极端气候背景下的四川省分布式能源发展.pdf

2023 年第 10 期2023 年 10 月能源安全是经济和社会可持续发展的基础。全球工业化以来传统化石能源的开发利用导致能源资源紧张、环境恶化等问题日益严重，极端天气频发对能源系统造成冲击，能源系统抗风险能力亟待提高。中国能源需求还将持续增长，发展综合能源系统将成为必然选择，发展分布式能源是改善能源结构的重要手段。但是 2022 年极端高温天气引发的限电，暴露出四川省分布式能源发展过程存在滞后现象，四川省水力发电占比过高，能源系统抗风险能力低。因此，本文首先对四川省发展分布式能源的背景进行概述，其次对四川省发展分布式能源的必要性及现状进行分析，并对四川省发展分布式能源的有利条件和存在的问题进行梳理，最后基于以上研究对四川省分布式能源的发展提出建议。1四川省发展分布式能源的背景2022 年 7 月至 2022 年 8 月，四川省遭遇了 1961 年有完整气象观测记录以来最强极端高温干旱天气，各江河流域来水较往年同期偏枯 40%以上，水力发电能力下降 50%以上，同时极端高温天气致使居民用电负荷增加，电力供需失衡。为缓解供电压力，采取了国家电网协调各输电通道对川送电、企业避峰让电于民等措施，但依然无法弥补电力缺口，历史同期最高极端温度、最少降水量、最高电力负荷“三最”叠加，最终发生大规模限电事件，引发广泛关注。合理发展分布式能源将为四川省调整能源结构、提高四川省电力结构抗风险能力、守住能源安全底线提供一定的参考。收稿日期：2023-06-13基金项目：2023 年四川大学“国家级大学生创新创业训练计划”项目（20230897L）第一作者简介：伍学龙，2000 年生，男，湖北宜昌人，在读本科生，主要从事能源与动力工程方面的研究。极端气候背景下的四川省分布式能源发展伍学龙，龚政（四川大学水利水电学院，四川 成都 610065）摘要：2022 年 7 月至 2022 年 8 月袁 四川省遭遇极端高温干旱天气袁 水力发电量急剧下降袁 用电负荷升高袁 电力供需失衡袁 最终造成限电袁 引发广泛关注遥 四川省电力能源结构以水力发电为主袁 面临气候变化尧 能源安全尧 抗风险能力不足等诸多问题遥 基于此袁 从四川省发展分布式能源的背景出发袁 分析了四川省发展分布式能源的必要性及现状袁 然后对四川省发展分布式能源的有利条件及问题和障碍进行梳理遥 最后袁 为四川省改善能源结构袁 提高电力系统抗风险能力提出 4 条建议袁 即院 建立健全分布式能源产业发展的激励政策曰 规范项目申报流程袁 简化审批手续曰 加大技术创新力度曰因地制宜发展分布式能源遥关键词：极端气候曰 分布式能源曰 四川省中图分类号：F426；X322文献标志码：A文章编号：2095-0802-(2023)10-0018-04Development of Distributed Energy in Sichuan Province under Background ofExtreme ClimateWU Xuelong,GONG Zheng(College of Water Resource&Hydropower,Sichuan University,Chengdu 610065,Sichuan,China)Abstract:From July to August in 2022,Sichuan Province was hit by extreme high-temperature and dry weather,which led to asharp decline in hydroelectric power generation,an increase in electricity load,and an imbalance in power supply and demand,ultimately causing a power restriction event that sparked widespread concern.Sichuan Province,whose power energy structure isdominated by hydropower generation,faces many problems such as climate change,energy security and lack of risk resistance.Based on this,starting from the background of developing distributed energy in Sichuan Province,the necessity and