雙碳目標(biāo)下新型電力系統(tǒng)發(fā)展路徑

雙碳目標(biāo)下新型電力系統(tǒng)發(fā)展路徑摘要：在我國(guó)電力結(jié)構(gòu)中，新能源主要指風(fēng)電和光伏。在2018年5月出臺(tái)《關(guān)于2018年光伏發(fā)電有關(guān)事項(xiàng)的通知》之后，2019年1月份出臺(tái)《關(guān)于積極推進(jìn)風(fēng)電、光伏發(fā)電無(wú)補(bǔ)貼平價(jià)上網(wǎng)有關(guān)工作的通知》。這兩個(gè)文件明確了我國(guó)的光伏、風(fēng)電發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)的目標(biāo)。煤電發(fā)電量目前在我國(guó)發(fā)電量結(jié)構(gòu)中占比最高；風(fēng)電、光伏裝機(jī)容量在近幾年發(fā)展較為迅猛。文章針對(duì)“3060”目標(biāo)提出初期出現(xiàn)的新能源電源裝機(jī)不景氣、全國(guó)多地區(qū)實(shí)行有序用電、煤電倒掛導(dǎo)致的煤電出力不足等現(xiàn)象，從煤電和可再生能源發(fā)電兩個(gè)角度展開(kāi)論述。關(guān)鍵詞：雙碳；新型電力系統(tǒng)；發(fā)展路徑引言我國(guó)能源行業(yè)碳排放占到全國(guó)總量的80%以上，而電力行業(yè)碳排放在能源行業(yè)中的占比超過(guò)40%。實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，能源是主戰(zhàn)場(chǎng)，電力是主力軍，電網(wǎng)是排頭兵，電力行業(yè)低碳發(fā)展也將深刻影響中國(guó)“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)，大力發(fā)展風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生新能源發(fā)電是關(guān)鍵。什么是新型電力系統(tǒng)？在“雙碳”目標(biāo)下，電力行業(yè)在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)中，從技術(shù)層面上主要存在哪些挑戰(zhàn)？需要采取什么對(duì)策？本文欲對(duì)此進(jìn)行探討，以期為我國(guó)構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)提供參考。1雙碳目標(biāo)分析我國(guó)對(duì)能源結(jié)構(gòu)體系改革有著十分緊迫的要求，需要降低二氧化碳排放并在2060年實(shí)現(xiàn)碳中和，為了減少碳排放，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源接結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化，需要在電力系統(tǒng)中大力發(fā)展可再生資源、提升電能終端消費(fèi)比例，最終實(shí)現(xiàn)高碳電力系統(tǒng)向低碳電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。在雙碳目標(biāo)下，需要從整體上優(yōu)化能源的布局方式，建立以新能源為主體的電力系統(tǒng)，建立綠色低碳、高效節(jié)能的能源體系。2可再生能源發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)風(fēng)電、光伏等新能源比例擴(kuò)張到一定規(guī)模，而作為調(diào)蓄功能的儲(chǔ)能比例較小時(shí)，電網(wǎng)比較容易出現(xiàn)事故風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致拉閘限電。特別是在東北、西北等北方地區(qū)，在冬季采暖用電量大的時(shí)候，容易出現(xiàn)寒潮降雪導(dǎo)致風(fēng)電、光伏出力受限，甚至新能源電力無(wú)序脫網(wǎng)的現(xiàn)象。再加上地區(qū)之間的電網(wǎng)通道調(diào)配空間不足，就更容易出現(xiàn)拉閘限電甚至發(fā)生大范圍電網(wǎng)解列崩潰事故。預(yù)計(jì)2030年，我國(guó)的風(fēng)電和光伏總裝機(jī)容量將達(dá)到20億kW，電化學(xué)儲(chǔ)能規(guī)模將達(dá)到1.5億kW。據(jù)估計(jì)屆時(shí)新型儲(chǔ)能規(guī)模也將達(dá)到1億kW。據(jù)此分析，屆時(shí)各類配套儲(chǔ)能占風(fēng)電、光伏的比例為12.5%，因此，僅靠電化學(xué)儲(chǔ)能仍不能滿足風(fēng)電、光伏的靈活性需求。在建成高比例風(fēng)電、光伏體系的同時(shí)必須大力發(fā)展與新能源配套的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)。