新聞中心
新型電力系統(tǒng)構建“源網(wǎng)荷儲”新生態(tài)
實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標是國家重要戰(zhàn)略、全球主要經(jīng)濟體的一致行動?!半p碳”目標的達成是一個系統(tǒng)工程,關鍵路徑是能源結構調(diào)整與節(jié)能降耗,能源是主戰(zhàn)場,電力系統(tǒng)革新是核心。這是構建新型電力系統(tǒng)的時代背景和理論基礎。
電力系統(tǒng)是由發(fā)輸變配用各領域、源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)、技術體制各層面緊密耦合形成的有機整體。在新型電力系統(tǒng)的構建過程中,傳統(tǒng)電力結構、發(fā)展模式、利益格局、技術特征等均面臨革命性變化。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的技術特征、運行機制、基礎設施均將發(fā)生革命性的變化。
隨著新能源滲透率提高,電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)“雙高”特性——高比例新能源、高比例電力電子設備接入?;谛履茉窗l(fā)電具有隨機性、波動性、分散性等特點,電源側出力波動加大,負荷側不確定性增加,電力系統(tǒng)功率平衡壓力增加,電網(wǎng)安全運行風險加大。
與此同時,在新型電力系統(tǒng)的構建過程中,將催生大量新技術、新業(yè)態(tài),電力系統(tǒng)“源網(wǎng)荷”生態(tài)發(fā)生重大變化。
表現(xiàn)為,能源生產(chǎn)端形成多元化清潔能源供應體系,以風電、光伏等新能源發(fā)電為供應主體,化石能源電源的功能變?yōu)槎档妆U稀⒄{(diào)節(jié)與支撐;電網(wǎng)側呈現(xiàn)交直流混聯(lián)大電網(wǎng)與多種形態(tài)電網(wǎng)并存的格局,傳統(tǒng)大電網(wǎng)與局域網(wǎng)互補共生;負荷側電氣化水平大幅提升,用能模式向多能互補、源荷互動發(fā)展。
發(fā)電側:新能源為主體,煤電兜底保障
在新型電力系統(tǒng)的構建過程中,新能源與化石能源之間的博弈將從激烈對撞向共存共生轉變。
“雙碳”目標的實現(xiàn)將新能源推向快速發(fā)展的黃金賽道。風電、光伏發(fā)電是裝機主體、電力與電量供應主體。從發(fā)展規(guī)??矗履茉囱b機占比、發(fā)電量占比將大比例提升。
2020年底,我國新能源發(fā)電累計裝機容量達到5.35億千瓦,同比增長29.4%,占全國總裝機容量的比重達到24.3%。2020年新能源發(fā)電新增裝機容量首次突破1億千瓦,達到1.2億千瓦,占全國電源新增總裝機容量的63%;全國新能源發(fā)電量7276億千瓦時,約占總發(fā)電量的10%,同比提高約1個百分點。
在“雙碳”戰(zhàn)略下,“十四五”“十五五”期間新能源將呈現(xiàn)跨越式發(fā)展,全國年均新增規(guī)??赡軙凇笆濉被A上倍增,“十四五”期間每年新增風光裝機規(guī)模在1億千瓦以上,“十五五”期間每年新增風光規(guī)模1.5億千瓦以上。預計2025年,我國新能源發(fā)電累計裝機容量有望突破10億千瓦,新能源裝機占比將達到40%左右,發(fā)電量占比將接近20%左右。
中國科學院院士周孝信研究認為,2030年風電、太陽能總裝機達到16.1億千瓦,2033年非水可再生能源發(fā)電裝機占比超過50%,裝機占比首次超過煤電;2060年非水可再生能源發(fā)電裝機占比超過82%;2051年新能源發(fā)電量比重超50%。
全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織則提出更為樂觀的發(fā)展情景。他們研究認為,2030年、2050年、2060年,中國清潔能源裝機將分別增至25.7億、68.7億、76.8億千瓦,分別占比67.5%、92%和96%,實現(xiàn)能源生產(chǎn)體系全面轉型。對于煤電而言,我國煤電總量應控制在2025年達到峰值,2050年電力系統(tǒng)要實現(xiàn)近零排放,2060年煤電完全退出。
在風電、光伏大規(guī)模發(fā)展同時,氫能等新興能源受益于技術進步、成本下降雙驅動,其應用市場規(guī)模將更廣泛;水電、生物質(zhì)能發(fā)電、光熱發(fā)電等構成多元化的非化石能源生態(tài)。此時,新能源是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的責任主體,同時需要具備一定的主動支撐、系統(tǒng)調(diào)節(jié)與故障穿越能力,分攤電力系統(tǒng)成本上升的壓力。
化石能源電源占比不斷下降是大勢所趨,將由基礎電源成為調(diào)節(jié)電源轉變,化石能源電源向兜底保障、調(diào)節(jié)與支撐功能轉變。但需要注意的是,煤電的戰(zhàn)略地位仍不容小覷,尤其在寒潮或高溫等特殊情境下,風電、光伏出力減少,缺少煤電負荷兜底,電力系統(tǒng)的實時平衡將被打破。
2021年1月,湖南、浙江等省份拉閘限電,北京市重啟燃煤供熱機組,在此背后負荷大幅增加,新能源發(fā)電負荷銳減,不得不由煤電承擔迎峰度冬的重任。2020年8月,美國加州由于連續(xù)酷熱造成電力短缺;2021年2月,美國得克薩斯州因極寒天氣發(fā)生電力短缺。面對突發(fā)狀況的出現(xiàn),新能源無法獨立支撐電力系統(tǒng),需要電力系統(tǒng)在更大范圍內(nèi)的互濟來解圍。風光與煤電是互補關系,絕非替代關系。
