新能源在新型電力系統(tǒng)中的實(shí)踐與應(yīng)用

文/張 波

0 引言

2020年，我國在聯(lián)合國大會(huì)中明確指出，未來我國將陸續(xù)頒布更為有力的政策和措施，在2030年之前，達(dá)到“碳達(dá)峰”，2060年之前達(dá)到“碳中和”。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)信息表明，2020年，我國總體能源消費(fèi)在二氧化碳排放總量上占據(jù)總量的一半左右，其中，電力行業(yè)排放出來的二氧化碳占據(jù)50%。可以得知，我國在持續(xù)推進(jìn)節(jié)能減排的發(fā)展過程中，電力是對(duì)“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)落實(shí)進(jìn)程帶來直接影響的重要內(nèi)容。因此，想要達(dá)成“雙碳”發(fā)展目標(biāo)，需構(gòu)建出將新能源作為核心的新型電力體系，走上綠色低碳發(fā)展之路。

1 背景

目前，我國電力結(jié)構(gòu)已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)了綠色化的低碳轉(zhuǎn)型，在成本投入逐步下降、技術(shù)水平不斷進(jìn)步、生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)及保護(hù)要求越來越高等相關(guān)因素的作用下，可再生能源的高速發(fā)展和進(jìn)步，可以推動(dòng)全球能源供應(yīng)形式更加多元化。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)研究調(diào)查表明，截至2020年年底，我國在可再生新能源發(fā)電裝機(jī)總規(guī)模占比已經(jīng)超過40%，占據(jù)全球第一。依照“雙碳”標(biāo)準(zhǔn)及要求，想在2030年達(dá)成“碳達(dá)峰”，就代表著每年平均碳排放量需要從原本的3.6%降到0.5%。2021年作為“十四五”的開端年，是電力企業(yè)走向綠色轉(zhuǎn)型之路的第一步，2022年，則是鞏固第一年發(fā)展成果的重要階段。對(duì)于我國發(fā)電行業(yè)來說，電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)巨大轉(zhuǎn)變，綠色能源逐步演變?yōu)槲覈暮诵碾娫础?/p>

在電網(wǎng)這一領(lǐng)域上，電力資源配置也將逐步走向智能化、綠色化的發(fā)展之路。在用電模式上，從最初的單向流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向互動(dòng)，儲(chǔ)能技術(shù)不斷發(fā)展、不斷進(jìn)步，用電形式變得越來越豐富多樣。

總而言之，能源的清潔綠色化、低碳化發(fā)展，將成為未來的必然發(fā)展趨勢。全球多個(gè)國家開始紛紛制定與能源相關(guān)的轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略規(guī)劃，提出了更高的清潔目標(biāo)，并制定各類與低碳相關(guān)的政策文件，不斷尋找通過低成本清潔能源對(duì)傳統(tǒng)能源進(jìn)行替代的方法，以推動(dòng)可再生能源實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型。

2 電力系統(tǒng)面臨的問題與挑戰(zhàn)

2.1 電力供應(yīng)保障

在極端惡劣天氣情況下，無法保障電力穩(wěn)定供應(yīng)，尤其是日食等天文現(xiàn)象會(huì)對(duì)新能源供電帶來明顯沖擊。全球溫度日漸變暖，氣候異常問題日漸加劇，暴雪、冰凍、無風(fēng)、干旱等極端惡劣天氣層出不窮，呈現(xiàn)逐年增長的發(fā)展趨勢，甚至已超出目前世界氣象領(lǐng)域的研究認(rèn)知。雖然罕見天氣出現(xiàn)的概率較低，但是其帶來的新能源供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)較高，危害較大，尤其是在新能源電力系統(tǒng)構(gòu)建過程中，對(duì)其影響更為突出，將導(dǎo)致供電保障成本全面增加。

