中国政府于2020年9月30日联合国大会上向世界承诺，中国将于2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和。“双碳”目标的提出，标志着中国将加快可再生能源的部署，并亟需通过发展高效的灵活发电技术保障电网稳定性，以满足中国日益增长的用电需求。
10月12日，中国政府提出：“为推动实现碳达峰、碳中和目标，中国将陆续发布重点领域和行业碳达峰实施方案和一系列支撑保障措施，构建起碳达峰、碳中和‘1+N’政策体系。中国将持续推进产业结构和能源结构调整，大力发展可再生能源，在沙漠、戈壁、荒漠地区加快规划建设大型风电光伏基地项目，第一期装机容量约1亿千瓦的项目已于近期有序开工。”
可再生能源发展迅猛，然仍有短板掣肘
近年来，我国可再生能源迅猛发展。2021年，我国可再生能源装机规模稳步扩大。据国家能源局数据统计，截至2021年6月底，全国可再生能源发电装机达到9.71亿千瓦。其中，水电装机3.78亿千瓦（其中抽水蓄能3214万千瓦）、风电装机2.92亿千瓦、光伏发电装机2.68亿千瓦、生物质发电装机3319万千瓦。预计未来我国可再生能源装机规模将不断提升，逐渐取代一次能源成为能源主力。
但当前我国电力系统灵活性不足、调节能力不够等短板和问题突出，制约更高比例和更大规模可再生能源发展。为了确保我国能在既定时间实现“双碳”目标，今年7月国家发展改革委员会联合国家能源局，共同发布了《关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模的通知》（以下简称《通知》），旨在实现应对气候变化自主贡献目标，促进风电、太阳能发电等可再生能源大力发展和充分消纳。
《通知》指出，未来我国实现“双碳”目标任务艰巨，需要付出艰苦卓绝的努力。实现碳达峰关键在促进可再生能源发展，促进可再生能源发展关键在于消纳，保障可再生能源消纳关键在于电网接入、调峰和储能。要引导市场主体多渠道增加可再生能源并网规模。多渠道增加可再生能源并网消纳能力。鼓励发电企业自建储能或调峰能力增加并网规模。允许发电企业购买储能或调峰能力增加并网规模。鼓励多渠道增加调峰资源。
据了解，目前，全球所有发电量中有18％来自可再生能源。即使没有补贴，可再生能源的竞争力也越来越强，内燃机电厂等灵活型解决方案已开始取代不灵活的发电，确保电网更加稳定。为缓解新能源的间歇功率特性，支持可再生能源消纳和分布式新能源接入，适应新形势下电力系统调峰调频需求，储能技术与可再生能源发电的结合应用是实现未来高占比大规模可再生能源应用的必要手段，因此需要大力发展和建设多元化储能系统。
中国科学院院士周孝信强调，构建清洁低碳安全高效的能源体系和以新能源为主体的新型电力系统，是我国未来能源转型和实现碳中和目标的重中之重。要持续推进终端用能的电气化以及加强电力电子和储能等关键技术创新；要通过数字化转型，推动新一代输配电网和能源互联网建设，适应高比例可再生能源电力消纳，确保电力系统安全稳定运行。
灵活发电解决方案为能源转型提供技术保障
近来年，我国能源转型成绩斐然。比如，江苏省在可再生能源利用方面一直走在中国各省前列，其可再生能源发电量约占全省发电总量的17%。在江苏省可再生能源大规模介入的情境下，到2030年，包括调峰燃气机组、抽蓄电站、高效灵活内燃机在内的灵活电源装机规模至少将超过5570万千瓦，在江苏省总装机规模占比超过16%，潜在市场可期。
在能源转型持续加速的情况下，超灵活内燃机发电厂技术和电池储能解决方案将为未来以可再生能源为主力的能源系统安全运行提供技术保障。芬兰瓦锡兰集团（Wärtsilä）（以下简称“瓦锡兰”）高效灵活的燃气内燃机——(“Internal Combustion Engine”, 简称“ICE”)发电厂（以下简称“ICE发电厂”）和储能解决方案在填补电力供应缺口和调频调峰方面可发挥重要作用，从而减少电力系统对煤炭的依赖，进而降低二氧化碳排放水平。
瓦锡兰中国市场发展总经理周秦声表示，随着更多的可再生能源并入江苏电网系统，一些灵活技术的应用，例如ICE发电厂，可以通过迅速启动，来满足平衡间歇和电力波所带来的快速响应需求，确保电网的稳定和可靠。当可再生能源电力恢复工作时，这些内燃机也可以快速响应停机。ICE发电厂可以过渡到使用合成燃料发电及氢燃料等，以进一步实现中国2060年的碳中和目标。