在能源生產(chǎn)方式上,電源生態(tài)大中小容量并存,集中式和分布式布局并存,在網(wǎng)離網(wǎng)運營并存。未來新能源高比例接入將呈現(xiàn)集中式與分布式并重的態(tài)勢,包括西北、華北、東北地區(qū)的大規(guī)模風光基地、東部沿海地區(qū)的海上風電基地,以及數(shù)量可觀、就近消納的分布式電源。
電網(wǎng)側:大電網(wǎng)與微網(wǎng)共榮共生
電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的中樞,在電力系統(tǒng)的調(diào)度、控制、管理中發(fā)揮重要作用。新型電力系統(tǒng)的運行模式下,電網(wǎng)企業(yè)的功能定位、商業(yè)模式、運行特征等也隨之變化。
在全球電力工業(yè)180年的發(fā)展進程中,前150年以大電網(wǎng)模式為主。分布式電源、微電網(wǎng)、局域網(wǎng)等的出現(xiàn),推動了大電網(wǎng)與微電網(wǎng)之間的融合。大電網(wǎng)的公共屬性將進一步增強,主要承擔跨區(qū)域、遠距離資源輸配責任,配網(wǎng)側資產(chǎn)配置以響應用戶負荷變化為原則,承擔區(qū)域電力安全平穩(wěn)運行的保底責任。
在新型電力系統(tǒng)下,電網(wǎng)運行生態(tài)特點表現(xiàn)為:(1)特高壓外送通道投資規(guī)模提高,以支撐大規(guī)模新能源并網(wǎng)消納;(2)微電網(wǎng)、局域網(wǎng)、大規(guī)模柔直等新型組網(wǎng)技術快速發(fā)展,大電網(wǎng)與微電網(wǎng)融合發(fā)展,交流大電網(wǎng)與交直流配網(wǎng)并存;(3)配網(wǎng)向智能柔性的主動配電網(wǎng)轉變,具有靈活控制和運行能力,可以支持分布式新能源、電動汽車、儲能等用能設施和分布式發(fā)電設備海量接入,滿足功率雙向流動和多元負荷用電需要;(4)電網(wǎng)與管網(wǎng)、通信網(wǎng)、電視網(wǎng)、交通網(wǎng)等融合共治,共同參與智慧城市、智慧生活建設,數(shù)字智能電力生態(tài)系統(tǒng)形成。
從投資視角看,為保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行,國內(nèi)特高壓、柔性直流投資預計加快,電化學儲能、抽水蓄能、氫能、充電樁、燃煤機組靈活性改造等具備靈活性調(diào)節(jié)能力的資產(chǎn)收益將大幅提高,配網(wǎng)側一二次融合設備、智能電表、智能開關等智能終端的投資需求將大幅增加。
從智能電網(wǎng)的技術特征看,電網(wǎng)利用小微傳感、邊緣計算、電力物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)挖掘等技術手段,構建具備云-邊協(xié)同、海量數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)驅動分析、高度智能化決策等能力的電網(wǎng)平臺,實現(xiàn)電網(wǎng)運營、業(yè)務管理和產(chǎn)業(yè)融合全面數(shù)字化。
負荷側:由源隨荷動”轉向“源網(wǎng)荷互動”
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是一個超大規(guī)模的非線性時變能量平衡系統(tǒng),生產(chǎn)組織模式是“源隨荷動”,用精準可控的發(fā)電系統(tǒng),去匹配基本可測的用電系統(tǒng)。新型電力系統(tǒng)下,隨著風光滲透率的提高,以及儲能、分布式電源、UPS電源、制冷制熱設備、充電樁等多元化可調(diào)節(jié)負荷的大規(guī)模接入,發(fā)電側、負荷側預測難度加大。
從負荷側的特點看:(1)工業(yè)、交通、建筑等負荷側電能替代水平大幅提升;(2)能源產(chǎn)品和服務需求多樣化,水、熱、冷、電、氣等多重能源深度耦合,能源梯級利用、能效診斷與能效提升等綜合服務需求成為常態(tài);(3)負荷側通過儲能、分布式發(fā)電等多種設備的接入,配網(wǎng)側從單一、被動、通用化的能源消費模式向融合多種需求、主動參與、定制化的雙向交互模式轉變,用能模式由“源隨荷動”將向“源網(wǎng)荷互動”轉變;(4)負荷側數(shù)據(jù)廣泛交互、價值共享,通過數(shù)字化手段可以實現(xiàn)終端用能狀態(tài)全面感知和智慧互動;
此外,在未來城市能源管理系統(tǒng)中,虛擬電廠控制平臺將在城市配網(wǎng)中將廣泛應用。城市虛擬電廠通過物聯(lián)網(wǎng)實時匯總終端用電設備的狀態(tài)和需求信息,實現(xiàn)對分布式發(fā)電機組、可控負荷、儲能設施實時調(diào)控管理,通過與輸電網(wǎng)的信息實時交互實現(xiàn)電力供需平衡。還可以將相關信息實時傳輸至電碳市場中心和電網(wǎng)調(diào)度控制中心,構建分時、梯度的虛擬電廠群,主動響應電網(wǎng)調(diào)度信號,參與電力市場交易和電網(wǎng)運行。
國電中星是一家專業(yè)的電力檢測設備廠家,密切關注電力電網(wǎng)相關行業(yè)的發(fā)展與動態(tài),了解更多訪問國電中星官網(wǎng):m.fsshigao.com