“雙碳”背景下，我國能源結構將會進一步優(yōu)化調整，為保障“十四五”及中長期能源電力供應，我國明確按照“適度超前”原則推進能源基礎設施建設。核電作為近零排放的低碳能源，需要強化在推動能源革命中的戰(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)模進一步提升，結合核電特點及其發(fā)展實際和電力系統(tǒng)靈活調節(jié)需求，發(fā)展靈活性核能，重點探索統(tǒng)籌核能發(fā)電與新型儲能的開發(fā)利用以及增強核能系統(tǒng)可調節(jié)性及空間位置靈活性的發(fā)展思路和實施路徑十分重要。
拓寬核電提升靈活調節(jié)能力思路的必要性分析
當前至今后很長一段時期，我國新能源規(guī)模將保持快速增長態(tài)勢，負荷峰谷差將持續(xù)拉大，對電力系統(tǒng)靈活性資源需求也將進一步提高。國家電網公司預測，考慮負荷峰谷差及新能源波動等因素，到“十四五”末，國網經營區(qū)靈活性資源需求將達到6.8億千瓦，大大超出傳統(tǒng)電源和抽水蓄能的調節(jié)能力，電力系統(tǒng)調節(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主體。考慮火電靈活性改造目標完成，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，有必要加強電力系統(tǒng)靈活調節(jié)能力建設，統(tǒng)籌核電配套新型儲能的基礎設施建設，多角度、多層次、多途徑發(fā)展新型儲能技術，積極構建與電力系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展的電力儲能體系。
針對增量靈活調節(jié)電源，有關部門提出將儲能納入電力系統(tǒng)發(fā)展統(tǒng)籌規(guī)劃，推動協(xié)調發(fā)展，探索建立靈活性資源容量市場機制等。考慮到2021年底新型儲能累計裝機剛超過400萬千瓦，而虛擬電廠調節(jié)負荷作用有限等情況，預計“十四五”時期抽水蓄能造價、壽命和安全性等指標仍優(yōu)于電化學儲能等，大容量系統(tǒng)級儲能應優(yōu)先發(fā)展抽水蓄能，而新型儲能容量可大可小，環(huán)境適應性強，能夠靈活部署于電源、電網和用戶側等各類應用場景，可以作為抽水蓄能的增量補充。“十四五”及中長期需要統(tǒng)籌電網、抽水蓄能及新型儲能發(fā)展，合理確定發(fā)展規(guī)模、設施布局、接入范圍和建設時序，引導抽水蓄能和新型儲能合理布局、有序發(fā)展。中遠期來看，要保障增量電力系統(tǒng)資源具備深度調節(jié)能力。
我國“雙碳”目標及貧油少氣的資源稟賦制約著煤電靈活性改造和燃氣發(fā)電發(fā)展空間，資源環(huán)境稟賦又限制了調節(jié)性水電站和抽水蓄能電站的開發(fā)利用，這使得電化學儲能、壓縮空氣儲能、氫儲能等新型儲能技術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《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》等文件，提出了需要開展儲能技術多元化發(fā)展，并以需求為導向，探索開展儲氫(氨)、儲熱(冷)及其他創(chuàng)新儲能技術的研究和示范應用。不同的儲能技術要針對典型應用場景、滿足不同時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。氫儲能一般是指利用過剩電力或成本較低的電力進行電解水制氫，并將氫氣儲存起來，氫氣可以通過燃氣渦輪機燃燒發(fā)電，也可以借助燃料電池轉化為電能。
拓寬核電提升電力系統(tǒng)靈活調節(jié)能力思路十分必要。目前，考慮到核電參與電力系統(tǒng)靈活調節(jié)帶來的技術復雜性，核電尚不宜開展日跟蹤調節(jié)等活動，而是應將核電通過市場輔助服務的費用分攤方法來處理。當然，例如福建等一些省份參照國家能源局出臺的《電力輔助服務管理辦法》等文件，就提出了當進入深度調峰區(qū)間時，核電機組負荷率降到75%時給予一定補償。隨著核電規(guī)模化發(fā)展及其運行和控制技術的進步，考慮到英國等核電比例較高的西方國家的實踐、當前核電機組因靈活性不足而難以實現(xiàn)價格響應等因素造成的電力輔助服務成本飆升情況，需結合先進核電機組具備優(yōu)越的動態(tài)性能，統(tǒng)籌考慮核電參與電力系統(tǒng)靈活調節(jié)問題。
