晚上是用电低谷吗?事实是不一定。还有就是,我国太阳能目前白天发电量过剩了

【本文来自《全电化、智能化、可再生,抽水蓄能+电动车拉动改造中国》评论区,标题为小编添加】

其实这和电价没有太大关系,只和发电量有关系。根本原因是:我国太阳能目前白天发电量增长太快了,需要存储下来。

1)抽水蓄能电站具有调峰、填谷、调频、调相、储能、事故备用和黑启动等多种功能。国外抽水蓄能电站发展已有一百多年;我国的发展比较晚,但起点却较高。特别是新能源的迅速发展需要加速抽水蓄能电站建设。因此我国的抽水蓄能水库和国外的有巨大差别,他伴生新能源的高速增长。[1] 国家能源局发布《抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035年)》,明确表示:“当前,正处于能源绿色低碳转型发展的关键时期,风、光等新能源大规模高比例发展,新型电力系统对调节电源的需求更加迫切。”[2]

2)我国的太阳能,风电发电量增长迅猛。根据国家统计局数据显示:2021年1-12月中国太阳能发电量累计产量为1836.6亿千瓦时,累计增长14.1%;2016-2021年中国太阳能发电量产量稳步上升(见图1)。[3]  在2021年,风电发电量整体达到了5667亿千瓦时,同比增长29.8%。2021年,我国规模以上风电、太阳能发电量累计为7504亿千瓦时,占比约9.25%(火电发电量占比73.36%;水电发电量占比11.10%;核电发电量占比4.97%)[4]。根据国家能源局综合司今年4月份发布的《关于2021年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知(征求意见稿)》,2021年全国风电、光伏发电量占全社会用电量的比重达到11%左右;到2025年达到16.5%左右。[5]

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图1. 2021年中国太阳能发电量当月产量及累计产量统计图(来源于产业信息网)[3]

3)我国76%的国土光照充沛,光能资源分布较为均匀;太阳能发电的最大短板就是“昼出夜伏”的周期性。比如2021年,每天太能发电平均发电5亿千瓦时(白天),但到了黄昏后太阳能发生瞬间归零。随着太阳能产业的进一步发展,其昼夜的巨幅波动会进一步扩大。因此,目前太阳能发电除大规模并网发电和离网应用外,太阳能还需要通过抽水、超导、蓄电池、制氢等多种方式储存。如果能彻底解决太阳能蓄能问题,理论上太阳能+蓄能几乎可以满足中国未来稳定的能源需求。[6] 所以,目前我国蓄能水库大大力发展 的初衷之一,就是和太阳能发电强互补。其基本逻辑是:白天太阳能发电多的时候,将一部分电力通过抽水到蓄能水库而储备起来,太阳落山后,迅速发电补齐太阳能发电断崖下降的短板,从而太阳能和风能+蓄能水库就可以形成平稳的供电了。

4)由于水电、火电和核电非常稳定;风电也比较稳定(可以近似于稳定);但太阳能光电的“昼夜”周期性、波动性太强,所以太阳能发电的波峰在白天,波谷在黄昏后。晚上是用电低谷吗?事实是不一定,太阳落山后(比如晚上7:00)到11:00是居民用电的高峰,同时企业生成用电,市政用电(照明、地铁等),高铁等都是用电大户。当然晚上22:00到第二天6:00是用电低谷,必然有多余的电会储存。但是通过上述分析发现太阳能光电才是大头,而且未来的比重会越来越高。

5)白天太阳能发电能用完吗?根本用不完。太阳能完全靠天吃饭,根本无法预测,不能平稳发电,发电量忽高忽低(一片乌云,下一阵雨,发电量就下来了),所以,单纯依赖太阳能搞工业生产问题很大,说不定电机几次冲击后就烧掉了。更加麻烦的是太阳能只能白天/晴天发电,太阳落山/阴雨天就完全无法保障。但有了蓄能水库就不一样了,太阳能每天发5亿千瓦时的电,一半白天用(或者60%),剩余的蓄能晚上用,就可以平稳地提供2.5亿千瓦时/天的稳定用电,就可以并网发电了。

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图2. 2022年火水风核光电昼夜发电占比简化示意图(太阳能占比3%)

这也体现在《“十四五”现代能源体系规划》中,“十四五”期间将全面推进风电和太阳能发电大规模开发和高质量发展。《规划》还指出,加快推进抽水蓄能电站建设,实施全国新一轮抽水蓄能中长期发展规划,推动已纳入规划、条件成熟的大型抽水蓄能电站开工建设;力争到2025年,抽水蓄能装机容量总规模较“十三五”翻一番,达到6200万千瓦以上、在建装机容量达到6000万千瓦左右;到2030年,抽水蓄能投产总规模较“十四五”再翻一番,达到1.2亿千瓦左右。[7]  按照我国的能源规划,2050年中国可再生能源占能源消费比例60%以上,假如未来太阳能发电占比将会超过14%,届时太阳能发电的昼夜波动将更加突出,必须要通过进一步蓄能来解决。[8] 而按照美国能源部在《太阳能未来研究报告》中规划,到2050年美国太阳能占比将达到45%。[9]

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图2. 2050年后火水风核光电昼夜发电占比简化示意图(太阳能占比14%)

6)当然,天气变化无常,也不能简单的归于“白天抽上去,晚上发电”。事实上,蓄能水库是智能的,他会动态调节。说白了蓄能水库就是救火队员,只要检查到有多余电的时候就抽水上去,缺电的时候就马上发电。和太阳能发电配合就可以提供稳定的能源。这里的“稳定”非常重要,是大工业生产的前提。

7)除了蓄能水库,还有熔盐发电,原理和蓄能水库差不多,不过是储热,都是克服太阳能发电的大幅波动,提供稳定电力输出和供应:“但这种塔式光热发电站的优势相当明显,由于吸热板既可以吸热,又可以储热,即便是在夜晚,这种发电站也依然能够保持运行。”[10]

【注】:对内容中有些不严谨、错误的地方进行修改。

[1] 抽水蓄能电站, https://baike.baidu.com/item/%E6%8A%BD%E6%B0%B4%E8%93%84%E8%83%BD%E7%94%B5%E7%AB%99/2372732?fr=aladdin.

[2] 抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035年).http://zfxxgk.nea.gov.cn/2021-09/17/c_1310193456.htm.

[3] 2021年1-12月中国太阳能发电量产量为1836.6亿千瓦时 西北地区产量最高(占比36.1%) . https://www.chyxx.com/shuju/1100275.html. 

[4] 目前我国的风能、太阳能的实际发电量有多少? https://www.163.com/dy/article/H7M0SDID055317X1.html.

[5] 2021年国内规模以上太阳能发电量1837亿千瓦时,增长提速. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1722199998686994459&wfr=spider&for=pc.

[6] 我国光伏产业迎来历史性发展机遇,国内光伏发电量占比快速提升 利好! . https://view.inews.qq.com/a/20220704A09ET500.

[7]“十四五”现代能源体系规划:全面推进风电和太阳能发电大规模开发和高质量发展.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1727993738604543078&wfr=spider&for=pc.

[8] 2050年中国可再生能源占能源消费比例60%以上.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1721249970078105053&wfr=spider&for=pc. 

[9] 美国低碳方案:到2050年太阳能占比45%. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1710384674183782340&wfr=spider&for=pc.

[10] 亚洲第一,中国用20000吨熔盐建成一超级工程,为国创收几十亿. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1717406968544444775&wfr=spider&for=pc.

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