中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：消納是多年來新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的一個(gè)焦點(diǎn)問題。在多種因素的共同影響下，我國新能源發(fā)電曾在2010~2017年經(jīng)歷過兩次消納難。2018年，政策引導(dǎo)、外送通道建設(shè)和調(diào)節(jié)機(jī)制共同發(fā)力，新能源消納出現(xiàn)拐點(diǎn)，新能源發(fā)電消納利用情況開始向好。
此后5年，我國新能源發(fā)電裝機(jī)容量和發(fā)電量均呈現(xiàn)幾何級增長，其中，發(fā)電裝機(jī)容量增幅達(dá)到211.6%，發(fā)電量增幅則接近200%。新能源發(fā)電已成為不少地方的裝機(jī)主力，以冀北為例，截至7月1日，冀北電網(wǎng)新能源發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到4027萬千瓦，占總裝機(jī)容量的72.4%。在新能源快速發(fā)展的同時(shí)，新能源消納能力也快速增強(qiáng)——根據(jù)全國新能源消納監(jiān)測預(yù)警中心發(fā)布的數(shù)據(jù)，2022年，全國光伏發(fā)電利用率達(dá)到98.3%，風(fēng)電利用率達(dá)到96.8%，其中，京津兩地的光伏發(fā)電利用率和風(fēng)電利用率均為100%。
當(dāng)下，新能源蓬勃發(fā)展之勢仍在繼續(xù)，根據(jù)中電聯(lián)的預(yù)測，2023年，我國新增發(fā)電裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到3億千瓦左右，其中新能源發(fā)電裝機(jī)預(yù)計(jì)將新增2億千瓦左右。
新能源發(fā)展勢頭如此強(qiáng)勁，消納能力也亟待進(jìn)一步提高。本期封面策劃，我們將從源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)不同角度，分析如何集中多方力量、優(yōu)化機(jī)制、升級技術(shù)，為新能源消納尋找最優(yōu)解。
源：上規(guī)模，更“友好”
很多人描述我國新能源發(fā)電時(shí)會(huì)用這樣一句話：大裝機(jī)、小電量。實(shí)際上，“小電量”的絕對值已經(jīng)不算小。根據(jù)國家能源局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2022年，我國風(fēng)電、光伏發(fā)電量達(dá)到1.19萬億千瓦時(shí)，較2021年增加2073億千瓦時(shí)，同比增長21%，占全社會(huì)用電量的13.8%。國網(wǎng)能源研究院新能源與統(tǒng)計(jì)研究所所長李瓊慧表示，“十四五”期間，新能源年發(fā)電量突破1萬億千瓦時(shí)將成為常態(tài)。
面對逐年增加的綠色電量，行業(yè)參與者已經(jīng)開始關(guān)注消納問題，并主動(dòng)在電源側(cè)使用技術(shù)手段，提高新能源場站對電網(wǎng)的適應(yīng)能力和友好程度。
在光伏行業(yè)，近年主推的跟蹤支架可以主動(dòng)識別跟蹤最佳光照角度，提升光伏設(shè)備的發(fā)電能力。天合光能中國區(qū)產(chǎn)品及市場總監(jiān)唐正愷認(rèn)為，除了有利于增加發(fā)電量，使度電成本下降，跟蹤支架還可以使光伏系統(tǒng)發(fā)電曲線更平緩，并讓發(fā)電曲線和電力消納負(fù)荷的曲線更加匹配。
在風(fēng)電行業(yè)，新能源場站全景監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對場站狀態(tài)的全景感知、故障實(shí)時(shí)跟蹤、資源多維協(xié)同和柔性精益控制。2022年5月，甘肅安馬第二風(fēng)電場正式投入運(yùn)行，首次實(shí)現(xiàn)單場站單裝置百臺(tái)級機(jī)組同時(shí)接入及毫秒級精益感知與控制，系統(tǒng)性能指標(biāo)全面超過相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。
從長遠(yuǎn)看，電源側(cè)因地制宜挖掘靈活性調(diào)節(jié)能力，充分發(fā)揮調(diào)峰、調(diào)頻資源保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的功能，才是解決消納難題的關(guān)鍵所在。如在大型風(fēng)光基地，可配套建設(shè)一定規(guī)模的火電機(jī)組，把火電的功能由過去提供電力電量轉(zhuǎn)為向系統(tǒng)提供更多靈活性調(diào)節(jié)資源。通過高頻次調(diào)節(jié)，火電機(jī)組可支撐電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行，保障新能源充分消納。
