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“雙碳”目標(biāo)倒逼新型電力系統(tǒng)建設(shè)提速

中國(guó)能源報(bào)發(fā)布時(shí)間:2021-03-24 23:21:28

截至2020年底,我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)2.81億千瓦、光伏發(fā)電裝機(jī)2.53億千瓦,合計(jì)達(dá)5.34億千瓦。要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo),到2030年我國(guó)風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上,這意味著風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)還將至少增加6.66億千瓦。為此,近日召開(kāi)的中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議提出,實(shí)施可再生能源替代行動(dòng),深化電力體制改革,構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng),這為推動(dòng)能源電力轉(zhuǎn)型發(fā)展指明了方向。

在能源革命和數(shù)字革命相融并進(jìn),以及碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的大背景下,能源電力行業(yè)正發(fā)生前所未有的變化。以安全可靠、清潔經(jīng)濟(jì)、智慧開(kāi)放、可持續(xù)發(fā)展的能源節(jié)約型社會(huì)為目標(biāo),以高滲透率的可再生能源、高比例的電力電子設(shè)備、高速增長(zhǎng)的直流負(fù)荷 “三高”為主要特征的新一代電力系統(tǒng)正在逐步形成。特別值得關(guān)注的是,碳中和將加速電力增長(zhǎng)零碳化進(jìn)程,發(fā)展清潔和循環(huán)經(jīng)濟(jì),更需要堅(jiān)強(qiáng)大電網(wǎng)和智能配電系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展,相得益彰,逐步向綜合能源系統(tǒng)演化。

當(dāng)前,我國(guó)已成為世界級(jí)的能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó),形成了煤炭、電力、石油、天然氣、新能源、可再生能源全面發(fā)展的能源供給體系,能源事業(yè)發(fā)展取得舉世矚目的成就,但過(guò)去粗獷式能源發(fā)展導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重,能源綜合利用效率相對(duì)偏低。目前,由于大量可再生能源出現(xiàn),能源開(kāi)發(fā)將向集中生產(chǎn)與分布式生產(chǎn)并重轉(zhuǎn)變,根據(jù)資源的自然稟賦和負(fù)荷時(shí)空特性,新的能源必須連接到系統(tǒng),或通過(guò)遠(yuǎn)距離輸送,或就地到最終用戶,可再生能源將逐步成為電網(wǎng)中的主要一次能源來(lái)源。優(yōu)化調(diào)整電源結(jié)構(gòu),保障能源供給安全清潔可持續(xù)發(fā)展是重中之重。

新型電力系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)是:高滲透率的分布式可再生能源將對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)沖擊,特別是大量分布式能源聚合體對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行能力和調(diào)度水平帶來(lái)嚴(yán)峻考驗(yàn),因此需加快整體電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改造,為可再生能源消納提供有力保障;分散能源資源將大量小規(guī)模資產(chǎn)連接到配電網(wǎng),并出現(xiàn)新的電網(wǎng)參與者,如當(dāng)?shù)啬茉瓷鐓^(qū)和消費(fèi)者;可再生能源滲透率與棄電率整體呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系,降低棄電率成為挑戰(zhàn),也是未來(lái)電力系統(tǒng)改造升級(jí)和投資布局的重點(diǎn)。為保障可再生能源高效消納,需提升對(duì)風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電出力的預(yù)測(cè)精度,為機(jī)組組合和調(diào)度做好預(yù)案,也要加強(qiáng)對(duì)發(fā)電側(cè)、輸電側(cè)、用戶側(cè)、儲(chǔ)能側(cè)的靈活性改造、建設(shè),提升深度調(diào)峰和快速響應(yīng)能力。

為保證電能供給質(zhì)量(電壓、頻率等),風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電在并網(wǎng)發(fā)電過(guò)程中也需要必要的輔助服務(wù),從而產(chǎn)生消納成本,導(dǎo)致電價(jià)上升。借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家電力系統(tǒng)低碳發(fā)展的標(biāo)桿德國(guó)的歷程,2019年,德國(guó)電力系統(tǒng)可再生能源發(fā)電占比突破40%,電費(fèi)比2015年增長(zhǎng)約8%。因此,可再生能源的全系統(tǒng)消納成本將隨著滲透率提升而增加,電力市場(chǎng)、價(jià)格、體制機(jī)制和各種不確定因素將影響電網(wǎng)發(fā)展。

提高現(xiàn)有電力系統(tǒng)的利用率,以達(dá)到物盡其用、提質(zhì)增效是重要工作。同時(shí),積極應(yīng)對(duì)極端天氣和氣候變化,保障可靠供電,也是電力系統(tǒng)面臨的一大任務(wù)。

