敦煌市建设100%可再生能源 城市发展思路研究

Energy of China - - 可再生能源 -

胡润青

(国家发展和改革委员会能源研究所,北京 100038)

摘要:甘肃省敦煌市是历史文化名城,其城市发展定位是国际文化旅游名城。敦煌市太阳

能和风能资源丰富,其于 2009 年建立了我国第一座大型光伏电站,可再生能源市场快速发展,于 2011 年开始创建新能源示范城市,2015 年提出打造 100% 可再生能源城市,城市新能源发展思路不断完善和提升,正在向 100% 可再生能源城市迈进。本文回顾了敦煌市可再生能源发展思路的变化路径,研究分析了敦煌市建设 100% 可再生能源城市的经验和面临的挑战。关键词:敦煌;新能源城市;100% 可再生能源城市;发展思路

中图分类号:F205 文献标识码:A 文章编号:1003-2355-(2017)09-0016-04

Doi: 10.3969/j.issn.1003-2355.2017.09.003

Abstract: Dunhuang of Gansu province is a famous historical and cultural city. Its development orientation is to be built into an international famous tourist culture city. There are abundant solar and wind energy resources in Dunhuang city. First large scale PV power station in China was built in Dunhuang in 2009, and PV market has developed very quickly in the following years. Dunhuang launched construction of New Energy Demonstration City in 2011 and worked on developing a 100% Renewable Energy City since 2015. And then, this Concept has been designed and advanced. With these progress, Dunhuang is moving towards a 100% renewable energy city step by step. This article reviews the roadmap of renewable energy city concept development in Dunhuang, and analyzes their experience and challenges for constructing a 100% renewable energy city.

Key words: Dunhuang City; New Energy City;100% Renewable Energy City; Development Concept

1 城市发展定位

甘肃省敦煌市是历史文化名城,是佛教艺术圣地,是古丝绸之路上最闪亮的一颗明珠。现在的敦煌是酒泉市管辖的县级市,是我国“一带一路”战略的重要节点城市,总面积 3.12 万 km2,总人口 20 万人,以旅游业为龙头的第三产业在市域经济中的比重超过 50%。

2014 年 3月,甘肃省政府印发了《敦煌国际文化旅游名城建设发展规划纲要》,进一步明确了敦煌市建设国际文化旅游名城的总体定位和要求,要举全省之力、谋敦煌一域、带战略全局,并对城市建设发展提出了更高的标准要求。把敦煌市

定为限制开发区域,要求各类开发活动不得损害生态系统功能,产业及项目必须符合低耗能、可循环、少排放、零污染的标准要求。

甘肃省政府对敦煌市的定位和规划,使敦煌市更坚定了发展可再生能源的信心和决心。基于敦煌市独特的自然、地理、文化和经济发展条件,敦煌市有强大的内在动力,大力发展以太阳能、风能为主的可再生能源,以提供绿色发展空间。

2 能源供需现状

2.1 能源资源条件敦煌市化石能源资源贫乏,煤炭、石油、天然气等化石能源均依靠外部供应。敦煌市太阳能

和风能资源丰富,荒漠和半荒漠土地资源充足,电网输出条件较好,具有大规模开发应用可再生能源的条件。

敦煌市是我国太阳能资源丰富的Ⅰ类地区,全年日照时数达 3257h,日均光照 8.9h,年太阳总辐射量为 1754kWh/m2。敦煌市四季多风,风力资源丰富,70m 高度平均风速为 6.9m/s。敦煌市可用于建设光伏电站和风电的荒漠戈壁面积约3500km2,潜在光伏发电装机容量达 1 亿 kW。

2.2 能源供需状况

2015年,敦煌市能源消耗总量为 81.93 万tce ,同比增长 7%。在能源消费总量中,煤炭、石油、天然气的占比分别为 27%、30% 和 30%,电力占比为 8%,热力占比为 5%。敦煌的电力主要来自于当地的水电和光伏电力,其他的化石能源均来自于外购。

