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多能互补综合能源系统 推动“双碳”目标有序实现

作者:曾鸣 刘英新 来源:能源研究俱乐部 发布时间:2022-02-07 浏览:

中国储能网讯:多能互补综合能源系统 推动“双碳”目标有序实现

曾鸣  刘英新

(华北电力大学)

把碳达峰碳中和纳入生态文明建设整体布局,以经济社会发展全面绿色转型为引领,以能源绿色低碳发展为关键,构建以新能源为主体的新型电力系统,是新时期党和国家赋予能源领域的重要使命。建设多能互补综合能源系统,就是以“横向多能互补、纵向源网荷储协调”的核心思想和综合化的发展理念、智能化的发展手段、准中心化的发展模式,保障以新能源为主体的新型电力系统高质量构建,推动我国能源系统清洁化转型的同时兼顾能源供应的可靠性和经济性,最终实现全社会、全产业链的经济脱碳与安全脱碳。

一、综合能源系统助力破解能源“不可能三角”问题

大力发展风电、太阳能发电,构建以新能源为主体的新型电力系统,是实现“双碳”目标的重要抓手,而推动能源绿色低碳发展,势必会对能源系统运行的经济性、可靠性带来挑战,而清洁化、经济性、可靠性三者均是能源系统不可忽视的方面。

能源供应安全和降低社会用能成本的战略要求,使得能源系统清洁化转型任务愈加艰巨。能源安全是关系国家经济社会发展的全局性、战略性问题,保障能源供应安全更是能源安全战略的重中之重,而随着以新能源为主体的新型电力系统建设步伐的不断推进,稳定可控的火电机组装机占比和有效利用时间将不断减少,大规模波动性、间歇性新能源发电的接入将使得电力供应安全面临严峻挑战。此外,国家层面提出继续推动降低全社会用能成本,要求能源系统在清洁化转型的同时必须更加注重降本增效,建设清洁低碳安全高效能源体系的任务愈加艰巨。

能源系统的清洁化和供能可靠性要求,使得社会综合用能成本的降低面临较大压力。风电、太阳能发电与传统煤电相比其发电成本仍然较高,且为了保障波动性、间歇性较强的风电、太阳能发电出力的顺利并网,还需要配套建设大量的抽水蓄能、储能电站等调峰资源以保障系统运行的安全性,较高的成本使得风电、太阳能发电仍不具备取代煤电的经济性。同时,我国风、光等自然资源与负荷中心存在显著的逆向分布特征,大量的新能源电力需要通过特高压通道从西北地区输送至中东部消纳,大规模的输电通道投资和固有的输电损耗也进一步降低了风电、太阳能发电项目的经济性。

能源系统的清洁化和用能成本约束,使得电力系统运行可靠性面临诸多挑战。风速、光照辐射存在固有的随机性,导致风电、太阳能发电具有明显的波动性和间歇性特征,大规模风电、太阳能发电机组的接入将使得电力系统的电压稳定、功率平衡等面临较大压力。而我国现有电力系统灵活性调峰资源的缺失和柔性控制与协调调度能力的短板难以应对大规模波动性、间歇新新能源接入带来的严峻挑战。为保障系统运行的可靠性,必须投入大量资金用于系统灵活性资源的建设、改造,以及电网、调度基础设施的升级。而投入的增加会带来用能成本的变化,亟需从系统层面协调大规模新能源接入与用能成本、系统运行可靠性三者之间的问题。

综合能源系统的显著特征是“横向多能互补,纵向源网荷储协调”,能够助力破解能源“不可能三角”问题。建设多能互补综合能源系统,就是要打破多异质能源子系统之间及能源子系统内部各环节的壁垒障碍,整合石油、煤炭、天然气和电力等多种能源资源,实现传统化石能源与风、光等新能源协调规划、优化运行、协同管理、交互响应和互补互济,在满足多元化用能需求的同时有效提升能源利用效率。一是通过电源、电网、需求侧及储能各环节的协调互动,平抑风电、太阳能发电出力的波动性和间歇性,提高系统运行可靠性;二是通过加强煤电、水电与风电、太阳能发电的互补出力,以较低的煤电、水电对冲风电、太阳能发电成本较高的难题,降低社会用能成本;三是通过多种能源的互补出力和源网荷储的协调互动,提高系统运行可靠性和经济性的同时支撑大规模新能源并网消纳。