為提升電力系統(tǒng)靈活調節(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《靈活性核能促進清潔能源系統(tǒng)》報告，闡述了靈活性核能的內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、新型熱電轉換系統(tǒng)和制氫技術進行新的結合，使核電廠不僅是可調度電力的新來源，還可作為熱能和化工生產等的能源來源。而針對未來先進核能系統(tǒng)，技術創(chuàng)新提供靈活性空間更大。2022年1月，美日聯(lián)手推動新反應堆開發(fā)簽署合作備忘錄，提出在小型反應堆(SMR)加上熔鹽儲能體系，擴大SMR的設備容量(從34.5萬千瓦提高到50萬千瓦)，使之儲熱時間提升至長達5個小時，電廠收入預計提高20%。新設計的儲熱系統(tǒng)讓SMR有別于傳統(tǒng)的核電廠，具備可調度性、可調節(jié)性，理論上，新型鈉快中子反應堆能提供一定的靈活性與電網服務，可依照每日用電需求調度。
增強核能可調節(jié)性及空間位置靈活性的發(fā)展思路和實施路徑
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靈活性資源，而核電逐步替代傳統(tǒng)的基荷電源，需要結合核電特點及其發(fā)展實際和調節(jié)需求，分析核電配套儲能協(xié)調發(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、核電配套電化學儲能、熱儲能、核能制氫儲能等的開發(fā)利用，增強核能可調節(jié)性及空間位置靈活性的實施路徑。
(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市場費用分攤不盡合理情況的改善，有利于搶占國際能源及核能發(fā)展的戰(zhàn)略制高點和保障國家能源安全。
1. 核電發(fā)展面臨的形勢
當前，由于我國部分省級區(qū)域電網核電機組比重不斷提高，核電僅作費用分攤者不利于發(fā)揮其參與調峰的主動性，將加劇電力系統(tǒng)靈活調節(jié)壓力，費用分攤標準等引起部分市場主體的疑慮，人為事先規(guī)定補償價格，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，核電承擔基荷任務的單一角色有需求要進行轉變。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，三代核電技術已進入批量化建設新階段，核電在“雙碳”目標下將發(fā)揮更重要作用;
——沿海局部地區(qū)核電比例逐步增加，核電運行需要考慮適度參與調峰及靈活運行，需要提高核電的可調節(jié)性;
——隨著高溫堆、快堆、玲龍一號等示范工程建設推進及落地，核電應用場景進一步拓展，核電在制氫、分布式能源供應等方面大有可為，同時這也對核電配套建設儲能提出了更高需求。
2. 核電配套新型儲能的主要應用場景及作用
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用場景。
——華龍一號等大堆與儲能匹配，參與負荷調節(jié)，保障區(qū)域電力供應充足和不同時段用電負荷，提高核電安全性和經濟性;
——小堆及先進核能系統(tǒng)與儲能匹配，在分布式能源供應以及綜合能源服務等方面拓展應用;
——輔助調頻，電壓將會更穩(wěn)定，確保發(fā)電機運行的穩(wěn)定性;
——作為備用電源，保障應急電源供水系統(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發(fā)展的共同目標，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，要重點建立健全靈活性核能的相關技術標準、管理、監(jiān)測、評估體系，保障核電配套新型儲能項目建設運行的全過程安全。
——反應堆技術、儲能技術本身仍在持續(xù)發(fā)展改進中，實現(xiàn)儲能技術多元化發(fā)展仍面臨不少挑戰(zhàn)，特別是實現(xiàn)電化學儲能本質安全化、低成本和長壽命等目標，任重道遠;
——儲能分類中選取各類新型儲能技術與核電耦合協(xié)調發(fā)展的解決方案涉及領域較廣，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;
——國內核電配套新型儲能協(xié)調發(fā)展的研究工作進度偏慢，如鋰離子電池雖是除抽水蓄能外應用占比最高的儲能技術，但也存在安全隱患較大、成本較高、控制技術復雜等挑戰(zhàn)，需要創(chuàng)新性研究提出協(xié)調發(fā)展解決方案;
——考慮到國家及相關地區(qū)新型儲能電站參與電力市場需要分步推進等實際情況，促進核電配套儲能協(xié)調發(fā)展的相關支持性政策、項目規(guī)劃尚屬空白。
