中國2060碳中和目標的宣布，對于電力行業來說，意味著加快推進我國能源結構從以煤炭發電為主向以清潔低碳能源為主的跨越式發展。如果中國要在2060年之前實現碳中和目標，需沿著1.5℃路徑不懈努力，力爭在2050年前實現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模上網，電力系統的轉動慣量持續下降，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、發電設備的低抗擾性和弱支撐性，電力系統將面臨高效消納、安全運行和機制體制三大挑戰。如何在快速發展可再生能源的同時保證系統的安全、穩定、高效，成為電力系統轉型的關鍵所在。
01
— 核能與可再生能源協同的智慧能源體系 —
隨著煤電裝機比重的下降和可再生能源發電比例的提高，核電對電網長期安全穩定運行將起到重要的作用。核能依靠其運行穩定可靠、換料周期長等特點，作為清潔的基荷能源可以解決大規模電力供應的安全穩定問題，核能與風、光等可再生能源協同互補發展的局面亟待形成。
因此，從我國能源稟賦實際出發、適應能源轉型需要，核能與可再生能源協同智慧系統兼顧戰略性、必要性、可行性和經濟性，可以在保障能源安全的前提下，有效減少棄風棄光，實現資源高效配置，優化我國能源結構，突破化石能源制約，實現減排目標，是我國實現中國“30·60目標”下清潔低碳能源的發展和能源轉型的重要途徑，對我國實現生態文明建設、引領全球氣候治理具有重要價值，是確保能源供應、經濟發展和生態環境協調發展的重要選擇。
核能與可再生能源協同智慧系統是以電力系統為核心，以智能電網為基礎，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。
核能與可再生能源協同智慧系統架構主要包括四個部分：發展基礎體系，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、智能電網技術、大數據技術、物聯網技術和多能互補技術等;消費體系，包括能源交易、能源服務、決策支持和優化控制;標準規范體系，包括需求響應、能源協調、能源存儲、能源價格、能源交易、網絡安全等一系列標準。
該系統通過將現代信息技術、智能控制與優化技術和現代能源供應、儲運、消費技術深度融合，為能源優化管理、多能協同提供更為科學的預測、決策與互動平臺，為消費者創造獲取能源、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化，促進用戶用能理念變革和終端能效提升，實現在節能減排目標約束下的能源安全、清潔、節約和可持續發展。
在該系統中，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，提高系統整體經濟性和利用率。
核能與可再生能源協同智慧系統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、綜合系統優化技術，實現能源供應與消費的自主化、安全化、清潔化、多元化、高效化。該系統的主要特征包括安全、清潔、多元、經濟。
安全：核能與可再生能源協同智慧系統中的能源總量穩定豐富，可持續性強，系統中的能源供給對外部依存度低。
清潔：核能與可再生能源協同智慧系統中的能源供給是低碳能源，環境友好性高。
多元：核能與可再生能源協同智慧系統中的能源供應連續性強。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。
經濟：核能作為一種成熟的支撐電源，已實現技術自主化，其成本可控且隨著應用規模擴大將逐步降低。風、光等可再生能源也已成為極具經濟競爭力的能源品種。同時，核能與可再生能源協同智慧系統中的電力傳輸損耗小、能源損耗低。
要實現核能與可再生能源智慧協同，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性可以為可再生能源上網保駕護航，滿足電網安全穩定運行的需求。
02
— 核能與可再生能源協同應用場景 —
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，導致其大規模并網對電網產生沖擊，加之電網調峰容量緊張，造成電網消納困難，因此新能源基地在并網時須考慮穩定的基荷電源。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”的開發模式，成為開發新能源基地的必由之路。
青海省擬為其第二個大規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，促進柴達木循環經濟試驗區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。
2.能源綜合利用場景
山東省是我國沿海經濟帶的重要區域，清潔高效安全的能源體系是其快速穩定發展的堅實基礎。截至2020年底，全省新能源和可再生能源發電裝機達到4800萬千瓦，占電力總裝機的比重突破30%。與此同時核電規劃建設穩步推進，現已累計發電突破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展可再生能源和核能智慧協同的天然條件。
已建成的海陽核電站在發電的同時，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，一定程度上彌補海上風電間歇性的短板。
核能綜合利用系統示意圖
針對沿海地區場景，還可以推廣核能綜合利用系統，通過對核電站的熱力系統進行創新，實現發電、制氫、海水淡化、供熱、制冷、供汽、儲能等多種功能綜合協同。核能裂變后釋放的能量最初就是以熱能的形式展現，對核熱能直接進行綜合利用，可以有效提高能源系統的經濟性。此外核能制氫具有無溫室氣體排放、高效等諸多優勢，核能海水淡化可以保障沿海缺乏地區的用水安全，核能供熱、制冷可以提供清潔經濟的居民供暖和工業用熱、用冷，滿足地區經濟發展和人民需求的各種用能形式。
3.孤網運行場景
對遠離大陸的海上孤島等偏遠地區，由于特殊地理因素的原因，從主電網架線的電損大且成本高，這就需要因地制宜地在當地建設離網型能源供應系統。
核能作為一種穩定、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選擇。將小型核能系統與太陽能、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同發電，實現綠色電力的穩定供應，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、市政環衛等系統采用氫能化運營，供冷、供熱、動力終端全面實現電氣化替代，則可為孤網運行場景實現零碳智慧高效能源體系。
(作者單位：中國核電發展中心)