未來(lái)電網(wǎng)將成為實(shí)現(xiàn)各能源網(wǎng)絡(luò)有機(jī)互聯(lián)的鏈接樞紐,以及含有源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)的多元、非線性、時(shí)空變化、網(wǎng)中網(wǎng)的復(fù)雜大系統(tǒng),是能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和核心,應(yīng)具有先進(jìn)的人工智能裝備、充足的系統(tǒng)靈活性、高標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)可靠性。

具體而言,電網(wǎng)將呈現(xiàn)大電網(wǎng)、局域電網(wǎng)和微電網(wǎng)并存的電網(wǎng)格局:廣域大電網(wǎng)可有機(jī)整合各種可再生能源的時(shí)空互補(bǔ)性,并實(shí)現(xiàn)資源密集區(qū)域的電力向負(fù)荷密集區(qū)域的大容量遠(yuǎn)距離輸送;局域電網(wǎng)和微電網(wǎng)可就地利用分散資源,將大量小規(guī)模資產(chǎn)連接到配電網(wǎng),并出現(xiàn)新的電網(wǎng)參與者,如當(dāng)?shù)啬茉瓷鐓^(qū)和消費(fèi)者,形成眾多的產(chǎn)用儲(chǔ)一體化聚合體。

同時(shí),分布式能量自治單元——就地收集、存儲(chǔ)和使用能源的微單元,成為被控制的一個(gè)簡(jiǎn)單可調(diào)度負(fù)荷,可以在數(shù)秒內(nèi)作出響應(yīng),以滿足電網(wǎng)系統(tǒng)需要。對(duì)于用戶,微電網(wǎng)可以成為一個(gè)可定制的電源,向用戶提供差異化(電能質(zhì)量、電壓等級(jí)、交直流供電模式、供電可靠性等)服務(wù)。通過(guò)能源載體的電力轉(zhuǎn)換,終端用戶和電網(wǎng)的耦合加強(qiáng),反之亦然。此外,對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)輸配電能力的提升挖潛、精益化資產(chǎn)管理將是重要任務(wù)。

負(fù)荷側(cè):電能是未來(lái)最重要的終端能源,終端電氣化是大方向,將帶來(lái)新負(fù)載模式,如電動(dòng)汽車(chē)快速充電,其特點(diǎn)是短時(shí)內(nèi)高功率充放電會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。

自下而上采用物聯(lián)網(wǎng)(如電動(dòng)車(chē)等可控負(fù)荷)及身聯(lián)網(wǎng)(如健身環(huán),心臟起博持器等)和人工智能等新技術(shù),將為負(fù)荷的柔性化和優(yōu)化響應(yīng)奠定基礎(chǔ)。另外,直流已在用戶身邊,電子設(shè)備等直流負(fù)荷快速增長(zhǎng),風(fēng)光儲(chǔ)直柔的直流微電網(wǎng)和聚合體將大幅增加,大量并網(wǎng)主體如分布式電源、微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車(chē)(V2G)、新型交互式用能設(shè)備等多兼具生產(chǎn)者與消費(fèi)者雙重身份。在高比例新能源背景下,“源隨荷動(dòng)”式傳統(tǒng)的解決電力系統(tǒng)平衡問(wèn)題的基本方式將出現(xiàn) “荷隨源動(dòng)”的趨勢(shì)。

因此,應(yīng)研究出臺(tái)由各個(gè)利益相關(guān)者參與的有吸引力的價(jià)格機(jī)制,讓具有強(qiáng)大響應(yīng)能力的用戶參與調(diào)峰。負(fù)荷的柔性處理和主動(dòng)響應(yīng)將是能源電力改革的新藍(lán)海。

儲(chǔ)能:儲(chǔ)能技術(shù)是支撐可再生能源普及的戰(zhàn)略性技術(shù),也是提高電力系統(tǒng)靈活性和可靠性的關(guān)鍵技術(shù)。

電力系統(tǒng)的靈活性越高,調(diào)節(jié)能力越強(qiáng),則越能滿足高比例可再生能源帶來(lái)的調(diào)峰、調(diào)頻和備用需求,保障電能供給質(zhì)量。隨著技術(shù)發(fā)展和材料革命,越來(lái)越多不同技術(shù)路線的規(guī)?;瘍?chǔ)能,如抽水蓄能電站和燃?xì)庹{(diào)峰電站、氫能、碳捕集與利用技術(shù)和儲(chǔ)能裝置,以及蓄電(機(jī)械轉(zhuǎn)換、化學(xué)轉(zhuǎn)化等)和蓄熱(水/冰蓄冷、熱化學(xué)存儲(chǔ))等將根據(jù)不同需求在源網(wǎng)荷側(cè)安裝,參與控制,平衡時(shí)空變化的源與荷。因此,要加強(qiáng)對(duì)發(fā)、輸、用側(cè)和儲(chǔ)能側(cè)的靈活性建設(shè),提升深度調(diào)峰和快速響應(yīng)能力,提高供電可靠性和電能質(zhì)量。

