融合發展撬動能源轉型
圖①：青海海南藏族自治州塔拉灘生態光伏園的“光伏羊”。記者 趙秀芹攝圖②：龍羊峽水電站。資料圖片
要實現碳達峯、碳中和目標，大規模、高比例發展零碳能源是必然趨勢。
以水風光為代表的零碳能源特別是風光等新能源，雖然具有清潔零碳等諸多優勢，但也存在間歇性、波動性等短板。在構建以新能源為主體的新型電力系統大背景下，不穩定的新能源成為主力電源，調峯就成為世界性難題。甚至有電力專家認為，一旦風光等間歇性電源成為主力，如果沒有很好的調峯手段，電網可能存在重大風險。
如何破解這一世界性難題？國家電力投資集團公司黨組書記、董事長錢智民説，國家電投給出的答案是兩個字——“融合”，即以融合為思路，源網荷儲協同互動，通過多品種能源互補的綜合智慧能源，實現電力系統的平衡和穩定。
目前，國家電投已經開展了420個綜合智慧能源項目，總投資超過1310億元。記者近日深入該企業在北京、安徽、山東、青海等省份的試驗和示範項目進行了調查採訪。
多能融合——
水光互補項目讓原本具有間歇性、波動性和隨機性的光伏電源實現平穩併網
位於青海海南藏族自治州的龍羊峽水電站是黃河上游龍青段規劃中的第一座大型梯級電站，1976年開工建設，1989年4台機組全部投產發電，其庫容達247億立方米，相當於1700個杭州西湖。
2013年開始，國家電投在距離龍羊峽直線距離36公里的共和縣，建設了85萬千瓦裝機的光伏電站，由此促成了全球規模最大的水光互補發電工程。
把光伏電站建在水電站旁邊，國家電投頗費了心思。
光伏發電的“軟肋”是晚上不能發電，而水電的“短腿”是存在豐枯水期變化。如何讓這兩種零碳能源優勢互補，實現“1+1>2”？
國家電投想到的方案是“水光互補”——當太陽光照強時，多用光伏發電，水電或停用或少發；當天氣不好或夜晚影響到光伏出力時，則通過控制系統及時調節，讓水電多出力。這樣，將水電和光伏發電“打捆”送出，可使原本具有間歇性、波動性和隨機性的光伏電源實現平穩併網，從而降低對電網的影響。
7月23日，記者在龍羊峽水電站看到，前一天水電和光伏發電“打捆”送出的電量是3455萬千瓦時。國家電投黃河公司龍羊峽發電分公司黨委書記、總經理黃青剛告訴記者：“水輪機組的調節非常方便，只需幾秒鐘就能對光伏發電的變化作出反應。這樣就把原本間歇、隨機、功率不穩定的‘鋸齒’形光伏電源，調整為均衡、優質、安全的平滑穩定電源，進而可以減少電力系統為吸納光伏電站發電所需的備用容量。”
在水光互補中，水電的確可以彌補夜晚光伏發電的缺口。但是，白天光伏多出力，是否會擠佔水電的效益？
黃青剛説，從近幾年運行情況看，水電站送出線路的年利用小時數反而從原來的4621小時提高到5019小時，也就是説，水光“打捆”後，“蛋糕”做得更大了。即便真的出現水電出力下降，若算綜合效益，仍然划算。比如龍羊峽水庫，目前發電的重要性只排第四位，排在前三位的是防洪、防凌和供水。少發電就意味着多蓄水，這對於缺水的西北地區尤為重要。
不只是水光互補，新的美好藍圖正在鋪展——“十四五”規劃綱要提出“建設一批多能互補的清潔能源基地”，黃河上游和幾字灣也被列入大型清潔能源基地。
“離這裏不遠處還有一座拉西瓦水電站！”指着下游方向，黃青剛難掩激動：“我們依託黃河上游清潔能源基地，探索構建新型電力系統，準備利用海拔高差建設龍羊峽清潔能源調控樞紐工程，以水電拉動新能源開發，在用電低谷時用泵把水抽上來、高峯時放水發電。依靠青海豐富的風光資源，我們有信心建成水風光儲多能互補調節中心。”