大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)按能量的轉(zhuǎn)化方式可分為三類：機(jī)械儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能。機(jī)械儲(chǔ)能包括飛輪儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能和抽水蓄能；電化學(xué)儲(chǔ)能包括鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池、全釩液流電池等電池儲(chǔ)能；電磁儲(chǔ)能包括超導(dǎo)磁儲(chǔ)能和超級(jí)電容器儲(chǔ)能。其他儲(chǔ)能方式包括相變儲(chǔ)能和氫儲(chǔ)能等。氫儲(chǔ)能在所有的儲(chǔ)能種類中有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是質(zhì)量能量密度高。從表1中也可以看出，我國(guó)的可再生能源的定義主要不同點(diǎn)在于氫能?？梢岳秒娊馑茪湓O(shè)備將風(fēng)電、光伏發(fā)出的波動(dòng)的、間歇的、隨機(jī)的電能轉(zhuǎn)化為氫能儲(chǔ)存起來(lái)，待到需要電能的時(shí)候再將氫能通過(guò)燃料電池、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等方式轉(zhuǎn)化為電能。在電一氫一電轉(zhuǎn)化的過(guò)程中只有水的消耗和生成，沒(méi)有其他的廢棄物產(chǎn)生，這是一種綠色的、可持續(xù)的過(guò)程。電解水制氫設(shè)備可分為電解堿水制氫設(shè)備、質(zhì)子交換膜制氫設(shè)備、固態(tài)氧化物電解水制氫設(shè)備等，目前工業(yè)化應(yīng)用最廣泛的是電解堿水制氫設(shè)備。由于氫燃料電池不受卡諾循環(huán)能量轉(zhuǎn)換效率的限制，從這個(gè)角度看氫燃料電池是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要方向。氫燃料電池目前在交通領(lǐng)域應(yīng)用較多，未來(lái)也可在工業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用。目前的技術(shù)條件下，電一氫一電的轉(zhuǎn)化效率并不高，僅為30%?50%左右。若考慮氫燃料電池的熱電聯(lián)供作用，電一氫一電的轉(zhuǎn)化效率可提高至60%?80%左右。3新型電力系統(tǒng)的發(fā)展路徑3.1挖掘負(fù)荷側(cè)資源需求潛力在雙碳背景下，對(duì)能源的消費(fèi)將會(huì)形成全新的模式，負(fù)荷的結(jié)構(gòu)也會(huì)朝著多元化的方向發(fā)展，負(fù)荷的變化特性也會(huì)更為復(fù)雜。需要加強(qiáng)對(duì)需求側(cè)潛力的挖掘，加強(qiáng)電力系統(tǒng)的雙向互動(dòng)，建立起全新的電源消納模式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的過(guò)功能互補(bǔ)，提升能源消費(fèi)的電氣化水平。強(qiáng)化對(duì)負(fù)荷側(cè)的管理。通過(guò)挖掘用戶側(cè)可調(diào)節(jié)的資源，利用數(shù)字化手段可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)調(diào)節(jié)，以及完成對(duì)所需信息的監(jiān)測(cè)工作，滿足對(duì)負(fù)荷的控制需求，通過(guò)加強(qiáng)對(duì)充電樁、分布式電源系統(tǒng)的實(shí)時(shí)管理，可以繼續(xù)對(duì)用戶資源進(jìn)行更深層次的挖掘，并且能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部資源的聯(lián)合互動(dòng)。為進(jìn)一步強(qiáng)化對(duì)用戶側(cè)的控制，也要加入對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)使用，提升對(duì)負(fù)荷的反應(yīng)能力。強(qiáng)化對(duì)負(fù)荷側(cè)電力需求市場(chǎng)相應(yīng)機(jī)制的建設(shè)。通過(guò)符合聚合商參與實(shí)踐的全新盈利模式，可以激勵(lì)更多的負(fù)荷聚合商參與到市場(chǎng)交易中，實(shí)現(xiàn)更有效的能源消納。對(duì)于后續(xù)涌現(xiàn)出來(lái)的全新能源模式，也要繼續(xù)探索新業(yè)態(tài)，建立起更加靈活的市場(chǎng)，滿足運(yùn)營(yíng)模式需求，提升需求側(cè)的響應(yīng)力度，實(shí)現(xiàn)技術(shù)推廣。