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新型电力系统,你知道多少?

作者:宋垚 来源:见智研究Pro 发布时间:2022-05-12 浏览:

中国储能网讯:国网近期宣布2022年电网投资5012亿(电网投资口径),首次突破5000亿关口,同比增长8.84%,创历史新高。2021年国网规划电网投资4730亿元,2022年规划同比增长约6%,整体呈现稳增长的趋势。

“十四五”期间,国家电网计划投入3500亿美元(约合2.23万亿元)。南网规划“十四五”期间,电网建设将投资约6700亿元,同比“十三五”提升36%。两大电网公司“十四五”期间电网投资额超过2.9万亿元,较“十三五”全国电网投资高出13%。

除了整体投资额稳增长外,更重要的是结构性的变化,未来新型电力系统是建设的主要方向。下面华尔街见闻·见智研究就给大家深度解读什么是新型电力系统。

本文看点

1、什么是新型电力系统?与传统电力系统的区别?

2、新型电力系统如何运转?

3、“源-网-荷-储”是如何协调运作的?

01、何为新型电力系统?

关于新型电力系统目前并没有一个明确的官方统一定义,但是与传统电力系统相比,新型电力系统的“新”主要表现为以下几个方面:

第一、电源结构由可控连续出力的煤电装机占主导,向强不确定性、弱可控性出力的新能源发电装机占主导转变。

第二、负荷特性由传统的刚性,纯消费性向柔性、生产与消费兼具型改变。

第三、电网形态方面,传统电力系统是单向逐级输电为主,新型的包括交直流混联大电网、微电网、局部直流电网和可调节负荷的能源互联网。

第四、运行特性的转变,传统电网是由“源随荷动”的实时平衡模式,大电网一体化控制模式。新型电力系统是向“源网荷储”协同互动的非完全实时平衡模式,大电网与微电网协同控制模式转变。

新型电力系统基本五大特征是清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动。2021年3月15日,习近平总书记主持召开中央财经委员会第九次会议,提出深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统,新型电力系统的概念便是基于这样的背景诞生。

简而言之,新型电力系统需要清洁化、低碳化、智能化。新型电力系统实际上是我国传统电力系统的升级。只不过升级的维度比较宽泛,既包括供给侧、又包括用电侧、电网测以及全系统的全面升级。

为什么我国电力系统要转型?

因为传统电力行业主要是以火电为主,电力行业CO2的排放量占据我国CO2总排放量的四成左右,其次排放CO2较多的是工业、建筑和交运,电力行业占比是最高的;所以要实现“3060”的双碳目标,电力行业自然要转型。

新型电力系统更着重强调的是以“新能源”为主体,要大幅提升光伏、风电等新能源发电的比例,核心是高比例可再生能源叠加高比例电力电子设备。

从各类电源新增装机容量看,风电和太阳能发电占比逐年提升,尤其2020年增长迅速,截至2020年底火电在我国总电力装机中占比高达57%,预计从十四五开始,新能源装机占比将持续上移。2020年我国太阳能装机占比11%,风电装机占比13%,水电装机占比17%,核电装机占比2%。

建设新型电力系统最终是为了实现电力系统脱碳,以实现在2035年左右新能源在总装机中占比超50%,2045年新能源发电在总发电量中占比超过50%的目标。

图:各类型电源新增装机容量(GW)

资料来源:中电联,东北证券

所以事实上,新型电力系统运作的一切模式,本质都是为了更好的积极适应高比例可再生能源的发展趋势,进而提升终端电气化率,更好支持温室气体减排。

02、新型电力系统如何运转?

新型电力系统的运转主要围绕以下几个方面:

第一、新能源逐步是装机的主体;第二、终端能源消费高度电气化;第三、实现新能源高效开发利用和各类负荷友好接入。第四、电力系统运行机理的变革。

电力系统整体可以分为发电、输电、变电、配电、售电、调度六大环节。

以前电力系统运转模式主要是火电、水电、核电等大电源通过升压接入大电网、然后通过高压、特高压等输电方式完成电力输送过程,然后再通过降压将电能输送到负荷端,也就是“源随荷动”的传统运作模式。

但是新型电力系统发电侧重主体发生变化了,以后要以光伏和风电等新能源发电为主,这样就会从原来集中式电源模式变成“集中和分布式”共同发展的模式。同时由于光伏和风电具有波动性、间歇性和随机性的特点,所以储能在新型电力系统的运作中就变得尤为重要。所以新型电力系统就是要建立“源网荷储”的运作模式,也就是电源、电网、负荷、储能各环节协调互动,实现安全稳定的运行。

03、“源-网-荷-储”是如何协调运作的?