(三)提升核能可調節(jié)性及空間位置靈活性的實施路徑
核電配套新型儲能發(fā)展，需要提升核能可調節(jié)性及空間位置靈活性。
結合當前國內核電配套新型儲能電站全周期過程中的技術協(xié)調發(fā)展、安全環(huán)保運行、材料回收循環(huán)利用等需求問題，充分考慮輔助服務成本隨新能源占比增加呈上升趨勢的實際，權衡核電參與電力市場輔助服務與靈活性核能開發(fā)利用的安全性和經濟性，研究開展提升核能可調節(jié)性的分階段、分步驟實施路徑。
可考慮加強對福清、海南等核電站配套儲能的招投標進展情況的調研，掌握發(fā)展動態(tài)與推進實際情況，可選取某一電站作為典型，細化實施方案和推廣路徑，總結出可復制、可推廣的經驗。創(chuàng)新發(fā)展模式，增加核反應堆的靈活性，發(fā)揮先進反應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用位置布局靈活性的項目建設策劃方案的建議。
探索成立核電配套儲能協(xié)調發(fā)展研發(fā)平臺。研究提出核電配套儲能協(xié)調發(fā)展研發(fā)平臺的設立和運作方案及工作程序。積極在儲能分類中評估、選取各類新型儲能技術與核電耦合協(xié)調發(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合作模式、機制研究，綜合研究從核燃料生產、電池原材料供應、三廢處理技術、廢舊材料回收等進行一體化協(xié)調發(fā)展問題。
核電配套儲能協(xié)調發(fā)展的策略建議
根據(jù)不同核反應堆技術特點和應用場景，考慮到我國推進電力現(xiàn)貨交易帶來電力系統(tǒng)靈活性的需求增加，要堅持以市場手段發(fā)現(xiàn)靈活性核能開發(fā)利用的價值與政策支持的雙重驅動，分類、分步推進核能系統(tǒng)與新型儲能協(xié)調發(fā)展。
首先， 對已有的成熟反應堆技術，根據(jù)核安全及搭配電網規(guī)模儲能技術要求等，研究核電配套儲能協(xié)調發(fā)展的技術方案，制定評估篩選方法及相關建議，既滿足核電站系統(tǒng)能帶基荷運行，同時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。評估相關核電配套儲能開發(fā)系統(tǒng)及實施工程示范項目方案的安全性、經濟性、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，以及相關環(huán)境影響、安全隱患等的應對措施建議。
其次， 針對先進核能系統(tǒng)靈活的操作能力，統(tǒng)籌先進的新型儲能、氫儲能技術和相關材料、安全監(jiān)控和智能控制系統(tǒng)等的開發(fā)研究進展。根據(jù)核安全及搭配電網規(guī)模儲能技術要求等，明確不同的儲能技術將針對典型應用場景、滿足不同時長和頻率的儲能要求，提出需要開展核電配套儲能技術多元化發(fā)展的目標，并初步評估出最優(yōu)化相關技術工藝、設備系統(tǒng)從實驗室邁入商業(yè)應用階段的匹配方案，提出相關技術研發(fā)及工程示范計劃建議。
第三， 對由核電與可再生能源、儲能組成的區(qū)域電網或綜合能源系統(tǒng)開展研究。結合國家實施的推動新型儲能參與電力市場和調度運用發(fā)展的實際情況，提出有序推進相關科研項目與工程示范開展計劃建議，研究提出長期遠景規(guī)劃建議，明確一定時期內在核電廠計量出口內建設的新型儲能設施，可以與機組聯(lián)合參與調峰等，按照深度調峰管理、費用計算和補償，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)、建設與應用多元化標準體系。新型儲能技術種類多，建設工藝差異性大，應用場景復雜，需要建立涵蓋新型儲能基礎通用、規(guī)劃設計、設備試驗、施工驗收等領域的標準體系，并制定新型儲能安全相關標準及多元化應用技術標準。要積極跟蹤發(fā)達國家在核電廠與儲能尤其是電化學儲能、熱儲能、氫儲能配套方面的相關政策及變化，以及他們在電廠儲能技術評估選擇方面的最新動態(tài)。
第五， 根據(jù)國家及相關地區(qū)新型儲能電站參與電力市場需要分步推進等實際要求，鼓勵核能與電網、可再生能源專家及利益相關者間的合作。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、輔助服務市場競爭的模式，完善投資扶持、財稅補貼等方面的政策體系及相關安全環(huán)保措施建議，安全有序促進核電配套儲能技術的推廣應用。
(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)