此外，光熱發(fā)電或?qū)l(fā)揮更大的輔助支撐作用。國家能源局綜合司今年3月發(fā)布的《關(guān)于推動(dòng)光熱發(fā)電規(guī)?；l(fā)展有關(guān)事項(xiàng)的通知》提出，力爭“十四五”期間，全國光熱發(fā)電每年新增開工規(guī)模達(dá)到300萬千瓦左右。水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院新能源研究院副院長張佳麗認(rèn)為，不管是設(shè)計(jì)、建設(shè)還是運(yùn)行，光熱發(fā)電已經(jīng)具備條件。
網(wǎng)：數(shù)智化，更堅(jiān)強(qiáng)
2017年，±800千伏祁韶特高壓直流輸電工程正式投運(yùn)。作為首條大規(guī)模輸送新能源電力的能源通道，祁韶直流自投運(yùn)以來，已累計(jì)向華中地區(qū)輸送電量超過1300億千瓦時(shí)，其中，甘肅省通過祁韶直流送出的新能源電量約為388億千瓦時(shí)，占甘肅全省外送電量的34%。
不僅是祁韶直流，昌吉—古泉±1100千伏特高壓直流輸電工程、張北—雄安1000千伏特高壓交流工程、青?！幽稀?00千伏特高壓直流輸電工程等一系列跨區(qū)跨省輸電通道陸續(xù)建成投運(yùn)，使通過省間外送的方式成為促進(jìn)新能源發(fā)展和消納的重要推動(dòng)力。
在未來幾年中，“沙戈荒”大型風(fēng)電光伏基地的建設(shè)將快速推進(jìn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，第一批9705萬千瓦基地項(xiàng)目已全面開工，第二批基地項(xiàng)目已陸續(xù)開工建設(shè)，第三批基地項(xiàng)目清單已在近期正式印發(fā)實(shí)施。
當(dāng)前，針對大型風(fēng)光基地的特高壓線路已經(jīng)開始建設(shè)。6月11日，寧夏—湖南±800千伏特高壓直流輸電工程開工建設(shè)，根據(jù)規(guī)劃，此項(xiàng)目輸送的電量中，新能源電量占比將達(dá)50%以上。
除了“沙戈荒”大型風(fēng)電光伏基地，“十四五”期間，我國也規(guī)劃了五大千萬千瓦海上基地。6月，國家能源局新能源和可再生能源司副司長王大鵬表示，要堅(jiān)持陸上與海上并舉，推動(dòng)海上風(fēng)電向深水遠(yuǎn)岸發(fā)展。
要實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)海大容量海上風(fēng)電的消納，柔性直流并網(wǎng)技術(shù)不可或缺。近年來，國網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司已相繼攻克高壓大容量遠(yuǎn)海風(fēng)電“源—網(wǎng)—直”交互協(xié)同、直流系統(tǒng)構(gòu)建、成套裝備研發(fā)和工程設(shè)計(jì)實(shí)施等重大技術(shù)難題。目前，由該公司承擔(dān)成套設(shè)計(jì)與工程調(diào)試的我國首個(gè)遠(yuǎn)海風(fēng)電經(jīng)直流送出項(xiàng)目——江蘇如東海上風(fēng)電柔性直流工程已安全穩(wěn)定運(yùn)行500天，超過26億千瓦時(shí)綠色電量通過柔直線路被輸送和消納。
柔直技術(shù)只是一個(gè)代表，要破解消納難，需要給電網(wǎng)配上智能化、數(shù)字化的“中樞”，提升電網(wǎng)柔性，打造堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)。
國家能源局聯(lián)合11家研究機(jī)構(gòu)編制的《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書》指出，為全面提高電網(wǎng)優(yōu)化配置資源能力、多元負(fù)荷承載能力及安全供電保障能力，需推動(dòng)電網(wǎng)智能升級。要構(gòu)建能源電力數(shù)字經(jīng)濟(jì)平臺(tái)，推進(jìn)數(shù)字流與能源電力流深度融合。