2.2 安全穩(wěn)定運(yùn)行

在未來很長一段時(shí)間的發(fā)展過程中，電力系統(tǒng)仍會(huì)將傳統(tǒng)的交流同步電網(wǎng)作為核心。但是，隨著清潔能源的大量使用，將替代傳統(tǒng)常規(guī)電源，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中保障交流電力系統(tǒng)穩(wěn)定安全的要素也會(huì)愈發(fā)薄弱，傳統(tǒng)交流電網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)轉(zhuǎn)問題將會(huì)全面加劇。靜載設(shè)備將會(huì)替代傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，系統(tǒng)慣量將不會(huì)隨著供電規(guī)模的逐步增長而全面下降，電網(wǎng)頻率進(jìn)行控制的過程中將會(huì)困難重重，電壓調(diào)節(jié)能力有所不足。高比例新能源接入地區(qū)在對(duì)電壓進(jìn)行管控的過程中，將會(huì)越來越困難，高比例受電地區(qū)的動(dòng)態(tài)無功支撐能力不足，以功角穩(wěn)定問題為代表，將會(huì)變得越來越復(fù)雜。

2.3 整體供電成本

將新能源應(yīng)用在電力系統(tǒng)的建設(shè)過程中，可以實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)，但是不等于平價(jià)使用。除了基礎(chǔ)的新能源場站本體成本支出之外，新能源成本涉及內(nèi)容較多，如系統(tǒng)調(diào)節(jié)運(yùn)行花費(fèi)的成本支出、靈活性電源投資資金以及配網(wǎng)投資等成本投入。依照國外相關(guān)研究數(shù)據(jù)調(diào)查表明，新能源電量滲透率在達(dá)到10%到15%之后，系統(tǒng)的成本投入將會(huì)邁入快速增長的重要臨界點(diǎn)，新能源場站成本的降低無法抵消新能源付出成本的上升。伴隨著新能源發(fā)電量滲透率的全面提升，系統(tǒng)成本將會(huì)明顯提高，管理起來困難重重，這也會(huì)對(duì)全社會(huì)供電成本帶來較高的增長。

3 新能源在新型電力系統(tǒng)中的實(shí)踐應(yīng)用策略

3.1 新能源為主體的電力供應(yīng)

需要持續(xù)保障現(xiàn)有太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電的高速發(fā)展步伐，秉承集中式、分布式發(fā)電之間的協(xié)同并進(jìn)，全方位擴(kuò)大我國風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的發(fā)展規(guī)模。基于市場消納、協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)條件，在我國的“三北”地區(qū)構(gòu)建將新能源電力系統(tǒng)作為核心的清潔能源基地，使得新能源走向高效開發(fā)的發(fā)展之路。

在中東部地區(qū)，可積極開發(fā)太陽能發(fā)電資源、風(fēng)力發(fā)電資源，使得新能源市場得到有序健康發(fā)展。

擴(kuò)大東南沿海地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電基地建設(shè)規(guī)模，并將風(fēng)力發(fā)電光伏發(fā)電的有效運(yùn)用、大面積開發(fā)作為重點(diǎn)，推動(dòng)光伏發(fā)電技術(shù)和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)得到全面進(jìn)步，降低成本成本投入。

對(duì)新能源發(fā)電服務(wù)體系進(jìn)行不斷調(diào)整和優(yōu)化，全方位優(yōu)化新能源發(fā)電在整個(gè)電力市場中的核心競爭力，持續(xù)提高水電、核電、氣電的開發(fā)水平，將我國的西南地區(qū)和新流域作為重點(diǎn)，發(fā)揮流域調(diào)節(jié)在水力發(fā)電過程中的作用及價(jià)值。

3.2 建設(shè)高彈性、智能化電力系統(tǒng)

首先，為進(jìn)一步滿足高比例新能源電力電子設(shè)備的發(fā)展需求，創(chuàng)造出更為豐富多樣的高彈性電網(wǎng)，需推動(dòng)整個(gè)電力供應(yīng)系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)走向數(shù)字化、智能化的發(fā)展之路。構(gòu)建出全電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)協(xié)同、以數(shù)字化技術(shù)作為驅(qū)動(dòng)、可實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)智能決策的新一代電力系統(tǒng)調(diào)控體系，強(qiáng)化電網(wǎng)系統(tǒng)的多向互動(dòng)，保障儲(chǔ)能系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通，以確保能源和電網(wǎng)得以優(yōu)化，全方位提高電力設(shè)施的綜合利用效率，提高電力系統(tǒng)供應(yīng)過程中的彈性水平。

