作者：王一波(中科院电工研究所研究员)
审核专家：徐菊（中科院电工研究所研究员）
(资料图片仅供参考)
今年7月到8月底，四川遭遇了历史同期最高极端高温，最少降雨量最高电力负荷三最叠加。在这种情况下，一方面用电需求急剧的攀升了，另一方面水电发电能力断s下降，一增一减，电力供需矛盾特别突出。
那么有网友问到水电等可再生能源靠天吃饭，不如火电有保障，甚至有人建议走回头路，新建一批燃煤电厂不就解决问题了，这个观点有道理吗？我们今天就聊一聊不同电源的特点，以及我们电源的结构和下一步发展的趋势。
总体上来说我国的电源结构仍然是以火电为主体的，多能互补电源结构。2021年我国全社会的发电总量8.4亿千瓦时，火电占到了67%。另一方面随着我国探达风碳综合目标以及能源革命国家战略的推进和实施，可以预见在未来数10年内，可再生能源发电将快速增长，并且逐步过渡到以可再生能源为主的多能互补电源结构。
从不同电源的类型，它的资源属性和发电技术路径的差异来看，那么不同类型电源的发电特性存在较大的差距。
首先我们看看火力发电，火力发电包括燃煤发电、燃气发电、燃煤发电，我国负煤品油少气的资源特点，也决定了咱们国家火电主要是燃煤发电和可再生能源相比，火电的技术相对比较成熟，应用也比较广泛，而且发电稳定可控，可以集中建设，但是火电的二氧化碳排放总量是很高的，在全国碳排放总量当中火电约占到40%，因此压缩火电的发电量，淘汰老旧落后机组也是双碳战略的重点任务。
从保障电力供给的角度来看，火电也不能算是百%可靠的电源，火电高度依赖化石燃料的供给和储备，那么交通以及储备以及电煤价格的上涨都会影响到火电的处理。可以说燃料的供应链就是火电的生命线。
例如2021年初，美国德克萨斯州遭遇极寒天气，导致天然气管道冻结，电煤供应不上，这时候德州占德州65%发电量的燃气燃煤发电大面积停机，超过430万户家庭断电，电价甚至飙升到每千瓦时100美元。我国2008年南方地区遭遇冰灾，出现19省区的拉闸限电。2021年9月，东北地区的拉闸限电和煤电供应链出现问题也有很大的关系。
第二个电源水电，水力发电主要是利用大江大河的水动力，然后通过水轮发电机组进行发电，水电几乎没有碳排放，发电稳定可控，成本很低，同时带调节性水库的水电厂，或者是抽水蓄能机组，还可以作为电网调节电源。常规水电主要有径流式水电和带调节性水库的水、电，带有多年调节年调节或季调节水库的水电站，一般受雨季旱季影响比较小，但是建设条件非常苛刻，他要求适当的地形地势地质条件，同时建设成本也比较高。
在我国也仅有三峡龙阳峡等一些水电站可以做到径流式或带日调节水库的水、电比较多，这类水电站的发电量主要受上游来水量的影响明显，那么一般呈现出就是下风东枯的季节性变化特点。那么如果遇到旱季也会影响发电量。
第三类电源风力发电和太阳能发电，这一类也一般被称为波动性的可再生能源。风力发电技术主要是吸收风能驱动风力机转动，从而实现风能到机械能再到电能的转化。我国陆上风电和海上风电的装机潜力达到了50亿千瓦，同时陆上风电的应用已经规模化，发电成本和火电同网同价。
由于风能资源储量巨大，分布非常广泛，而且没有碳排放，也是我们下一步双碳当中重点发展的能源技术方向。
再说说太阳能发电，太阳能发电主要包括光伏发电和光热发电两大类，可以说只要太阳能照射到的地方就能发电，而且我国太阳能发电的储量特别巨大，总量达到了1,300亿千瓦，满足全国的所有电力需求是没有问题的。
那么两种技术路线，光伏发电主要利用的是光深复杂效应，把太阳光直接转换成，电能整个发电过程没有碳排放，而且目前发电成本也接近甚至低于火电成本。光伏系统的形式灵活多样，规模可大可小，既可以在荒漠戈壁建设千万千瓦级的大基地，也可以和建筑农业大棚等设施集成建建设小型光伏系统，甚至几块小的电池片就可以给共享单车供电。
光热发电是另一条技术路线，它主要是通过收集太阳辐射的热能，进而转换成，机械能电能假如和高温储热技术结合，那么可以实现太阳能光热技术的平稳输出，但是受制于技术和成本，光热发电目前应用规模还不大。