當(dāng)前，各地正大力推進(jìn)電網(wǎng)升級，實(shí)現(xiàn)以數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測、預(yù)測，及時(shí)采取調(diào)控手段，在確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下提高消納能力——國網(wǎng)江蘇電力在6月底使用新能源功率預(yù)測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對千萬千瓦級大規(guī)模風(fēng)電群功率的集中預(yù)測。根據(jù)測算，這項(xiàng)技術(shù)將使江蘇海上風(fēng)電的發(fā)電能力提高3%；國網(wǎng)新能源云推出的“消納計(jì)算平臺(tái)”通過構(gòu)建電力系統(tǒng)多區(qū)域等效模型，對電力系統(tǒng)進(jìn)行8760小時(shí)的逐時(shí)刻生產(chǎn)模擬，實(shí)現(xiàn)對任意時(shí)間段內(nèi)每個(gè)時(shí)間斷面電力系統(tǒng)運(yùn)行情況的分析。截至目前，平臺(tái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了新能源接納能力評估、消納方案計(jì)算、消納結(jié)果分析、消納預(yù)警、斷面管理等功能。
在電網(wǎng)數(shù)字化的基礎(chǔ)上，電網(wǎng)智能化也將為消納提供新的解決方案。在今年2月舉行的第四屆電力調(diào)度人工智能應(yīng)用大賽上，人工智能在線調(diào)度員在完成連續(xù)7天的在線調(diào)控任務(wù)后，計(jì)算時(shí)間從分鐘級提升到秒級，清潔能源消納提高到99%。阿里云副總裁、電力行業(yè)總經(jīng)理吳明宸表示，調(diào)度云作為支撐的底座，能讓云上的人工智能調(diào)度員實(shí)現(xiàn)快速計(jì)算，實(shí)現(xiàn)秒級的決策速度。
荷：市場化，更匹配
電力系統(tǒng)的負(fù)荷側(cè)蘊(yùn)藏著大量靈活資源，通過先進(jìn)的調(diào)控技術(shù)推動(dòng)這些資源互動(dòng)，以市場化手段引導(dǎo)電力用戶主動(dòng)參與電網(wǎng)調(diào)峰，也是破解新能源消納難題的途徑。
算力是典型的高耗能產(chǎn)業(yè)，近年，綠電已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心的用能“標(biāo)配”。以“東數(shù)西算”工程十大數(shù)據(jù)中心集群之一呼和浩特市和林格爾集群為例，截至2023年6月，這個(gè)集群所使用的風(fēng)電、光電等綠電使用量占比達(dá)到58%。
“數(shù)據(jù)中心+綠電”不僅是一種助力數(shù)據(jù)中心減碳的模式，也是解決綠電供需錯(cuò)配的可行方案。供需錯(cuò)配，即風(fēng)光出力無法與用電側(cè)負(fù)荷匹配，因此會(huì)出現(xiàn)時(shí)間錯(cuò)配的情況。信達(dá)證券《新能源發(fā)展的消納風(fēng)險(xiǎn)研究》報(bào)告指出，新能源發(fā)電的電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)主要有兩類錯(cuò)配：一是日間錯(cuò)配，風(fēng)電出力主要集中在傍晚及夜間，光伏發(fā)電出力主要集中在中午，但用電負(fù)荷高峰集中在其他時(shí)間；二是季節(jié)錯(cuò)配，即風(fēng)光發(fā)電存在季節(jié)尺度上的電量供需錯(cuò)配，由于居民和第三產(chǎn)業(yè)的夏季制冷和冬季供暖需求較高，第二產(chǎn)業(yè)在年底由于趕工而存在用電旺季，導(dǎo)致用電側(cè)存在明顯的季節(jié)性特征，而風(fēng)電在用電高峰夏季出力相對較弱，光伏發(fā)電在冬季出力有所不足。
針對供需錯(cuò)配，調(diào)節(jié)現(xiàn)有價(jià)格機(jī)制、尋找資源就近接入等手段已經(jīng)被運(yùn)用在相關(guān)項(xiàng)目中。去年，國網(wǎng)青海電力改革電網(wǎng)峰谷分時(shí)電價(jià)機(jī)制，將部分行業(yè)享受低谷電價(jià)時(shí)段由零時(shí)至8時(shí)調(diào)整為9時(shí)至17時(shí)，電價(jià)杠桿作用下，企業(yè)調(diào)整生產(chǎn)時(shí)間，提升了用電負(fù)荷側(cè)與電源側(cè)的匹配度，提高了消納能力。今年6月30日，“綠氫+一體化”項(xiàng)目在吉林洮南啟動(dòng)。這個(gè)項(xiàng)目開發(fā)出的風(fēng)電，將用于電解水制氫、綠氫制甲醇，打造新能源就地消納的“新能源+綠色化工”產(chǎn)業(yè)鏈。
未來一段時(shí)間，我國新能源項(xiàng)目將進(jìn)入快速建設(shè)期，《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出，加大能源就近開發(fā)利用力度，積極發(fā)展分布式能源，鼓勵(lì)風(fēng)電和太陽能發(fā)電優(yōu)先本地消納。針對不同地區(qū)的特點(diǎn)，業(yè)內(nèi)人士結(jié)合市場機(jī)制和技術(shù)給出了意見。