其次，需要持續(xù)開展煤電機(jī)組的靈活性改造升級(jí)，煤電功能定位需要從傳統(tǒng)的主體電源通過改造和升級(jí)之后，轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)節(jié)電源，同時(shí)進(jìn)行大規(guī)模的煤電機(jī)組環(huán)境改造，優(yōu)化機(jī)組的靈活性,提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)水平。強(qiáng)化規(guī)劃引導(dǎo)工作，對(duì)改造項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)合理的有序安排，尤其是對(duì)于30萬千瓦、60萬千瓦的臨界點(diǎn)機(jī)組，應(yīng)該率先進(jìn)行靈活改造工作，并建立健全輔助服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制，確保煤電機(jī)組獲得合理收益。

最后，需要進(jìn)一步強(qiáng)化儲(chǔ)能體系的建設(shè)，以抽水蓄能建設(shè)為代表，在推進(jìn)單機(jī)容量30千瓦以上、電站容量百萬千瓦以上的抽水蓄能項(xiàng)目建設(shè)過程中，需要始終秉持因地制宜這一原則，構(gòu)建出更多的中小型抽水蓄能建設(shè)項(xiàng)目。尤其是需要針對(duì)具備一定條件和資質(zhì)的水電站，展開進(jìn)一步的抽水蓄能改造升級(jí)，并建立健全電動(dòng)汽車參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)相關(guān)激勵(lì)機(jī)制，不斷優(yōu)化電動(dòng)汽車與電力系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性、溝通互動(dòng)性，積極鼓勵(lì)倡導(dǎo)化學(xué)儲(chǔ)能、物理儲(chǔ)能的系統(tǒng)開發(fā)和研究工作。

3.3 構(gòu)建新型電力市場體系和機(jī)制

為進(jìn)一步解決新能源供電系統(tǒng)建設(shè)過程中存在的問題和挑戰(zhàn)，需要展現(xiàn)出電網(wǎng)在推動(dòng)其能源發(fā)展過程中的基礎(chǔ)作用和平臺(tái)價(jià)值。將其目標(biāo)設(shè)定為保障分布式新能源的全額消納、確保傳統(tǒng)電網(wǎng)和新能源電網(wǎng)之間的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)、促進(jìn)電力市場監(jiān)管機(jī)制得到改革和創(chuàng)新，以建立更為完善、更為健康有序的電力市場。

首先，需要建立健全與儲(chǔ)能相關(guān)的市場機(jī)制和相關(guān)配套機(jī)制，構(gòu)建新能源增長、消納和儲(chǔ)能三位一體協(xié)同發(fā)展的監(jiān)管機(jī)制，并對(duì)配套政策進(jìn)行不斷完善，提高儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)水平。通過建設(shè)大型能源基地，開展針對(duì)性的儲(chǔ)能創(chuàng)新成果示范，并確定儲(chǔ)能市場交易補(bǔ)償機(jī)制，以推動(dòng)儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)規(guī)模化使用。

其次，建立健全新能源消納許可審批制度，明確可再生能源的發(fā)展目標(biāo)，逐步放寬新能源消納許可，加速簡化傳統(tǒng)電網(wǎng)和新能源電網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)的審批流程，加快項(xiàng)目的開發(fā)進(jìn)度。

最后，積極鼓勵(lì)企業(yè)加強(qiáng)對(duì)分布式自發(fā)自用項(xiàng)目的研發(fā)，通過動(dòng)態(tài)跟蹤，了解企業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，明確國際發(fā)展技術(shù)前沿。在電源側(cè)上，加強(qiáng)對(duì)光伏風(fēng)電等模式的有效運(yùn)用，以改善新能源發(fā)電的消納水平，保障電網(wǎng)友好性。

4 結(jié)語

綜上所述，面對(duì)“雙碳”這一國家戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，電力企業(yè)需要承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任較為艱巨。基于我國傳統(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)特征進(jìn)行分析，將新能源用在目前的發(fā)電系統(tǒng)中，是全方位改善資源綜合利用率的核心途徑。隨著整個(gè)社會(huì)電氣化水平的不斷提高，越來越多的碳排放從終端行業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏π袠I(yè)，電力行業(yè)的節(jié)能減排壓力也在不斷地提升。因此，要在不斷地探索和研究過程中，加快新能源電力系統(tǒng)的建設(shè)速度，是電力行業(yè)輔助社會(huì)達(dá)成“雙碳”目標(biāo)，推動(dòng)自身節(jié)能減排的必經(jīng)之路，也是保障整個(gè)電力行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心途徑。