瓦锡兰于2019年在江苏启动了研究如何优化中国江苏省电力系统的项目，该项目是中芬能源合作平台下的重点项目。中芬能源合作是两国领导人共同推动和见证下的务实成果，2018年两国能源主管部门签署《中芬能源合作工作计划》，明确电力系统灵活性是下一步重点合作领域之一。基于瓦锡兰拥有先进的高校灵活内燃机技术并已在世界多个国家和地区成功应用，可以为中国发电侧灵活性提供新的技术选项。
2020年，瓦锡兰和中国电力规划设计总院（EPPEI）共同发布了《中国江苏正迈向高可再生能源的未来》白皮书（以下简称“白皮书”）。白皮书通过对电力系统建模，显示了江苏省将从可再生能源份额的增加和电力系统灵活性的提高当中受益。白皮书还阐述了如何在保持电力系统稳定性和可靠性的同时，构建大规模可再生能源整合的最佳途径。白皮书总结到，提高可再生能源占比将为江苏电力系统节约总成本近640亿元，到2030年，总碳排放量将减少25%以上。
正如白皮书中所建议的，江苏电网需要大规模的可再生能源，以降低电力系统成本，实现更可持续的能源生产。灵活的电力平衡能力，如ICE发电厂和储能技术，对于可再生能源并网及电网的平衡能力至关重要。根据高可再生能源情景建模显示，到2030年，江苏电力系统中风能和太阳能发电的比例将增加到30%。
“可再生能源是中国未来的一个趋势。利用清洁能源和可再生能源作为发电来源，江苏是走在各省前列的。与此同时，江苏对可再生能源的需求不断增长，凸显了电力系统灵活性的重要性，”中国电力规划设计总院项目负责人说道。
系统建模，优化电力系统
周秦声介绍说，作为芬兰智慧灵活发电领域的代表，瓦锡兰的核心技术之一的高效灵活内燃机组已经在全球180个国家/地区成功应用，装机容量总计7200万千瓦，成为当地电力系统调节能力的主力来源，有力地促进了当地可再生能源的利用和消纳，得到各国政府机构、电力企业的广泛认可。其中有些项目和江苏的建模活动很相似，着眼在大电网层面，也有一些项目是非常小规模的电网，甚至有不到1GW的区域电网。
瓦锡兰开展电力系统建模分析，目的有三。其一，理解电力系统的运用及基本要素，以阐明能源系统在未来可能遇到的挑战；其二，量化不同电厂在系统层面的效益，理解灵活性在电力系统中的价值，以达到优化电力系统总成本，找出优化能源组成结构；其三，理解和推广高质量建模，以帮助能源与运营储备可以协同优化，并积极开发新的建模方法。
通过建模结果可以看到，到2030年的装机结构、抽水蓄能都有良好表现，但江苏的资源较少，煤电、天然气等资源会保持稳定。这种情况下，灵活性需求凸显，其中包括了储能、内燃机发电、调峰燃机等。未来，随着可再生能源大规模的接入，电网对于调峰调频的需求也会越来越显著。
携手共进，开创中国能源脱碳之未来
瓦锡兰方面表示，随着可再生能源装机规模和占比不断提升，电网的调峰、调频压力持续增加，因此需要加快推进煤电的灵活性改造、节能改造、超低排放改造。充分发挥现役的大容量煤电机组的调峰和容量支撑作用，大力推进实施火电机组灵活性改造，建立健全辅助服务市场机制，释放存量电源的调峰能力，以最小的边际成本带动能源转型发展。同时进一步挖掘现有天然气电站调峰能力，推进多种形式的天然气调峰电源建设，结合芬兰先进技术经验和应用实践，综合考虑技术和经济因素，适时引入超灵活内燃机作为新的气电调峰电源选项，作为传统燃气轮机电站的有益补充。
中国在能源转型方面所取得的成功，对世界其他国家实现《巴黎协定》中把“全球平均气温升高幅度需控制在2℃以内”的目标具有重要意义。虽然中国的能源行业只是碳排放中的一环，但如果没有它对降低碳排放的积极贡献，碳中和是不可能实现的。
中国的能源行业越来越清楚地认识到，利用现有的灵活能源技术，加速可再生能源在能源系统中的部署是非常可行的。燃气内燃机发电厂和储能技术可以在提供必要的灵活性方面做出应有的贡献，同时带来大量的成本节约为实现环境效益提供支持，最终建构一个更加稳定可靠的新型电力系统，为中国经济的持续增长提供动力。瓦锡兰表示，考虑到中国取得的这些成就和其实现碳中和目标的意愿，我们有充分的理由相信中国将成为可再生能源转型的世界领导者。瓦锡兰将致力于助力中国实现“双碳目标”，开创中国能源脱碳之未来，为加速能源转型“添砖加瓦”贡献自己的力量！
【责任编辑：刘澄谚 】