3.2集中式和分布式相結(jié)合目前，我國(guó)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)保持東北、華北、西北、華中、華東、南方六大區(qū)域電網(wǎng)格局，各區(qū)域既相互聯(lián)系又相對(duì)獨(dú)立，區(qū)域內(nèi)進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，形成清晰合理、分層分區(qū)的主網(wǎng)架，在各主網(wǎng)架中又有相對(duì)獨(dú)立的集中式電網(wǎng)系統(tǒng)。分布式發(fā)電是指利用各種可用和分散存在的能源，包括可再生能源和本地可方便獲取的化石類燃料（本文主要指可再生能源）進(jìn)行發(fā)電供能的技術(shù)。微電網(wǎng)是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量變換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)的自治系統(tǒng)。微電網(wǎng)既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行，其特點(diǎn)是電力的潮流可以雙向流動(dòng)。將分布式電源以微電網(wǎng)的形式接入到配電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行，與電網(wǎng)互為支撐，是發(fā)揮分布式電源效能的最有效方式，可以有效減小電網(wǎng)堵塞。當(dāng)然，大量分布式電源的并網(wǎng)運(yùn)行，必將對(duì)微電網(wǎng)及所接入配電系統(tǒng)的運(yùn)行特性、電能質(zhì)量、電壓與頻率調(diào)節(jié)以及繼電保護(hù)等方面產(chǎn)生諸多影響。新型電力系統(tǒng)能有效處理分布式發(fā)電以微電網(wǎng)形式并入集中式大電網(wǎng)的關(guān)系，使大系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)（微電網(wǎng)系統(tǒng)）深度融合、共同發(fā)展。集中式和分布式（微電網(wǎng)）相結(jié)合，可增加新能源發(fā)電在新型電力系統(tǒng)中的份額，減少碳排放；新能源發(fā)電就地消納，減少大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸送，降低電網(wǎng)運(yùn)行方面的風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)束語(yǔ)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，就是從以化石能源發(fā)電為主，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐孕履茉窗l(fā)電為主；科學(xué)有序地減少煤電在新型電力系統(tǒng)中的份額，但仍然要發(fā)揮煤電在電網(wǎng)中的特殊作用，重新確定煤電的定位，建立其調(diào)峰、備用、托底功能的地位；建立“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化協(xié)調(diào)發(fā)展系統(tǒng)，解決清潔能源消納過(guò)程中的電網(wǎng)波動(dòng)問(wèn)題，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定高效運(yùn)行。加強(qiáng)電網(wǎng)技術(shù)和通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合，提升電網(wǎng)的感知能力和控制精度，完善在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)的管理工作，加強(qiáng)對(duì)其他輔助市場(chǎng)的構(gòu)建，為電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型創(chuàng)造良好條件，實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)。參考文獻(xiàn)馬長(zhǎng)躍.試析電力系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)方法[J].電子元器件與信息技術(shù),2019,3(11):115-116+128.劉東蕓.節(jié)能優(yōu)化下的電力系統(tǒng)供配電研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2019(22):168-169.黨杰