currentsituation of developing distributed energy in Sichuan Province was analyzed,then the favorable conditions,problems and obstaclesof developing distributed energy in Sichuan Province were sorted out.In the end,four suggestions to improve the energy structureand increase the risk resistance of the power system in Sichuan Province were proposed in order to provide reference for therelevant decision-making,including establishing a sound incentive policy for the development of distributed energy industry,standardizing the project declaration process and simplifying the approval procedures,increasing technological innovation,anddeveloping distributed energy in accordance with local conditions.Key words:extreme climate;distributed energy;Sichuan Province（总第 217 期）能源产业182023 年第 10 期2023 年 10 月除四川省高温限电外，全球各地均有极端气候导致电力供应危机的事件发生。2020 年 8 月，美国加州经历严重高温天气，导致电力负荷急剧上升，风电、水电出力下降，最终发生大规模电力轮停事故1。2021年 2 月，美国得克萨斯州遭遇极寒天气，低温导致采暖负荷急剧上升，风机因叶片结冰停运，天然气因井口冻结等产量降低，影响燃气轮机运行，只得多次进行切负荷操作维持系统稳定2，但未从根本上解决问题。2021 年 9 月，中国东北地区由于风电骤降、一次能源价格激增导致煤炭供应不足，也经历了大规模限电3。为了实现“双碳”目标，中国将出台更具约束力的应对气候变化政策，能耗双控，促进能源结构转型升级，统筹推进化石能源和非化石能源协调发展，倒逼清洁能源成为能源消费增长的主导力量。而分布式能源将是四川省能源革命的重要载体，在未来能源体系中占据重要地位。2四川省发展分布式能源的必要性及现状四川省能源结构以清洁能源为主，其中水力发电占比超 80%，这种电力生产结构是由四川省资源禀赋和长期以来的市场条件所决定的，丰富的水力资源为四川省经济高速发展提供了可靠的电力支撑。随着经济和社会的持续发展，对能源保供能力的要求日益提高，水电占比过高的能源结构与构建安全高效的能源体系的要求不相适应。水电为主的电力生产方式应对极端干旱天气的能力远低于综合能源结构，抗风险能力亟待提高。分布式能源的概念最早出现在 1978 年 美国公共事业管理政策法 中。目前，世界上对分布式能源没有形成统一的定义。本文选取天然气、生物质能、燃料电池、地热、分布式光伏以及分散式风电 6 种分布式能源进行分析。四川省发展天然气分布式能源较晚，目前已投运的项目屈指可数，落后于东部地区。据中国城市燃气协会分布式能源专业委员会不完全统计，中国天然气分布式能源总装机容量 2.274107kW4，川渝地区占比仅为 11.7%；总项目 632 个，川渝地区占比为 14.2%。2022 年 6 月，四川省经济和信息化厅批复成都高新西区天然气分布式能源站项目电量纳入全省统调统分，该项目经验具有推广至全省的价值。近年来四川省生物质能发展迅速，成都市、内江市、资阳市等地生活垃圾焚烧发电项目加速建成投产。截至2021 年末，规模以上企业生物质发电 6.27109kW h，其中垃圾焚烧发电 4.96109kW h。四川省并网农林生物质发电装机 1.75105kW，自 2015 年底年均增长47.6%；目前，四川省农林生物质发电装机容量占全省电力总装机容量的 0.2%。从发电量看，2021 年全省农林生物质发电量 1.17109kW h，是 2005 年的 7 倍，20062021 年年均增长 38.3%，2021 年全省农林生物质发电量占全省发电量的 0.3%。