中國2060碳中和目標的宣布，對于電力行業(yè)來說，意味著加快推進我國能源結構從以煤炭發(fā)電為主向以清潔低碳能源為主的跨越式發(fā)展。如果中國要在2060年之前實現(xiàn)碳中和目標，需沿著1.5℃路徑不懈努力，力爭在2050年前實現(xiàn)75%~85%的溫室氣體減排。為了達到這一目標，2050年清潔能源占一次能源比例應超過85%。

隨著風、光等可再生能源的大規(guī)模上網(wǎng)，電力系統(tǒng)的轉動慣量持續(xù)下降，調頻、調峰能力有待大力加強。同時，由于可再生能源資源的波動性和隨機性、發(fā)電設備的低抗擾性和弱支撐性，電力系統(tǒng)將面臨高效消納、安全運行和機制體制三大挑戰(zhàn)。如何在快速發(fā)展可再生能源的同時保證系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效，成為電力系統(tǒng)轉型的關鍵所在。

01

—  核能與可再生能源協(xié)同的智慧能源體系  —

隨著煤電裝機比重的下降和可再生能源發(fā)電比例的提高，核電對電網(wǎng)長期安全穩(wěn)定運行將起到重要的作用。核能依靠其運行穩(wěn)定可靠、換料周期長等特點，作為清潔的基荷能源可以解決大規(guī)模電力供應的安全穩(wěn)定問題，核能與風、光等可再生能源協(xié)同互補發(fā)展的局面亟待形成。

因此，從我國能源稟賦實際出發(fā)、適應能源轉型需要，核能與可再生能源協(xié)同智慧系統(tǒng)兼顧戰(zhàn)略性、必要性、可行性和經(jīng)濟性，可以在保障能源安全的前提下，有效減少棄風棄光，實現(xiàn)資源高效配置，優(yōu)化我國能源結構，突破化石能源制約，實現(xiàn)減排目標，是我國實現(xiàn)中國“30·60目標”下清潔低碳能源的發(fā)展和能源轉型的重要途徑，對我國實現(xiàn)生態(tài)文明建設、引領全球氣候治理具有重要價值，是確保能源供應、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境協(xié)調發(fā)展的重要選擇。

核能與可再生能源協(xié)同智慧系統(tǒng)是以電力系統(tǒng)為核心，以智能電網(wǎng)為基礎，以核能和可再生能源為主體，配以適量水電和火電，實現(xiàn)冷、熱、氣、水、電等多種能源互補，提高用能效率的智慧能源系統(tǒng)。

核能與可再生能源協(xié)同智慧系統(tǒng)架構主要包括四個部分：發(fā)展基礎體系，包括核能和可再生能源基礎設施；技術支撐體系，包括分布式能源技術、智能電網(wǎng)技術、大數(shù)據(jù)技術、物聯(lián)網(wǎng)技術和多能互補技術等；消費體系，包括能源交易、能源服務、決策支持和優(yōu)化控制；標準規(guī)范體系，包括需求響應、能源協(xié)調、能源存儲、能源價格、能源交易、網(wǎng)絡安全等一系列標準。

該系統(tǒng)通過將現(xiàn)代信息技術、智能控制與優(yōu)化技術和現(xiàn)代能源供應、儲運、消費技術深度融合，為能源優(yōu)化管理、多能協(xié)同提供更為科學的預測、決策與互動平臺，為消費者創(chuàng)造獲取能源、存儲能源乃至售賣能源的全新方式。促進核能和可再生能源比例提升和能源結構調整優(yōu)化，促進用戶用能理念變革和終端能效提升，實現(xiàn)在節(jié)能減排目標約束下的能源安全、清潔、節(jié)約和可持續(xù)發(fā)展。

在該系統(tǒng)中，核能綜合利用可提供多種二次能源。例如在風光不能提供有效電源的情況下，核能發(fā)揮基荷能源特性提供電源保障；在風光提供有效電源的情況下，核能通過綜合利用，將能量轉化為氫、淡水、熔鹽儲熱等方式儲存和運輸，提高系統(tǒng)整體經(jīng)濟性和利用率。

核能與可再生能源協(xié)同智慧系統(tǒng)采用先進的核能與可再生能源供應與能源轉換技術、能源傳輸技術、能源消費技術、智能處理技術、綜合系統(tǒng)優(yōu)化技術，實現(xiàn)能源供應與消費的自主化、安全化、清潔化、多元化、高效化。該系統(tǒng)的主要特征包括安全、清潔、多元、經(jīng)濟。

安全：核能與可再生能源協(xié)同智慧系統(tǒng)中的能源總量穩(wěn)定豐富，可持續(xù)性強，系統(tǒng)中的能源供給對外部依存度低。

清潔：核能與可再生能源協(xié)同智慧系統(tǒng)中的能源供給是低碳能源，環(huán)境友好性高。

多元：核能與可再生能源協(xié)同智慧系統(tǒng)中的能源供應連續(xù)性強。核能作為基礎負荷，通過冷、熱、氣、水、電等多種能源相互補充，靈活應用，保障多品種的能源供應。