1、能源输送要求主网、配网、储能协调发展

主网端

“源”端未来将实现以风电、光伏等新能源发电为主体,火电等为辅助的发电格局。而我国由于能源和负荷分布不均的问题,西北地区主要是资源集中区,而负荷区主要在中东部长三角地带,风光等新能源电站很多也分布在西北地区,这样在能源的输送方面就需要加大特高压的建设,也就是在保持风光发电就地消纳的同时,加快输电主干通道的建设以及省间的互联互通水平,近期国网也发布了“十四五”特高建设等一系列文件,我们之前在文章《国网“十四五”特高压加速,一文带你读懂特高压》中详细对特高压进行了解读。加强特高压建设有助于发挥大电网对清洁能源的配置作用。

配网端

“网”端主要指配网。先说下什么是配网?配网就是从输电网或者地区发电厂接受电能后,通过配电设施就地或逐级和用户相连,并向用户分配电能的系统,包括城市配电网和农村配电网。

在新型电力系统中,配网方面需要扩容改造,以提高用电的可靠性,“十三五”期间我国已经加快配电网建设了,主要是以农网改造为主,到2020年我国主要配电网指标已经处于国际前列,配电自动化率已经达到90%。但是问题仍然频出,比如夏季高温天气用电负荷高峰期,可能会出现局部电荒,广东、安徽等地也执行一些高峰限电和季节性尖峰电价的政策。而电荒主要也是因为配电网局部容量不足,以及省间电网互济能力较低等电力市场机制性的原因。所以解决负荷高峰期缺电问题就要对配电网进行扩容改造升级,接一些局部微电网、储能等办法来解决。

除了电荒问题,终端电气化的提升也带来了配网的扩容需求。因为随着新能源车市场份额的提升,也就是当私家车电动化的比例提升后,对居民区以及工业园区等的峰值负荷和负载率都会提升。其次,随着分布式光伏等的普及,对配网运行的灵活性要求也更高,要提升信息化、智能化、自动化的水平。

说到配网,就要提到配网设备,配网设备主要包括一次和二次设备。传统配电设备赛道是集中度比较低的,低压电器产品同质化比较明显,低端产品竞争较大,高端产品的供给主要还是施耐德、西门子、ABB等国外品牌。随着未来物联网和电力智能化的发展,配网的增量需求会集中在智能电网、电动车等领域,对产品的质量和稳定性的要求会更高,目前我国低压电器市场高端产品占比在20%左右,未来增量需求主要集中在高端产品方面,市场份额也会提升,也就是高端设备是由国产替代机会的。

储能端

储能是未来电力系统升级最关键的环节。风光等新能源发电具有不稳定性,而电能又是时发时用的,很多时候发电高峰和用电高峰无法匹配,为了保证电力系统稳定运行,就需要储能调节,比如起到削峰填谷的作用。

图:储能的削峰填谷作用

资料来源:公开资料整理

众所周知电能是瞬时的,理想状态是发电负荷恰好匹配用电负荷,但实际情况往往不能满足,用电侧往往随机性更大一些,当发电出力和系统负荷不平衡时,频率将随着改变,所以需要储能。

储能在发电侧、输配电侧、用电侧分别发挥的功能是不一样的。发电侧主要是做一些调峰调频、并网等。在输配电侧主要是用于缓解电网阻塞、延缓输配电设备扩容升级等。用电侧主要包括工商业大储能和户用小储能。在用电侧主要是电力自发自用、峰谷价差套利、提升供电可靠性等。对应构建新型电力系统而言,储能系统的进展直接决定了电力系统构建的进程和成果。

图:储能在电力系统中的应用

资料来源:派能科技招股说明书

2、融合新技术新模式,加速向信息智能化转型

新型电力系统相对于传统电力系统而言更加灵活,“源网荷储”的界限需求也比较模糊,所以对灵活性荷多元化的需求更高,因为伴随新能源发电占比的提升,电网波动性会增加,传统数据分析已经不能满足需求了,也就是说未来的电力系统会对数据采集、传输、处理、应用的需求会增加,所以数字化的要求会更高。信息数字化后继续再向智能化进阶。

目前电网信息化的进展在加速。“2020 年国网提出数字新基建以及十大重点任务,涵盖电网云平台、大数据中心、电力物联网平台、智慧能源服务平台等信息化系统,以及5G、人工智能、区块链等新技术的应用项目”。

智能电表需求会加大。供给是因为需求而产生,未来伴随电力系统海量数据的处理,关于信息化的各个环节都会改进,那么采集类的计量装置的需求就是智能电表了。智能电表在计量方式、算费方式、智能控制以及通讯应用方式等方面与普通电表都大有不同,准确来说已经不是传统意义上的电能表了,为了适应智能电网、新能源的使用已经具备双向数据通信等智能功能了。但因为智能电表制造壁垒比较低,市场是比较分散的。

综合能源服务的重要性会日益凸显。电力系统之所以改革主要背后核心原因是“碳中和以及碳达峰”的需要。所以在双碳目标的驱动下,企业会更关注能耗指标的问题,而新型电力系统会提升能源服务来帮助企业有效应对能耗双控、绿电的交易、碳资产管理等等。

整体而言,华尔街见闻·见智研究认为,新型电力系统是一个非常庞大而繁杂的工程、涉及到电力行业、交运行业、5G、物联网等通信行业等方方面面,从上游的发电端要解决好如何从传统的火电为主向风光等新能源发电为主的问题,传输方面要对特高压交直流的建设进行合理布局,还要在配网侧、储能侧进行更好的协调和配合,最后落地到用户侧。

同时在整个环节中要加强信息化建设,也就是5G、物联网等新基建要更好的配合,所以整个工程还是非常庞大的,但是也必将是电力行业的未来发展方向。

且在新型电力系统的发展下,也必将给特高压、储能、电气设备等赛道带来新的机会。

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