敦煌市没有煤电厂,当地电力依靠光伏发电和水电。2015 年新增光伏装机容量 34 万 kW,累计装机容量达到 58.3 万 kW ,年发电量达到 6.4亿 kWh ,年光伏发电量首次超过全市年用电量,实现了 100% 的可再生能源供电。

3 100% 可再生能源城市发展思路的变化路径

3.1 2009年开始建设百万千瓦太阳能发电基地敦煌市的可再生能源应用起步于大型光伏电站建设。2009 年我国第一个 10MW 光伏并网发电 特许权示范项目在敦煌开工,并获批国家百万千瓦光伏基地,进入光伏发电快速发展阶段。到2015年底,敦煌市并网光伏发电装机容量达到66.3 万 kW ,备案装机容量达到 96.9 万 kW。为推动光伏发电和风电大基地建设,敦煌市在电网构架建设方面也做了大量的工作,到 2015 年底,敦煌全市已建成 750kV 变电站 1 座,330kV 变电站 2 座,110kV 变电站 13 座,以缓解绿色电力输出的压力。

敦煌市的工作思路是大力推进大型光伏电站和风电场的建设,将所发电力全部并入电网,发展目标是风电和光伏发电基地的建设规模达到 100万 kW以上。关注的重点是能源生产端的绿色电力建设和并网外输,对消费端的关注较少。

3.2 2011 年开始建设国家新能源示范城市在大力推动光伏发电基地建设的同时,敦煌市也清楚地认识到,从能源生产的角度,大型光伏电站建设能够有效提高绿色电力的比重,但是,从能源消费的角度,光伏发电并入中高压电网,对本地能源消费的贡献并不大,本地能源消费仍严重依赖化石能源。

2011 年 6月,国家能源局批准了《敦煌新能源城市发展规划》,支持敦煌市创建国家级新能源示范城市,敦煌成为最早获批的国家新能源示范城市之一。根据《敦煌新能源城市发展规划》,敦煌市将以太阳能多种利用方式为重点,有序推进各类新能源技术在城市供电、用热、供暖和建筑节能中的应用,力争到 2015 年实现可再生能源生产量超过城市能源消费总量的目标。

2012 年,国家能源局启动新能源示范城市工作,明确了新能源城市的工作思路、基本条件和评价指标,要求可再生能源利用量在城市能源消费总量中的比重超过 6%、两种以上的可再生能源技术应用达标。根据国家对新能源示范城市的指导和要求,敦煌市对其发展目标进行了调整。

(1)2015 年和 2020年,以太阳能和风能为主的可再生能源开发量分别达到220 万 tce 和 606 万 tce,达到届时敦煌市预测能源消费总量的3倍和 5.5 倍。

(2)2015 年和 2020 年,可再生能源在本地消纳的规模分别达到 21.3 万 tce 和 23.9 万 tce ,约占能源消费总量的 27% 和 28%。

在此阶段,敦煌新能源示范城市的建设重点仍是发电项目建设,开始考虑可再生能源在本地消纳的规模,但对可再生能源电力本地消纳和并

网外输面临的挑战估计不足,可再生能源系统与节能、常规能源体系、城市规划建设体系的协调配合尚有待加强。

3.3 2015 年提出建设 100% 可再生能源城市2014 年甘肃省明确了敦煌市国际文化旅游名城的城市定位,坚定了敦煌市全面建设可再生能源城市的决心。2015 年敦煌市提出,在保障社会经济发展的同时,大幅度提高可再生能源的供应量,降低终端能源需求量,建设 100% 可再生能源城市的城市发展思路。

2015 年 1月,敦煌市入选国家能源局和德国联邦环境、自然保护、建筑及核安全部联合支持的“中德可再生能源示范城市规划研究项目”,成为中德合作项目的3 个示范城市之一。2017 年 7月,中德专家共同完成了《敦煌市综合能源规划方案 》,研究提出了实现 100% 可再生能源电力、热力和交通燃料的发展情景和实施方案。