那么这一类波动性的可再生能源，也就是说太阳能风能发电，它的缺点也是非常明显的，发电量取决于太阳能风能资源特性。
首先单独的风电和光伏，一年的满发小时数相对比较低，按照2021年的报道，全国风电的平均满发小时数是2200小时，光伏是1280小时，相比同期的水电3600小时，火电4400小时，那么太阳能风能利用小时数要低了好多。其次单独的风电和光伏存在比较强的波动性和间歇性，小型的系统波动率最大可以达到每分钟70~80%，额定容量大规模的基地发电波动率会有明显的改善。第三，单独的风电和光伏也存在季节性，那么类似季风对风电的影响，夏季和冬季对光伏发电量的影响都是比较明显的。
从另外一个角度来看，风能资源和太阳能资源又存在一定的时间互补性。比如说白天光伏发电，但是夜间风电是比较多的，所以白天和晚上的光伏风电可以互补，夏季光伏多发，冬季风电多发，那么季节性上也有一定的互补，如果合理配置一定的储能，就能够实现风光储互补运行。
除了上述几类发电以外，其他发电方式或多或少都受到能源资源的制约。比如说核电所需要的铀燃料主要是依赖进口的，并且核废料的处理也是比较难的一个难题。生物质发电主要是分布在中东部农林资源丰富的地区，海洋能发电低热能发电对资源的要求都比较高，因此每种能源它既有自己的优势，也有自己的缺点，如果一个区域电网单一依赖于某一种电源，那么它的局限性就比较强。
四川是我国最大的水力发电基地，那么截至2021年底，全省的电力装机达到1.14亿千瓦，水电达到了8,887万千瓦，装机水电的比重高达78%，那么这也是四川电网它的单一依赖于水电的这么一个现状。
那么今年夏季四川遭遇高温干旱，降水量比常年同期减少了一半，不少发电厂日发电量只有同期的50%左右。另一方面空调负荷大量投入，又推高了电力负荷最高的时候达到6,500万千瓦，这是接近了川电自发自用的极限。由于四川电源结构高度依赖水电这一个单一能源，这是造成本轮电力紧缺的内在原因之一。
这么来看，四川这一轮的缺电问题，它不简单的是水电的问题，那么回到火电也没法解决这个问题，真正的解决办法是采用多用多能互补的电源结构。
那么是不是所有的区域都具备条件，发展多能互补系统，那么我们来看一下，从全中国来看，那么西北地区能源资源是比较丰富的，风能、太阳能、煤炭、石油、天然气都比较丰富，所以在西北地区是已经发展出了多元化的能源结构。
西南像四川和云南云贵高原，这些地方以水电为主，而在中东部地区由于能源资源比较匮乏，那么主要是依靠外来的电或者是外来的电煤进行本地的发电。那么是不是说在不同的地区，我们就只能发展单一的能源结构？也不是。其实从不同能源种类来看，太阳能和风能是不受地域限制的。那么我们在早期太阳能风能主要是在太阳能风能资源最好的区域，比如说在西北地区，东北地区先发展起来，那是因为太阳能资源在西北地区，它的年发电小时数最高可以达到1800小时甚至2000小时，是我们在中东部和西南南方地区的两倍这么一个水平。
但是回到四川，我们可以看到四川它的年发电小时数太阳能也可以达到1000小时左右，发电指数接近世界发达的太阳能国家，德国的水平。那么在四川发展太阳能发电，它其实也是非常有条件的。
那么风电虽然说我们风能资源最好的地方集中在三北地区，以及海上风电在沿海地区，但是风能资源在西南南方它也不稀缺。例如像在四川，风能资源的技术可开发量就达到了1,800万千瓦，这样以四川为例，发展水电为主，太阳能风能为辅，火电作为灵活调节电源的多能互补的电源结构，是可以有效的缓解电力紧缺的问题。因此从国家能源革命战略以及从双碳的国家战略推进实施来看，我们回到火电是回不去的，那么往前走发展以可再生能源为主的多能互补的电源系统，它是有可行的技术路线的。从这个角度来说，那么我们实际上是要加大可再生能源的比重，发展多能互补的这种电源系统结构，这是未来发展的方向。
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