技術融合——
“分佈式能源+信息技術+儲能技術”讓新能源就近就地消納
如果説多能融合有望緩解新能源調峯壓力，那麼，分佈式能源和信息技術、儲能技術的融合，則能幫助新能源就地消納，甚至能部分化解我國新能源資源分佈和負荷中心不平衡的難題。
在聞名全國的安徽鳳陽縣小崗村，一場綜合智慧能源試驗正拉開帷幕。
“屋頂免費裝上光伏板，每年能少花200多元電費，我們非常歡迎。”“大包乾”帶頭人之一、今年70多歲的嚴金昌躍躍欲試。
嚴金昌家不遠處，地源熱泵為遊客中心、養老中心等區域提供集中供熱和供冷，光伏車棚、光伏座椅、智慧路燈等設施成為小崗村的一道新風景。“未來整個項目建成後，小崗村可實現清潔能源電量全替代。”國家電投安徽小崗村綜合智慧能源有限公司總經理高陽説。
長期以來，我國新能源資源和需求一直存在逆向分佈——一邊是西北部地區“風光”資源豐富、自我消納能力弱，另一邊卻是東中部地區資源稟賦有限、用電需求和減排壓力巨大。如果能在東中部地區見縫插針、就近就地挖掘分佈式新能源的潛力，實現自發自用，就可以減輕對長距離送電的過度依賴，緩解新能源送出壓力。
不過，分佈式能源大量接入，同樣會給電力系統穩定帶來挑戰。打個比方，過去電網像一艘巨輪，以後分佈式電源多了，可能就是無數艘小噸位貨船、小船和巨輪共同組成船隊，彼此之間的協調配合就顯得特別重要。於是，能源與互聯網、大數據甚至物聯網等新技術的融合需求也浮出水面。
“10點，4847千瓦；12點，14541千瓦；18點，43623千瓦……”在小崗村“天樞一號”綜合智慧能源管控與服務平台上，記者看到一條波動的光伏日預測曲線，輕點鼠標，還能切換到用電負荷、冷熱負荷等預測曲線。
“基於歷史數據和氣象信息，這個‘智慧大腦’能夠預測用户用能需求，並在多種能源之間進行優化配置、削峯填谷。比如光伏出力小了，可以讓生物質能補上。這就相當於將點多面廣、隨機多變的分佈式電源，‘打捆’成相對平穩、出力可控的成片電源，從而增強了新能源的穩定性。”高陽説。
分佈式能源雖然前景廣闊，但要真正實現自發自用，甚至最終做到離網運行，還有賴於儲能技術的突破。目前，全球儲能技術中最主流的技術路線是抽水蓄能和電化學儲能，而用富餘的“風光”電制氫，甚至利用峯谷電差儲熱、儲冷，同樣大有可為。
在位於北京昌平區的寶之谷國際會議中心，園區西側矗立着一個10餘米高的大罐子，這是國家電投自主研發的“冷熱雙蓄水罐”。幾米外，還有一個長近4米、寬2.5米的“集裝箱”，這是儲能的又一種形式——超威鈉鹽電池儲能系統，年儲電量可達33萬千瓦時，利用峯谷價差，每年可節省用電成本35萬多元。中電智慧綜合能源服務有限公司總經理張越説，去年他們拆掉了3台燃氣鍋爐，改成利用夜間谷電時段進行制熱或製冷，白天高峯電價時段放熱或放冷，再配合上空氣源熱泵、污水源熱泵等設備，“每年可減少燃燒天然氣80萬立方米，換算下來每年可節省資金約280萬元。”
跨界融合——
參與城市供暖和海水淡化，傳統電站定位悄然轉變
新能源異軍突起的同時，火電站等傳統發電企業的地位難免有所下降。近年來，一些省份的火電、核電機組已出現降功率運行的情況。資本密集的火電、核電等企業能否成功適應新趨勢，既關乎自身發展，也事關我國能否順利構建以新能源為主體的新型電力系統。