该项研究设置了5种能源供需情景,即常规情景、洁净情景、能效情景、热泵情景、困难情景。2025 年常规情景是 2020 年常规情景的延续,即在2020 年至 2025 年将继续按照相同规模扩建风电和光伏电站。其他4种情景以可再生能源在全年的每个小时都能够 100% 满足敦煌市的能源需求为目标,研究设计不同的发展路径和措施手段。

该项研究表明,敦煌 100% 可再生能源城市的目标是能够实现的。随着可再生能源技术和能源协同技术的快速进步和发展,到 2025 年,在全年中的每个小时实现 100% 可再生能源本地供应,从能源资源和能源技术的角度看都是可行的。

(1)100%可再生能源电力:技术成熟,资源丰富。当地可再生能源电力完全能够满足 100% 的电力需求。但每小时的电力系统平衡较难实现,面临的主要挑战是不同灵活性提升方案的经济成本。

(2)100% 可再生能源供热:可再生能源供热技术成熟,包括太阳能供热、地热能供热、可 再生能源电力供热等;供热领域的节能潜力巨大,节能和能效措施的实施可以大幅度地减少供热领域的能源需求量。面临的挑战主要是农村地区的供热问题以及实施能源措施的时间表。

(3)100% 可再生能源交通燃料:交通系统的能源转型面临较大的挑战。必须依靠电动车的快速发展,完全电气化的目标非常宏伟。

4 经验与挑战

4.1 敦煌市可再生能源发展的历程

敦煌 100%可再生能源城市的发展思路经历了项目建设、概念初步形成、目标提出三个阶段。第一阶段,2009年敦煌市开工建设我国第一个大型光伏电站项目,并提出了建设百万千瓦太阳能发电基地建设,该阶段仅关注光伏电站建设。第二阶段,2011年敦煌市开始创建国家新能源示范城市,在大力推动光伏电站建设的同时,开始推动分布式能源、本地消纳、并网外输。第三阶段, 2015 年提出建设 100% 可再生能源城市的设想和目标,开展深入的规划和实施方案研究,力争实现电力、热力和交通燃料全方位的 100% 可再生能源。

敦煌市新能源城市建设起步于大型光伏电站项目的建设,经历了能源生产和能源消费同步推进的新能源城市建设阶段,再到目前的可再生能源应用与城市规划、建筑、交通、工业等统筹规划阶段。面对发展中的问题,城市能源发展思路不断调整和完善,目前正努力向 100% 可再生能源城市的目标迈进。

敦煌市 100% 可再生能源城市发展思路的变化路径对其他城市有较大的借鉴意义。目前,多数新能源示范城市的建设仍处于推动可再生能源项目建设的阶段,可再生能源系统与节能、常规能源体系、城市规划建设体系的协调配合尚有待加强。从发展思路方面看,要从目前的城市能源建设层面,上升至能源如何促进保障城市可持续发展的层面,发展思路需拓展。

4.2 敦煌市建设 100% 可再生能源城市面临的挑战

敦煌市是典型的可再生能源资源城市,建设100% 可再生能源城市的资源条件较好,但仍面临着诸多问题和挑战。

敦煌是一个县级旅游城市,能源消费量不大, 2015 年能源消费总量为 82 万 tce,用电量 5.3 亿kWh ;而仅仅是光伏发电装机潜力就在1 亿 kW以上。2015 年光伏发电量已超过全市用电量,实

现了全年的 100% 可再生能源电力。从可再生能源资源的角度看,敦煌要实现全年可再生能源生产量大于全年能源消费总量难度不大。

但是,敦煌市本地电力消纳能力有限,电网外输通道建设难以支撑光伏发电的快速增长,弃光问题日趋严重, 2015 年敦煌市弃光率已达到32%。由于甘肃省严重的弃风弃光问题,国家能源局停止了甘肃省全省 2016 年和 2017 年的新增光伏电站建设规模。

