(diào)峰等，按照深度調(diào)峰管理、費(fèi)用計(jì)算和補(bǔ)償，甚至也可以共同參與到現(xiàn)貨電力市場的交易中。
第四， 建立健全核電配套新型儲能開發(fā)、建設(shè)與應(yīng)用多元化標(biāo)準(zhǔn)體系。新型儲能技術(shù)種類多，建設(shè)工藝差異性大，應(yīng)用場景復(fù)雜，需要建立涵蓋新型儲能基礎(chǔ)通用、規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備試驗(yàn)、施工驗(yàn)收等領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)體系，并制定新型儲能安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及多元化應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。要積極跟蹤發(fā)達(dá)國家在核電廠與儲能尤其是電化學(xué)儲能、熱儲能、氫儲能配套方面的相關(guān)政策及變化，以及他們在電廠儲能技術(shù)評估選擇方面的最新動(dòng)態(tài)。
第五， 根據(jù)國家及相關(guān)地區(qū)新型儲能電站參與電力市場需要分步推進(jìn)等實(shí)際要求，鼓勵(lì)核能與電網(wǎng)、可再生能源專家及利益相關(guān)者間的合作。多方共同致力于創(chuàng)建清潔能源綜合利用系統(tǒng)，研究提出核電配套儲能參與電力市場交易、輔助服務(wù)市場競爭的模式，完善投資扶持、財(cái)稅補(bǔ)貼等方面的政策體系及相關(guān)安全環(huán)保措施建議，安全有序促進(jìn)核電配套儲能技術(shù)的推廣應(yīng)用。
(本文作者分別供職于中國核電發(fā)展中心、中核工程咨詢有限公司)
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