隆基氫能科技有限公司副總裁王英歌建議將氫能納入消納“工具包”，他認(rèn)為，可將產(chǎn)自西部的綠色電力在本地制氫，并借助地理優(yōu)勢，沿著“一帶一路”進(jìn)行能源布局和化工產(chǎn)業(yè)布局。
中國工程院院士、清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心主任江億建議，應(yīng)將消納與終端用電緊密結(jié)合，建筑的柔性用電加私人電動(dòng)車可以承擔(dān)儲(chǔ)能和調(diào)節(jié)任務(wù)，基本可以滿足日內(nèi)變化的儲(chǔ)能調(diào)節(jié)需求，解決大規(guī)模發(fā)展風(fēng)電、光電之后日內(nèi)電源與需求不匹配的難題。
儲(chǔ)：更多元，更靈活
要解決新能源消納問題，在提升源、網(wǎng)、荷靈活性的同時(shí)，還需要因地制宜挖掘電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)資源。
水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院新能源研究院系統(tǒng)處的王虓認(rèn)為，電力系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)決定了新能源消納潛力，經(jīng)濟(jì)激勵(lì)等政策機(jī)制決定了消納潛力能否充分發(fā)揮，而如果靈活性的火電、抽水蓄能等支撐調(diào)節(jié)資源總體不足，新能源持續(xù)大規(guī)模發(fā)展就會(huì)受到約束。
在國際能源署2011年發(fā)布的《駕馭波動(dòng)性可再生能源》中，靈活性調(diào)節(jié)資源被歸為四類：可調(diào)節(jié)電源、儲(chǔ)能、互聯(lián)電網(wǎng)和需求側(cè)靈活資源。隨著可再生能源發(fā)電規(guī)模的增加，靈活性調(diào)節(jié)資源特別是儲(chǔ)能，對消納尤為重要。
在過去幾年中，無論是抽水蓄能還是電化學(xué)儲(chǔ)能，都已經(jīng)在保障清潔能源安全入網(wǎng)、配合特高壓實(shí)現(xiàn)大范圍資源優(yōu)化配置等方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。作為張北柔性直流電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，河北豐寧抽水蓄能電站緊鄰京津冀負(fù)荷中心和冀北千萬千瓦級新能源基地，2022年北京冬奧會(huì)、冬殘奧會(huì)期間，豐寧抽水蓄能電站消納新能源電量1.15億千瓦時(shí)、發(fā)電8300萬千瓦時(shí)。
在政策的支持下，儲(chǔ)能會(huì)在未來幾年實(shí)現(xiàn)更快的發(fā)展。2021年8月國家能源局發(fā)布的《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》提出，到2025年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模將達(dá)到6200萬千瓦以上；同月推出的《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》則明確，到2025年，中國新型儲(chǔ)能裝機(jī)容量達(dá)3000萬千瓦，到2030年，抽水蓄能電站裝機(jī)容量達(dá)到1.2億千瓦左右，省級電網(wǎng)基本具備5%以上的尖峰負(fù)荷響應(yīng)能力。
要讓新建儲(chǔ)能發(fā)揮靈活調(diào)度作用，就需要結(jié)合時(shí)間尺度、應(yīng)用場景、配置方式等統(tǒng)籌考慮儲(chǔ)能布局。全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院院長周原冰建議，加快儲(chǔ)氨等長時(shí)儲(chǔ)能研發(fā)應(yīng)用，重視長時(shí)和季節(jié)性儲(chǔ)能發(fā)展，重點(diǎn)發(fā)展基于氫和氨的化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱等長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)路線，在不同時(shí)間和空間尺度上滿足未來大規(guī)模新能源調(diào)節(jié)和存儲(chǔ)需求。
安全是儲(chǔ)能發(fā)揮靈活調(diào)節(jié)作用的基礎(chǔ)。提高安全性，技術(shù)持續(xù)研發(fā)是前提，尋找到可行的模式也很關(guān)鍵。特別是在新能源發(fā)電成本持續(xù)降低的背景下，只有為儲(chǔ)能產(chǎn)品尋找到成本疏導(dǎo)的方式，才能讓質(zhì)高價(jià)廉的產(chǎn)品脫穎而出，在新能源消納中更好地發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。