山東半島東南部的海濱小城海陽市，三面環海的岬角頂端，兩座雪白的“大圓罐”十分惹眼。這是海陽核電一期1、2號機組的核島。在這裏，反應堆把水加熱，產生大量高温蒸汽，驅動汽輪機發電。目前，這兩台世界最先進的第三代核電機組已累計發電超過570億千瓦時。
讓國家電投山東核電有限公司董事長吳放津津樂道的，除了先進的核電機組，還有從核電常規島延伸出的兩條白色管道。
“這兩條管道不是用來輸電的，而是向城區供熱。”海陽核電設計管理處工程師劉憲嶺解釋，管道一頭連着核電廠內供熱首站，另一頭連着廠外熱力公司。在核電廠內，從核電機組抽出的高温蒸汽將管道中的水加熱到120攝氏度。隨後，熱水被輸送到熱力公司換熱總站，釋放熱量後再返回電廠，如此循環往復，實現源源不斷的熱量輸出。
為啥一座世界最先進的核電站幹上了城市供暖的營生？“目前，核電站年發電小時還不錯，但未來我們這樣的核電站也存在給新能源發電讓路的壓力，因此必須居安思危，不能只做發電這一篇文章。”吳放説，他們想到的第二篇文章，是和電關係最緊密的“熱”。
任何電廠都有大量餘熱，把餘熱利用起來就會提高效益。“核電站實際熱效率比最先進的火電機組要低10個百分點，只有36.7%。把核電的熱直接拿出一部分來供暖，可以提高核電的熱效率，綜合效益更高。而且，減少餘熱排放還有利於海洋生態保護，可謂一舉多得。”吳放説。
對海陽市來説，核電供熱也能帶來減碳紅利。
“以前靠鍋爐供暖，燒煤鍋爐房裏黑乎乎的。”站在已經停運的5層樓高大鍋爐前，豐源熱力臨港分公司經理潘世偉細數起燒煤供暖的種種不便：“一不環保，二不經濟，三不省心。燃煤鍋爐故障率高，還要請工人24小時三班倒上煤，冬季光是臨時招工就得20人。”
如今，在鍋爐房隔壁，一座潔白小巧的板式換熱器解決了各種問題。據測算，海陽實現全市核電供暖後，每個採暖季可節約原煤10萬噸，減排二氧化碳18萬噸、煙塵691噸、二氧化硫1188噸，相當於種植1000公頃闊葉林。“今年冬天，海陽將成為全國首個零碳供暖城市。”吳放説。
“水熱同產”，是吳放他們“跨界”的第三篇文章。
“海水淡化要消耗大量熱能或電能，我們與清華大學共同研發了‘水熱同產’裝置，利用核電站的高温蒸汽嘗試海水淡化。”海陽核電設計管理處工程師張真説，經過檢測，淡水品質很高，可直接飲用，且生產用能全部來自供熱蒸汽，不額外耗能，實現了在零碳供熱的同時零能耗制水，“山東半島一些地區較為缺水，未來大規模應用的前景廣闊。”
推進融合——
尋求共贏，讓“有錢的少花錢、沒錢的不花錢”
採訪中，錢智民給記者講述了讓他印象深刻的一個故事：幾年前，企業想給青海三江源地區的牧民安裝光伏發電設備，讓他們可以用電做飯取暖。可牧民們的積極性並不高：“撿牛糞燒飯一分錢都不要，安裝光伏還要花錢。”
錢智民從中敏鋭地感覺到，推進融合發展，就必須找到多方共贏的路徑，讓“有錢的少花錢、讓沒錢的不花錢”，讓原來想解決、解決不了的問題找到新的解決方法，這樣，融合“大戲”才能唱成、唱好。
“小崗村最頭疼的事是啥？”小崗村項目開工前，國家電投安徽公司提出的第一個問題，不是要不要建光伏屋頂、智慧路燈，這讓小崗村黨委副書記、村委會主任周羣之馬上有了興趣：“秸稈焚燒是最讓我們頭痛的事情，你們能幫助解決？”
原來，小崗村每年有近3萬噸秸稈需要處理，因為環保要求，不能一燒了之。於是，要麼深耕掩埋，但每畝成本需要30元至50元；要麼送到15公里外的電廠，運輸又不方便。“我們曾對不燒秸稈的村民出台了獎勵政策，但有村民説，‘你別給我錢，幫我把秸稈弄走就行’。”周羣之説。
