近日，落基山研究所發(fā)布了《西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉型探索——打造零碳電力系統(tǒng)的青海樣本》（下稱報告），本報告重點關注西北地區(qū)乃至全國范圍內清潔能源發(fā)展水平最高的省份——青海省，探索高比例可再生能源電力系統(tǒng)向零碳電力系統(tǒng)轉型中的挑戰(zhàn)與解決方案。
雖然青海省清潔電力裝機與發(fā)電量占比均已達到九成左右，但在實現(xiàn)完全脫碳的道路上仍需應對諸多更具挑戰(zhàn)性的難題。事實上，無論從經濟角度還是技術角度，未來十年打造零碳電力系統(tǒng)的過程都將比既往高比例可再生能源發(fā)展過程更具復雜性和挑戰(zhàn)性，這也凸顯了青海打造零碳電力系統(tǒng)樣本對全國乃至全球的意義。
報告指出，零碳電力系統(tǒng)的建設意味著大量間歇性新能源的接入，其必須和零碳靈活性資源相輔相成才能滿足不同時間維度的電力平衡。目前青海電力系統(tǒng)可再生能源發(fā)電總量充足，但日內和季節(jié)性波動均較大，系統(tǒng)靈活性缺乏。
針對上述挑戰(zhàn)，報告結合青海實際，提出了建成零碳電力系統(tǒng)的技術路徑，并充分考慮青?？稍偕茉吹馁Y源優(yōu)勢，依托年度8760小時仿真運行模擬，對光熱發(fā)電、氫電耦合和大規(guī)模儲能等具有地方發(fā)展?jié)摿Φ慕鉀Q方案進行了前瞻性分析【詳見報告全文】，下文重點提取光熱部分：
1、光熱將是青海增長最快的可調節(jié)可再生電源
報告指出，儲熱型光熱發(fā)電機組具備良好的調節(jié)性能，可以迅速響應電網的調節(jié)需求，快速調節(jié)機組出力，具備參與調峰、一次調頻、二次調頻的能力。值得一提的是，與燃煤發(fā)電相比，儲熱型光熱電機組具有負荷調節(jié)范圍更大（穩(wěn)態(tài)最低出力更低）、負荷調節(jié)速率更快、熱態(tài)或冷態(tài)啟動時間更短等優(yōu)勢。
表：不同電力系統(tǒng)靈活性資源對比
國務院發(fā)布的《2030年前碳達峰行動方案》和青海省發(fā)布的“2030行動方案”中都明確表示光熱發(fā)電是可充分利用青海地域特色且穩(wěn)定可控的零碳電源技術，其在青海具有多種優(yōu)勢。在“2030行動方案”中，更是明確了到“十四五”末期光熱電站裝機規(guī)模達到1.2GW以上，到“十五五”末達到3.2GW以上的政策目標。光熱將是青海增長最快的可調節(jié)可再生電源。
《報告》建議青海應充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，均衡發(fā)展波動型與調節(jié)型新能源。在既有風電、光伏波動性電源發(fā)展的基礎上，結合自身氣候和土地優(yōu)勢，推進包括光熱在內的調節(jié)型新能源電源建設，依托地方補貼、優(yōu)惠或試點激勵等措施，引導調節(jié)型新能源電源的投資，促進其規(guī)?；瘧?，提升系統(tǒng)靈活性。
2、光熱發(fā)電成本下降趨勢明朗
報告指出，在成本方面，伴隨著國家級和青海省級的政策推動、優(yōu)渥的光資源稟賦和領先的光熱電站運維經驗，未來塔式光熱發(fā)電的成本下降趨勢明朗，在不久的將來會是有競爭力的零碳發(fā)電技術。塔式光熱系統(tǒng)的聚光集熱和儲熱系統(tǒng)占到總造價的77%左右，是推動塔式光熱系統(tǒng)成本下降的關鍵所在。