四川省分布式光伏和分散式风电与北方地区相比发展较为落后，目前主要集中在甘孜州、阿坝州、凉山州、攀枝花市。根据国家能源局发布的 2023 年一季度光伏发电运行情况，截至 2023 年 3 月底，四川省累计并网容量 2.379106kW，其中集中式光伏电站累计并网容量 2.024106kW，分布式光伏电站累计并网容量0.355106kW。2018 年 11 月，四川省首个分散式风力发电项目攀枝花西区格里坪 5104kW 分散式风电项目取得核准。攀枝花西区格里坪 5104kW 分散式风电项目拟安装 20 台风力发电机组，总装机容量为 5104kW，风电场年发电量约 1.066 7108kW h，年等效满负荷小时数为 2 133 h。截至 2020 年底，四川省分散式风电装机容量为 3.17105kW。国内地热发电和燃料电池均处在研发阶段，目前无法大规模应用。四川省部分企业在相关领域发挥着至关重要的作用，由东方电气（成都）氢燃料电池科技有限公司自主设计生产的 Olas 60A 氢燃料电池系统顺利完成 10 029 h 耐久性实测，属于国内首次。在测试过程中，该 Olas 60A 氢燃料电池系统启停 5 000 余次，系统工况性能衰减率低于 5%。2022 年年底，由中国石油工程建设有限公司西南分公司总体设计的磨溪 X210井采出水地热利用先导试验工程顺利并网发电，该项目是国内首个气田伴生资源地热发电项目。四川省在中谷地热田进行了较为深入的勘探工作，并进行了地热发电试验。除此之外，四川省地热资源利用方式主要为引流天然温泉以及开采浅井用于休闲洗浴。3四川省发展分布式能源的有利条件3.1四川省资源丰富四川盆地常规天然气总资源量 3.961013m3，其中页岩气总资源量 2.751013m3；天然气累计探明储量5.21012m3，其中页岩气 1.21012m3，均居全国第 1 位。四川省已建成西南地区天然气（页岩气）输送枢纽，全面形成环形输送管网，年输配能力达到 4.501010m3，预计 2025 年，年输气能力达 7.001010m3。2021 年四川省天然气产量 4.841010m3，其中页岩气产量 1.321010m3，是全国最大的天然气（页岩气）生产基地；预计 2025 年，天然气年产量达到 6.301010m3，为发展天然气分布式能源提供可靠保障。生物质资源分为林业资源、农业资源、有机废水、沼气、固体废弃物 5 类。四川省是农业大省，农林生物质资源潜力巨大，可利用的包括农作物秸秆、农业生产过程中的稻壳、林业主副产品及剩余物等。国家统计局资料显示 2022 年四川省全年粮食产量 3.510 5107t，而秸秆作为农作物伴生品，质量占比达 50%左右，具有巨大开发潜力。四川省地热资源丰富。据统计估算，四川省地热资源可利用总量排在全国第 3 位，单位面积可用资源伍学龙，等：极端气候背景下的四川省分布式能源发展192023 年第 10 期2023 年 10 月量居第 11 位，其中高温地热资源主要集中在川西地区。据 2019 年估算数据，川西地热总资源量相当于1.461010吨标准煤，具有巨大开发潜力。3.2四川省成熟的电网建设和外送能力四川省是传统的电力外送大省，也是“西电东送”的重要送出端，向浙江省、上海市等东部地区送电。“十三五”期间建成依800 kV 直流换流站 3 座（换流容量 2.16107kW），依500 kV 直流换流站 1 座（换流容量3.00106kW），500 kV 变电站 52 座（变电容量 8.73107kV A）。目前，四川省已建成以 500 kV 输电线路为骨干的输电主网架和“五直八交”外送通道，外送能力达 3.860107kW，居全国第一，目前正推进 800 kV和 1 000 kV 特高压输电项目建设。截至 2022 年底，四川省连续 6 年向外输送水电量超过 1.3001011kW h，达到自身水力发电量的 1/3。未来将结合特高压交流布点，完善四川电网 500 kV 主网架，构建相对独立、互联互济的“立体双环网”主网结构5，整体提高四川电网对以新能源为主体的新型电力系统的适应性和供电保障能力。实施白鹤滩送出加强 500 kV 工程，化解系统性风险，提高送电能力。实施攀西电网加强改造工程。优化布局甘孜州、阿坝州、凉山州、攀枝花市送出通道，实施 500 kV 输变电加强工程，满足川西新能源加快发展需要。建设成都市、资阳市、内江市、川东北等燃机调峰电站接入系统工程。配合川藏铁路等重点铁路工程建设，推进电气化铁路牵引站建设。推动成都都市圈、成都东部新区、宜宾三江新区、南充临江新区、绵阳科技城新区电网建设。加强 220 kV，110 kV 网架和联网工程建设，强化电网接入公平开放要求，促进省属电网和国网四川电网融合发展。