針對這一痛點，國家電投在綜合智慧能源項目中規劃了一條2萬噸的秸稈綜合利用生產線，充分利用當地的秸稈、垃圾、糞便等生物質廢棄物發電，實現了變廢為寶。
綜合智慧能源項目的探索，還為小崗村的產業發展帶來了更多可能。記者來到小崗村改革大道西側的農光互補項目，只見一間小房子正在“生產”植物。沒有土壤、沒有化肥，綠油油的生菜正在一層層白色栽培板中茁壯成長……
“我們打算利用光伏電源，開展水培蔬菜生產，不僅生長速度比室外快，而且能夠大大減少對土地的佔用。”高陽説，下一步他們還準備在光伏板下種植黑豆或洋姜，幫助小崗村興產業、增收入。據瞭解，農光互補、屋頂光伏、秸稈綜合利用等項目每年預計能給小崗村村集體、村民增收約530萬元。
在距離小崗村2000多公里的青海塔拉灘生態光伏園裏，一羣綿羊在悠閒地吃草。41歲的馬漢台村牧民向佔魁每天騎着摩托車放養“光伏羊”，每月能有3000元收入。
“光伏板能夠降低風速和水分蒸發量，非常適合草的生長。因此過去的戈壁灘，現在長出了綠草。但是，草太長了會影響發電，還有火災隱患。後來我們乾脆養羊來‘除草’，結果卻創造了一個產業。”光伏園負責人吳世鵬説。現在，這片600多平方公里的土地上已經放養了5000多隻羊，為向佔魁等十幾户牧民帶來了實實在在的收入。
未來，如何全面推進融合發展？錢智民認為，關鍵要從小崗村、寶之谷等綜合智慧能源示範項目的探索中，找到技術路徑和商業模式。
“特別是商業模式，以往電力企業不太注重，大家認為反正就是建一個電廠，投資幾十億元、上百億元，建好後發電就行了，還要啥商業模式。但融合發展要兼顧多種利益，探索出讓各參與方都受益、都有積極性的商業模式。”錢智民説，國家電投將在水火核風光氣等產業融合發展基礎上，積極與供給側、用户側以及農業、交通運輸、建築冶金等進行跨界式“大融合”發展，爭取繼續領跑。
“融”出能源應用新篇章（記者手記）
實現碳達峯、碳中和，意義重大，任務艱鉅。我國發電行業龍頭企業之一的國家電投主動作為、積極探索，以多維度、深層次的融合發展思路，力爭為我國未來能源應用場景樹立樣板。
融合，必登高望遠。只有堅持高起點、高標準、高定位，着眼長遠、系統謀劃、整體設計，才能更好打破舊格局、開創新局面。長期以來，我國電力系統運行中源網荷儲條塊分明，而國家電投建設的水光互補光伏電站將水電和光伏發電“打捆”送出，成功實現平穩併網、綜合效益多贏，這正是融合帶來的好處。
融合，要破舊立新。構建新型電力系統的融合之路沒有現成經驗可循，如何融合、與誰融合都需一步步探索。從小崗村的綜合智慧能源網到戈壁荒灘上光伏產業園的“光伏羊”，再到核電站輸送能源的首個零碳濱海新城……國家電投的“清潔能源+”融合實踐探索出了新思路，也帶動了新技術新產業發展，讓人看到了廣闊前景。
融合，靠眾人拾柴。實現碳達峯、碳中和，面臨諸多挑戰，靠各自為戰、單槍匹馬不可能成功，需要更多方面相互借力、齊心協力，共同下好一盤棋。從中央到地方、從政府部門到相關企業，有關方面都行動起來，才能最終建立以新能源為主體的新型電力系統，既滿足全社會用能需求，又守護好祖國碧水藍天。（記者 冉永平 趙秀芹 丁怡婷 邱超奕）
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《 人民日報 》（ 2021年09月08日 第18 版）