電力系統(tǒng)運(yùn)行模式:將逐步演變?yōu)橐钥稍偕茉窗l(fā)電為主、交直流混合電網(wǎng)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同互動(dòng),靈活智能控制運(yùn)營(yíng)成為重中之重。

以大電網(wǎng)為“主干網(wǎng)”,以微網(wǎng)、能量自治單元為“局域網(wǎng)”,能夠“即插即用”,以開(kāi)放對(duì)等的信息-能源一體化架構(gòu),真正實(shí)現(xiàn)能源的雙向按需傳輸和動(dòng)態(tài)平衡使用,提供共享能量和信息平臺(tái)及協(xié)作的機(jī)會(huì)。此外,大電網(wǎng)和微電網(wǎng)二者相互補(bǔ)充,相得益彰,因地制宜成為關(guān)鍵。應(yīng)從現(xiàn)有系統(tǒng)中喚醒沉睡的資源,實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)的高效和最大利益化的優(yōu)化調(diào)節(jié)利用。

能源和電力物理信息系統(tǒng):將產(chǎn)生海量多源、離散的大數(shù)據(jù),為數(shù)字化能源電力奠定基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)信息流、能源流、業(yè)務(wù)流融合。

信息化對(duì)智能電網(wǎng)的支撐作用,正逐步由以IT技術(shù)為核心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詳?shù)據(jù)數(shù)字化為核心。值得注意的是,未來(lái)的信息服務(wù)模式,將由應(yīng)用建設(shè)向數(shù)據(jù)分析服務(wù)模式轉(zhuǎn)變,實(shí)現(xiàn)數(shù)字賦能。

大量高新技術(shù)集成融合:從技術(shù)上向新一代電力系統(tǒng)升級(jí),“大云物移智”等新技術(shù)將逐漸成為標(biāo)配。

其中,人-機(jī)-物高度融合,無(wú)人化、芯片傳感、數(shù)字化等新技術(shù)和多功能融合的新設(shè)備、材料、新器件將層出不窮,能量的產(chǎn)、輸、配、轉(zhuǎn)換和使用均具備一定智能,能源互聯(lián)網(wǎng)將具備“智慧、能自學(xué)習(xí)、能進(jìn)化”的生命體特征。

理想目標(biāo):向著綜合能源互聯(lián)體系演進(jìn),逐步實(shí)現(xiàn)綜合能源體系。

以電為核心、網(wǎng)為平臺(tái),以因地制宜的多元能源結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),信息能源基礎(chǔ)設(shè)施一體化的綜合能源體系將朝著低碳化、高效化、數(shù)字化及可持續(xù)發(fā)展的清潔循環(huán)經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展,形成以“能源結(jié)構(gòu)生態(tài)化、產(chǎn)能用能一體化、資源配置高效化”為特征的全新的能源生態(tài)體系。

回顧人類(lèi)三次工業(yè)革命,都源于重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和理論突破。傳統(tǒng)的能源競(jìng)爭(zhēng),就是哪里有資源,就去搶奪,甚至是戰(zhàn)爭(zhēng)。但是,以風(fēng)能、太陽(yáng)能為代表的新能源,其競(jìng)爭(zhēng)方式不是資源競(jìng)爭(zhēng),而是核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。

目前,世界上主要國(guó)家和地區(qū)均把能源技術(shù)視為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的突破口,因此,我們應(yīng)深刻理解“科技獨(dú)立自強(qiáng)是發(fā)展大局的根本支撐”,開(kāi)展獨(dú)立自主的創(chuàng)新,必須深入分析面臨的挑戰(zhàn)及技術(shù)成熟性、可行性、經(jīng)濟(jì)性,前瞻未來(lái)發(fā)展,進(jìn)而科學(xué)理智地制定切實(shí)可行的技術(shù)路線,群策群力,努力踐行。應(yīng)以清潔、低碳、數(shù)字、高效和物聯(lián)為發(fā)展方向,以安全高效、循環(huán)可持續(xù)為驅(qū)動(dòng)和目標(biāo),以研究與創(chuàng)新為支撐、智慧互連共享為核心,孕育新模式、新業(yè)態(tài),推動(dòng)跨界融合,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同。同時(shí),從基礎(chǔ)理論、新材料、關(guān)鍵技術(shù)、軟硬件設(shè)備到真正能復(fù)制的工程示范,探索顛覆性技術(shù),實(shí)現(xiàn)能源技術(shù)自主創(chuàng)新,保障可再生能源和新型電力系統(tǒng)理智、健康、有序發(fā)展,助力碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。


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