3.3四川省政策导向四川省人民政府印发的 四川省“十四五”能源发展规划 指出要稳步增强能源保障能力，持续推进清洁低碳转型，提高能源利用效率，改善民生用能品质。四川省发展和改革委员会、四川省能源局印发的 四川省能源领域碳达峰实施方案 指出要结合四川省能源发展实际，统筹能源安全保障与绿色低碳，妥善处理好发展与减排、整体与局部、长期目标与短期目标、政府与市场的关系，推动能源生产和消费绿色低碳转型，加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系，科学有序推动四川省如期实现碳达峰目标。中央财经委员会第十一次会议提出分布式智能电网的建设方向，“十四五”现代能源体系规划 也提出积极发展以消纳新能源为主的智能微电网，实现与大电网兼容互补。当前微电网的规划以分布式可再生能源优化配置和低碳绿色发展为主，鲜有考虑微电网中分布式能源的供电支撑作用。用户侧园区/楼宇微电网规划可深挖分布式能源的供电支撑能力，实现在极端事件下微电网内部重要负荷的可持续供电。例如，构建用户侧综合能源系统，通过天然气系统对电力系统的支撑、替代作用，改变微电网供能来源单一的情况，形成多能耦合的布局，提高电力系统灵活性，提升电网的应急保供能力。4四川省分布式能源发展的问题和障碍尽管四川省分布式能源发展目前仍处于起步阶段，在限电事件后引起广泛关注，有望进入快速发展阶段，但四川省分布式能源发展仍存在许多问题和障碍。1)分布式能源经济性不突出，投资动力不足。四川省水力资源丰富，水力发电量占比超 80%，居全国首位。同时四川省是输电大省，向省外输送电量超1/3，绝大多数情况下生产生活用电充足，即使遭遇限电停电事件造成损失，损失也低于自建分布式发电站成本。在此背景下，企业对发展分布式能源的积极性不高，企业倾向于承担可能遭遇的电力供应危机带来的损失。2)项目审批复杂，余电上网困难。分布式能源鼓励“自发自用，余电上网”，即企业在满足自身用电需求的情况下将多余电量售卖给电网，提高能源利用率。分布式能源作为整个能源保障系统的有机组成部分，不能与电网分离，两者是相互依靠、互为补充的关系，否则会形成能源“孤岛”6，无法保障用户用能的安全性和可靠性。从企业利益角度看，天然气分布式能源项目的用户通常为用能负荷稳定、价格承受能力较强、行业风险较小的优质用户，因此分布式能源的发展将减少电网企业的市场份额，影响其收益。虽然按照政府对分布式能源的政策，要求鼓励分布式能源的发展，但实际申报过程中需要相关电网企业审批，存在审批时间长、审批不通过等现象，阻碍了分布式能源的发展。5四川省发展分布式能源的建议作为推进低碳清洁转型，增强能源保障能力，提高能源利用效率的重要途径，分布式能源的发展具有巨大潜力，分布式电源在未来电源中的比例将大幅增加。分布式能源的发展将有效提高四川省电力能源结构抗风险能力，推动四川省能源高质量发展取得决定性进展，助力建设现代化能源体系，为 2060 年前实现碳中和目标奠定坚持基础。基于四川省发展分布式能源的背景、可行性以及对四川省分布式能源发展现状的研究，现提出以下建议。1)建立健全分布式能源产业发展的激励政策。四川省天然气资源丰富，有条件从气价方面对天然气分布式能源给予支持，以体现资源地的比较优势，提高天然气资源利用率；四川省生物质资源丰富，可制定相关补贴政策，推进农村生物质能分布式能源发展、推进“生物质能+天然气”综合利用。例如直接投资补贴，税收减免，贷款贴息，土地价格优惠，按实际节能指标进行奖励等6。202023 年第 10 期2023 年 10 月3结论1)验证了研究区五维裂缝预测技术预测得到的压裂后裂缝数据的可靠性，从而可为后续的裂缝建模提供重要的依据。2)从全区日产油量指标及全区综合含水指标模拟试算的拟合结果情况进行分析，证实基于人工裂缝地震预测的储层物性地质建模符合本研究区油藏实际特征，为后续低渗透油层地震地质联合数值模拟提供了新思路。参考文献：1 董少群，曾联波，XU C S，等.储层裂缝随机建模方法研究进展 J.石油地球物理勘探，2018，53(3)：625-641.2 DOWD P A，XU C S，MARDIA K V，et al.A comparison ofmethods for the stochastic simulation of rock fractures J.Mathematical geology，2007，39(7)：697-714.3 XU C S，DOWD P.A new computer code for discrete fracturenetwork modellingJ.Computers&geosciences，2010，36(3)：292-301.4 向伟.