如下圖展示的塔式光熱到2030年的造價成本下降趨勢。與成本下降同步進行的還有光熱電站運行效率的提升，到2030年前塔式光熱的定日鏡鏡面工藝迭代、吸熱器涂層的技術進步、鏡場排布優(yōu)化等帶來的效率提升預計將讓光電轉換效率提升12%。在塔式光熱成本下降和光電轉換效率提升雙管齊下的預期下，塔式光熱電站的度電成本將從目前的1.15元/kWh下降至0.75元/kWh。青海自身豐富的運維經驗還有望為光熱電站的度電成本帶來更多的下降空間。
3、光熱發(fā)電規(guī)模化發(fā)展可顯著減少對火電依賴
報告介紹了4種光熱裝機規(guī)模情景下的電力系統(tǒng)仿真結果，并與基準政策情景相比較。
注：基準政策情景（即“十四五”年均新增0.25GW，“十五五”年均新增0.4GW，蓄熱能力均為9小時）；規(guī)模化開發(fā)情景(即1.5/2.0/2.5/3.0CSP，相比基準政策情景，每年新增裝機為其1.5到3.0倍)
仿真結果顯示，在節(jié)能減排方面，光熱裝機規(guī)模的不斷提高顯著減少了火電的出力和外購依賴，通過下圖對比可知，僅增加3.0GW光熱裝機（2.0CSP情景）就起到了增加7.0GW電化學儲能（25%BESS情景）所對應的火電及外購電量減少效果，而且減排效果伴隨光熱裝機增加呈現(xiàn)線性下降的趨勢。
從系統(tǒng)成本的角度看，光熱裝機的增加節(jié)約了大量燃料、外購等可變成本和火電啟停成本，2倍光熱裝機情景所增加的系統(tǒng)成本（約128億人民幣）僅為25%儲能配比情景對應的系統(tǒng)成本增加的68%，此時新增光伏與光熱裝機比約為8:1。這體現(xiàn)出光熱在青海既可以滿足波動性可再生出力不足時的電力缺口，提供日內靈活性并加速火電電量退出、減少外購依賴，又具有較強的經濟性。
同時光熱作為可調節(jié)性新能源，提高光熱在新能源中的裝機占比可有效緩解棄風和棄光現(xiàn)象，同時減少枯水期對外購電量的依賴度（如下圖所示）。在近零碳電力系統(tǒng)的2030年，對比基準政策情景和2倍光熱裝機情景（新增光伏光熱裝機比分別約為18:1和8:1），全年棄風率從6.8%下降到6.2%，棄光率從9.2%下降到8.8%；同時氣電的利用小時數(shù)從3,140小時下降到2,997小時，外購電量占比從5.4%下降到4.9%。
4、光熱發(fā)電和水電具備季節(jié)互補性
在保障電力系統(tǒng)靈活性方面，青海應統(tǒng)籌發(fā)展電化學儲能、光熱發(fā)電、氫能發(fā)電等零碳電源以提供不同時間尺度上的靈活調節(jié)能力。三種零碳調節(jié)電源的引入均不同程度緩解了枯水期晚間對火電和外購的依賴（圖下圖所示）。電化學儲能和氫儲能均提高了午間對新能源的消納能力，減少了棄風棄光，配套蓄熱能力的光熱明顯在晚間提高了出力水平。
但是由于電化學儲能和光熱發(fā)電儲熱時長的限制，系統(tǒng)仍缺乏更長時儲能的支撐。電化學儲能和光熱發(fā)電的調節(jié)效果均在前半夜（17時到24時）比較顯著，而在后半夜（24時到9時），25%儲能配比和2倍光熱裝機情景仍依賴火電和外購電來彌補電力缺口。
同時由于光資源季節(jié)分布較為平均，光熱發(fā)電全年出力也相對較為平穩(wěn)，其中出力峰值出現(xiàn)在枯水期的4月和豐水期初期5月，出力低谷出現(xiàn)在豐水期8-9月，一定程度上體現(xiàn)了光熱發(fā)電和水電的季節(jié)互補性、緩解了青?？菟诘碾娏o張現(xiàn)象。
綜上，報告指出青海省政府應盡快推出省級補貼、投資優(yōu)惠、專項試點等措施以統(tǒng)籌發(fā)展新型零碳靈活性資源，同時充分給予其參與電能量和輔助服務市場的主體地位，為零碳電力系統(tǒng)提供不同時間尺度的靈活性，進一步促進光熱發(fā)電和氫能發(fā)電等新型靈活性資源的投資。（來源：落基山研究所）
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