首页 » 国内 » 新型电力系统构筑零碳未来

新型电力系统构筑零碳未来

温室气体排放与化石能源消耗量直接相关,要实现碳中和,就要减少化石能源的消耗。所以非化石能源占一次能源消费的比重,成为了量化我国“双碳”进程的重要指标,而非化石能源消费的最主要形式是由非化石能源转化而成的清洁电力。因此,清洁电力是能源脱碳的核心。

2021年3月15日,中央财经委员会第九次会议首次提出新型电力系统的概念,“要构建清洁低碳安全高效的能源体系,控制化石能源总量,着力提高利用效能,实施可再生能源替代行动,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。”

作为实现“双碳”目标的重要载体之一,新型电力系统在过去一年中成为了热门话题,在电力行业乃至全社会都引起了广泛热议。施耐德电气商业价值研究院认为,构建新型电力系统是大势所趋,是能源电力行业高质量发展的必由之路,更是全社会实现碳中和美好未来的关键路径。“以新能源为主体”是其核心特征,发展新型电力系统就是适应新能源大规模接入的过程。

双侧波动触发机制质变

以太阳能发电、风电为代表的清洁电力,具有天然随机性、波动性和间歇性的特征,需要电力系统维持短时的功率平衡和长时限的电量平衡,给电力系统的安全稳定运行带来多重挑战。

从电力供给端来看,风电存在白天低、晚上高的逆负荷特性,而光伏存在白天有、晚上无的特性,往往无法保持稳定的出力。以风电、光伏为代表的新能源装机渗透率提升,将极大增加电网的稳定性风险,在时间和空间上为电力、电量平衡带来更大的挑战。

从电力需求端来看,我国电网负荷峰谷差逐年加大。随着城市的发展、电气化程度的加深,工业领域中的电能替代,将进一步放大现有需求侧的峰谷差。同时,交通领域中电动汽车保有量的增加,将打破原有以工业和居民用电为主的相对稳定的电能需求规律,这将进一步放大新能源接入对电力系统稳定性的冲击。

在新能源成为主体能源的过程中,电力系统的运行平衡机制和统筹规划机制将出现质变。现有电力系统“源随荷动”,以计划性调度为主的运行逻辑将面临根本性挑战。因此,以新能源为主体的新型电力系统,必须解决高比例新能源并网条件下,应对源-荷强不确定性的电力系统灵活性和运行稳定性的本源问题。

四大趋势加速构建新系统

施耐德电气商业价值研究院提出,“清洁低碳、安全灵活、数字化、市场化”这四大趋势将不断影响整个电力系统的方方面面,加速推动构建新型电力系统,支撑“双碳”目标达成。

清洁低碳,以新能源为主体是核心。随着双碳进程不断推进,新能源装机量、发电量将逐步增加,我国电力清洁化程度也将大幅度提升。新能源的发电成本与发展布局将成为影响其发展的关键因素。随着技术进步和规模化发展,以光伏、风电为代表的新能源发电平准化度电成本(LCOE)正在逐年下降;未来我国也将通过多能互补的大基地建设、跨区域特高压外送和分布式新能源建设等方式,构建集中式与分布式并重的可再生能源发展格局,促进新能源发展。

安全灵活,新能源大规模应用的基础。在新能源替代化石能源的低碳转型进程中,新能源发电的波动性和间歇性要求电力系统必须具备灵活性。通过扩大调节电源规模,对燃煤、燃气电厂进行灵活性改造;增加储能容量,包括抽水蓄能和新型储能;挖掘需求侧潜力,如需求侧响应和虚拟电厂技术,将共同成为构建电网系统灵活性和稳定性的基础,保障新能源大规模应用。

数字化,为新型电力系统注入灵魂。新型电力系统需要大量信息采集和运行分析,以确保电网的安全稳定和可靠供电。人工智能、云计算、5G等数字化技术将在发、输、变、配、用、储等各个环节实现全方位的应用,从而推动电力系统数字化转型。发展数字化技术,形成以数据为核心的生产要素,推进能量流和信息流的深度融合,将为新型电力系统的运行注入灵魂。

市场化,辅助电力系统运转的新动力。在新型电力系统的电力供需平衡过程中,电价政策和机制将成为市场配置资源的基础,改革完善现有电价机制和政策,将有效调动各环节的积极性,提升系统灵活性。促进实现以新能源为主体、“源网荷储”一体化协同发展,是构建新型电力系统的重要动力。

数字化重塑需求侧生态

作为电力系统中重要的一环,需求侧涉及的面更广,在减碳这一长期“指挥棒”的引导下,社会各个行业的电力用户也将参与到这场变革中来。通过重塑源网荷储一体、产消一体、能源综合利用的新型需求侧结构,助力构建新型电力系统,达成安全、绿色、经济的最终目标。

今年,国家发展改革委、国家能源局印发的《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》已经明确提出,推动将需求侧可调节资源纳入电力电量平衡,发挥需求侧资源削峰填谷、促进电力供需平衡和适应新能源电力运行的作用。

正如施耐德电气商业价值研究院描绘的未来电力需求侧新画像所示:在2060年的碳中和社会,新型电力系统的需求侧,将是一个个拥有多种形式分布式能源、储能基础设施、柔性智能配电网络和可观可控负荷的源网荷储一体化的微型电力生态系统。

它通过数字化终端设备、绿色能源管理体系和新型电力电子技术,优先利用本地分布式清洁能源,促进平衡消纳,实现削峰填谷。与电网或其他微型电力生态系统进行电力流、信息流、价值流实时交互、灵活响应,相互支撑,实现清洁低碳、节能高效、安全可靠的目标。

数字化正在重塑电力需求侧,行业先行者已经付诸实践并初见成效。早在2014年,通过建立以电力为核心的完善能源系统,增加光伏、风电、地热等可再生能源供应,利用数字化软件优化建筑的能源效率,施耐德电气已经助力欧瑞府零碳能源科技园成为欧洲首个零碳园区,树立了节能降碳的典范。

施耐德(北京)中低压电器有限公司是施耐德电气全国首家“碳中和”工厂,通过部署施耐德电气在中国最大的光伏项目,实现绿色能源占全厂能源使用的30。同时,依托EMA微网能源顾问这颗“智慧大脑”,保障了分布式能源的高比例稳定接入及高效管理,厂区实现了从新能源发电,到电能储存、负荷用电需求的完美平衡,真正成为分布式能源的“产消者”。

2060年的零碳未来,新型电力系统将成为全社会的血脉,无数个遍布各行各业的微型电力生态系统将共同成为“血液末梢”。绿色低碳、稳定安全、灵活智能的新鲜血液,将为我们的社会和产业发展注入无限活力。