同时,电力消费只占敦煌市能源消费量的10%左右,热力、交通燃料等其他能源消费量仍严重依赖化石能源并且依赖外部能源供应。如何破解敦煌市的能源供需矛盾,如何解决光伏并网消纳问题,如何满足各种终端能源(电力、热力和交通燃料)的需要,都是敦煌市建设 100% 可再生能源城市面临的巨大挑战。

4.3 实现 100% 可再生能源城市需要大能源网的支撑

100% 可再生能源城市建设要在关注本地能源保障率的同时,用好大能源网的支撑。

100% 可再生能源城市有两个概念,一是全年100% 可再生能源,全年可再生能源供应量大于能源消费量即可;二是即时 100% 可再生能源,要求每个时间点上的能源供应都由本地可再生能源供给,难度更大。

《敦煌市综合能源规划方案》研究表明,要实现自给自足、即时 100% 可再生能源城市的目标,需要规模非常大的可再生能源装机。热泵情景的能源供应量是终端能源需求量的 3.1 倍,清洁情景、能效情景和困难情景则分别达到 7.2 倍、6.6倍和 7.2 倍。虽然敦煌可再生能源资源潜力巨大,能够支撑如此巨大的能源供应量,但所有的 100%情景中,都会产生大量的富余电力,这些富余电力只有很小一部分可以通过储能设备储存起来,或是用于电供热设备和热泵设备,其余的富余电力需要输出到其他地区。这也意味着当地的可再生能源电力装机会进一步过剩,并网消纳难度会进一步增加。

德国法兰克福 100% 可再生能源城市规划研究也显示,外部电网的调峰和支撑能大幅度降低用能成本。在自给自足情景下,100% 本地供能(电力和热力), 9.1GWh 电储能,供能成本为 22 欧分 /kWh ;在进口 10% 电力模式下,90% 本地供电、100% 本地供热,2GWh 电储能,供能成本为

12 欧分 /kWh ;在不限制能源来源模式下, 75%本地保证率,无需电储能,供电成本降为9 欧分 / kWh。

从全社会的角度看,一味强调 100% 本地供应,不能充分利用电网的支撑和调节作用,会造成大量的重复投资和浪费,是不经济的。

4.4 技术进步是实现 100% 可再生能源城市的关键因素

技术进步仍是非常关键的问题,特别是电力和热力灵活性技术、电热协同技术、可再生能源交通燃料技术等。

可再生能源电力和供热技术经过多年的研发和应用,技术成熟,成本不断下降,已具备规模化应用的条件,为高比例可再生能源电力和供热打下了坚实的基础。但为实现 100%可再生能源的目标,如何解决可再生能源的波动性、间隙性问题,电力及热力灵活性技术、电热协同技术、多能互补技术、系统集成技术等技术仍需进一步研发和提高。

交通系统的能源转型面临较大的挑战。可再生能源交通的技术路径尚不清晰,电动汽车、生物质液体燃料都是可选的技术。目前电动汽车的技术进步和市场推广发展速度很快,成本也有快速下降的趋势,但仍面临着较大的技术和市场挑战。生物质液体燃料技术进展缓慢,其生产原料仍主要依赖于粮食作物,市场规模受到很大的限制。100% 可再生能源交通必须依靠电动汽车的快速发展,因此必须加快提升电动汽车的技术水平,增加续航里程,降低运作成本,以推动实现 100%可再生能源变通的宏伟目标。

参考文献:

[2] [1] 煌市综合能源规划方案德国:中德新能源示范城市研讨会,2016.德国风能和能源系统技术研究所敦煌向 100%可再生能源供应系统迈进—实践与挑战[Z]. 2017. .中德新能源示范城市:敦[Z].

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[5] 国家能源局.国家能源局《关于甘肃省敦煌市新能源城市规划

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[6] 敦煌市人民政府.甘肃省敦煌新能源城市发展规划[ Z ] . 2011.

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