基于井震结合的储层裂缝建模及应用 D.成都：成都理工大学，2020.5 GUO Z，ZHANG X，LIU C.An improved scheme of azimuthallyanisotropic seismic inversion for fractureprediction in volcanicgas reservoirs J.IEEE transactions on geoscience and remotesensing，2022，60：1-12.6 田建锋，刘池阳，张昕，等.西峰油田西 41 井区特低渗油藏油水分布规律 J.西北大学学报（自然科学版），2012，42(5)：794-800.7 印兴耀，张洪学，宗兆云.OVT 数据域五维地震资料解释技术研究现状与进展 J.石油物探，2018，57(2)：155-178.8 孟阳，许颖玉，李静叶，等.OVT 域五维地震数据各向异性分析技术及应用 C/中国地球科学联合学术年会.2021 年中国地球科学联合学术年会论文集（九）：专题二十五应用地球物理前沿，专题二十六 油气田与煤田地球物理勘探，专题二十七水资源地球物理精细探测与多场数据融合.北京：北京伯通电子出版社，2021.9 刘剑锋，王鹏，毛庆辉，等.基于不同尺度的储层裂缝建模方法对比 J/OL.地球物理学进展.2023-04-04.http：/ 唐圣来.基于嵌入式多尺度裂缝模型的地质建模方法及应用J.特种油气藏，2023，30(1)：36-40.11 赵向原，游瑜春，胡向阳，等.基于成因机理及主控因素约束的多尺度裂缝“分级-分期-分组”建模方法：以四川盆地元坝地区上二叠统长兴组生物礁相碳酸盐岩储层为例 J.石油与天然气地质，2023，44(1)：213-225.（编辑：刘晓芳）2)规范项目申报流程，简化审批手续。为解决余电上网困难问题，一方面应出台相关规范，简化申报流程，制定分布式能源上网电价形成机制，鼓励电网企业积极配合，为分布式能源上网并网创造良好的环境；另一方面政府应加快推进电力体制改革，将电网公司的配售业务剥离出来交予市场，实现输配分离，解决利益垄断问题。3)加大技术创新力度。四川省部分企业在燃料电池领域取得标志性成果，应继续加大研发投入，加强技术创新力度，支持发展可再生能源制氢和工业副产氢，建设成渝“氢走廊”，打造成都“绿氢之都”、攀枝花氢能产业示范城市。同时加大其他分布式能源设备领域创新力度，支持硅光伏产业发展，研发小型化分散式风机系统，推进地热发电示范基地建设等。4)因地制宜发展分布式能源，根据全省资源特征合理配置分布式能源电站。川西地区地热资源丰富，加快地热资源勘探工作，推进地热发电试点落地；盆周地区风力资源丰富，应根据实际情况合理配置分散式风电项目，着力推进“水-风-光”多能互补综合能源系统建设；农村地区生物质能丰富，可合理规划生物质能电站，推进“生物质能+天然气”综合利用基地建设；城市地区推进“生活垃圾+天然气”综合利用模式。6结束语发展分布式能源是四川省改善能源结构的重要方式。四川省天然气、生物质等资源丰富，具有发展分布式能源的条件；四川省已建成“五直八交”输电网架，为分布式能源发展提供输电条件；政府相关政策支持分布式能源发展，四川省分布式能源将进入快速发展阶段。为了提高四川省分布式能源发展水平，需推进分布式能源产业激励政策落实，吸引分布式能源产业投资；规范项目实施流程，提高企业自建分布式能源积极性；加大技术创新力度，推进氢燃料等新能源相关研究；因地制宜配置分布式能源，提高四川省资源利用率。分布式能源的发展是实现能源体系“双碳”目标的有效方式，将有效改善四川省电力能源结构，提高四川省能源系统抗风险能力。参考文献：1 李可昕，郭鸿业，陈启鑫.从加州限电事故与美国 WEIM 机制看电力市场的融合协同 J.电力系统自动化，2021，45(10)：1-8.2 钟海旺，张广伦，程通，等.美国得州 2021 年极寒天气停电事故分析及启示 J.电力系统自动化，2022，46(6)：1-9.3 陶凤，吕银玲.追踪东北限电：电力缺口为何这么大 N.北京商报，2021-09-28(2).4 孙曼丽，蒙青山，秦锋，等.中国天然气分布式能源“十四五”前景预测及重点区域分析 J.国际石油经济，2022，30(6)：74-79.5 李欣忆.多措并举推进能源消费转型升级 N.四川日报，2022-05-15(2).6 杨竞，杨继瑞.“供给侧结构性改革”背景下天然气分布式能源发展研究：以四川省为例 J.四川师范大学学报(社会科学版)，2016，43(6)：121-126.（编辑：高志凤）（上接第 17 页）伍学龙，等：极端气候背景下的四川省分布式能源发展21