經(jīng)濟：核能作為一種成熟的支撐電源，已實現(xiàn)技術自主化，其成本可控且隨著應用規(guī)模擴大將逐步降低。風、光等可再生能源也已成為極具經(jīng)濟競爭力的能源品種。同時，核能與可再生能源協(xié)同智慧系統(tǒng)中的電力傳輸損耗小、能源損耗低。

要實現(xiàn)核能與可再生能源智慧協(xié)同，核電的靈活運行能力是基礎保障。目前我國三代核電普遍具有一定的靈活運行能力，核電的高能量密度和可調節(jié)性可以為可再生能源上網(wǎng)保駕護航，滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的需求。

02

—  核能與可再生能源協(xié)同應用場景 —

1.能源基地外送場景

截至2020年三季度末，青海新能源發(fā)電總裝機占比突破57.1%。由于風、光等可再生能源所固有的隨機性、波動性和間歇性特點，導致其大規(guī)模并網(wǎng)對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，加之電網(wǎng)調峰容量緊張，造成電網(wǎng)消納困難，因此新能源基地在并網(wǎng)時須考慮穩(wěn)定的基荷電源。此外，青海省電力市場長期供大于求，為了解決大規(guī)模新能源的消納問題，必須依托外送通道。因此，“清潔能源基地+外送通道+匹配的調峰電源”的開發(fā)模式，成為開發(fā)新能源基地的必由之路。

青海省擬為其第二個大規(guī)模新能源基地搭建特高壓直流通道，但由于一時無法解決電源支持點問題，致使規(guī)劃落地緩慢。為了充分利用全國最好光照資源和大面積荒漠化土地，促進柴達木循環(huán)經(jīng)濟試驗區(qū)可再生能源就近消納綜合試點工程建設，可考慮選取合適地點建設核電機組，為新能源基地提供穩(wěn)定支持電源點，促進新能源基地和外送通道建設落地。該應用場景可推廣至內蒙、新疆等可再生能源資源豐富、能源供需不均衡的地區(qū)。

2.能源綜合利用場景

山東省是我國沿海經(jīng)濟帶的重要區(qū)域，清潔高效安全的能源體系是其快速穩(wěn)定發(fā)展的堅實基礎。截至2020年底，全省新能源和可再生能源發(fā)電裝機達到4800萬千瓦，占電力總裝機的比重突破30%。與此同時核電規(guī)劃建設穩(wěn)步推進，現(xiàn)已累計發(fā)電突破485億千瓦時，全省在運在建核電裝機達到570萬千瓦。山東省的地理條件和能源稟賦具備發(fā)展可再生能源和核能智慧協(xié)同的天然條件。

已建成的海陽核電站在發(fā)電的同時，不僅通過核能供暖滿足了周邊近70萬平方米居民清潔供暖需求，而且可參與海上風電的調節(jié)，一定程度上彌補海上風電間歇性的短板。

核能綜合利用系統(tǒng)示意圖

針對沿海地區(qū)場景，還可以推廣核能綜合利用系統(tǒng)，通過對核電站的熱力系統(tǒng)進行創(chuàng)新，實現(xiàn)發(fā)電、制氫、海水淡化、供熱、制冷、供汽、儲能等多種功能綜合協(xié)同。核能裂變后釋放的能量最初就是以熱能的形式展現(xiàn)，對核熱能直接進行綜合利用，可以有效提高能源系統(tǒng)的經(jīng)濟性。此外核能制氫具有無溫室氣體排放、高效等諸多優(yōu)勢，核能海水淡化可以保障沿海缺乏地區(qū)的用水安全，核能供熱、制冷可以提供清潔經(jīng)濟的居民供暖和工業(yè)用熱、用冷，滿足地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和人民需求的各種用能形式。

    3.孤網(wǎng)運行場景

對遠離大陸的海上孤島等偏遠地區(qū)，由于特殊地理因素的原因，從主電網(wǎng)架線的電損大且成本高，這就需要因地制宜地在當?shù)亟ㄔO離網(wǎng)型能源供應系統(tǒng)。

核能作為一種穩(wěn)定、可控、能量密度大的能源形式，是這種場景模式下基荷能源的最優(yōu)選擇。將小型核能系統(tǒng)與太陽能、風能、海洋能等任何一種或者幾種進行組合，結合核能綜合利用技術，則可以獲得更加安全、經(jīng)濟、高效的能源供給。

在此模式下，一方面場景內供給側利用核能和可再生能源協(xié)同發(fā)電，實現(xiàn)綠色電力的穩(wěn)定供應，另一方面對終端用能設備進行零碳替代，如城市家庭等用能終端電氣化，交通、物流船舶碼頭、市政環(huán)衛(wèi)等系統(tǒng)采用氫能化運營，供冷、供熱、動力終端全面實現(xiàn)電氣化替代，則可為孤網(wǎng)運行場景實現(xiàn)零碳智慧高效能源體系。