二、综合能源系统“四化”路径支撑“双碳”目标顺利实现

建设多能互补综合能源系统,是以清洁化的发展目标、综合化的发展理念、智能化的发展手段、准中心化的发展模式全面推动以新能源为主体的新型电力系统建设,为“双碳”目标的顺利实现提供切实可行的“四化”实现路径。

贯彻清洁化发展目标。建设新型电力系统,就是通过大力推动风能、太阳能等新能源发展,逐步降低我国化石能源消费占比,并最终实现电力系统的清洁化转型。为实现“双碳”目标,到2030年我国非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。为此我国非化石能源消费比重与新能源发电装机容量在未来九年需分别保持5%和10%以上的年发展增速,风能、太阳能等新能源发电将进入倍速发展阶段。同时,未来我国还将适度发展核电、水电,积极探索风光储氢等清洁化能源发展路径,持续开展煤电超低排放与节能改造工作,改善我国以化石能源为主的能源消费结构,全面提升电力系统的清洁化水平。

坚持综合化发展理念。一方面,综合能源系统立足于供能可靠性提高、综合能效提高及用能成本降低、碳排放降低和其他污染物排放降低的“两高三低”目标对不同品类能源的生产、消费进行统筹规划与合理调配,通过集成储能、需求响应资源等各类灵活性调峰资源和系统内的能源转换基础设施,为风、光等新能源的消纳提供充足的灵活性资源与辅助服务,提升系统对波动性风电、太阳能发电的接入和调控能力,助力能源系统供给侧的清洁化转型。另一方面,依托以新能源为主体的新型电力系统建设,在需求侧开展绿色低碳的综合能源服务,通过清洁能源与化石能源的互补替代,推动传统的能源消费理念向 “能源+服务”的综合消费理念过渡,发掘需求侧消纳绿色电力、节能增效管理以及购买绿证等多样化需求,在满足用户能源消费需求的同时充分发挥和调动需求侧消纳新能源的潜力与积极性,提升风、光等新能源在消费端的结构占比,助力能源系统需求侧的清洁化转型。

创新智能化发展手段。大规模发展风能、太阳能等新能源,必将涉及多种能源的协同控制和多元能源主体利益协调等问题,而多种能源出力特性的差异导致运行调控的复杂性远远超过现有系统的调度能力,同时,多元能源主体相互独立导致系统层面的优化管理存在困难。因此,需要深化云计算、大数据、物联网、移动通信、人工智能、区块链和边缘计算等现代数字信息技术在能源领域的融合应用,在实现能源生产、传输、交易、消费多环节即时化感知与监测的基础上,促进能源信息的流动与共享,充分发掘能源大数据作为新时期重要生产要素的潜在价值,为能源系统源网荷储各环节的运行及管理优化提供重要支撑。

探索准中心化发展模式。未来的能源电力系统将呈现准中心化的发展模式,即以电力为中心,以电网为枢纽,以集中式和分布式新能源为重要能源供应主体的新型发展模式。一方面,在规划运行层面推行能源电力系统准中心化调度,以智能调度运行平台和区域智慧能源管理系统等技术应用,推动实现集中式新能源的广域调度优化决策、大电网与分布式微能网的双向互动以及分布式节点的协同自治,有效提升能源系统中跨区跨省能源调配和就近能源资源配置消纳的综合效率;另一方面,在体制机制层面推动能源行业准中心化发展,借鉴平台经济与共享经济思维,创新准中心化的新机制、新模式与新业态,围绕电力系统核心枢纽建设互惠共赢能源生态圈,通过数字手段和共享机制打通系统中各节点、各主体间的服务流、信息流、资金流,实现生态共荣与产业共建。

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