中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：截至2020年底，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)2.81億千瓦、光伏發(fā)電裝機(jī)2.53億千瓦，合計(jì)達(dá)5.34億千瓦。要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，到2030年我國(guó)風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上，這意味著風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機(jī)還將至少增加6.66億千瓦。為此，近日召開的中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議提出，實(shí)施可再生能源替代行動(dòng)，深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，這為推動(dòng)能源電力轉(zhuǎn)型發(fā)展指明了方向。
在能源革命和數(shù)字革命相融并進(jìn)，以及碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的大背景下，能源電力行業(yè)正發(fā)生前所未有的變化。以安全可靠、清潔經(jīng)濟(jì)、智慧開放、可持續(xù)發(fā)展的能源節(jié)約型社會(huì)為目標(biāo)，以高滲透率的可再生能源、高比例的電力電子設(shè)備、高速增長(zhǎng)的直流負(fù)荷 “三高”為主要特征的新一代電力系統(tǒng)正在逐步形成。特別值得關(guān)注的是，碳中和將加速電力增長(zhǎng)零碳化進(jìn)程，發(fā)展清潔和循環(huán)經(jīng)濟(jì)，更需要堅(jiān)強(qiáng)大電網(wǎng)和智能配電系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展，相得益彰，逐步向綜合能源系統(tǒng)演化。
當(dāng)前，我國(guó)已成為世界級(jí)的能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，形成了煤炭、電力、石油、天然氣、新能源、可再生能源全面發(fā)展的能源供給體系，能源事業(yè)發(fā)展取得舉世矚目的成就，但過去粗獷式能源發(fā)展導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，能源綜合利用效率相對(duì)偏低。目前，由于大量可再生能源出現(xiàn)，能源開發(fā)將向集中生產(chǎn)與分布式生產(chǎn)并重轉(zhuǎn)變，根據(jù)資源的自然稟賦和負(fù)荷時(shí)空特性，新的能源必須連接到系統(tǒng)，或通過遠(yuǎn)距離輸送，或就地到最終用戶，可再生能源將逐步成為電網(wǎng)中的主要一次能源來源。優(yōu)化調(diào)整電源結(jié)構(gòu)，保障能源供給安全清潔可持續(xù)發(fā)展是重中之重。
新型電力系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)是：高滲透率的分布式可再生能源將對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來沖擊，特別是大量分布式能源聚合體對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行能力和調(diào)度水平帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)，因此需加快整體電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改造，為可再生能源消納提供有力保障；分散能源資源將大量小規(guī)模資產(chǎn)連接到配電網(wǎng)，并出現(xiàn)新的電網(wǎng)參與者，如當(dāng)?shù)啬茉瓷鐓^(qū)和消費(fèi)者；可再生能源滲透率與棄電率整體呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，降低棄電率成為挑戰(zhàn)，也是未來電力系統(tǒng)改造升級(jí)和投資布局的重點(diǎn)。為保障可再生能源高效消納，需提升對(duì)風(fēng)電和太陽能發(fā)電出力的預(yù)測(cè)精度，為機(jī)組組合和調(diào)度做好預(yù)案,也要加強(qiáng)對(duì)發(fā)電側(cè)、輸電側(cè)、用戶側(cè)、儲(chǔ)能側(cè)的靈活性改造、建設(shè)，提升深度調(diào)峰和快速響應(yīng)能力。
為保證電能供給質(zhì)量（電壓、頻率等），風(fēng)電和太陽能發(fā)電在并網(wǎng)發(fā)電過程中也需要必要的輔助服務(wù)，從而產(chǎn)生消納成本，導(dǎo)致電價(jià)上升。借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家電力系統(tǒng)低碳發(fā)展的標(biāo)桿德國(guó)的歷程，2019年，德國(guó)電力系統(tǒng)可再生能源發(fā)電占比突破40%，電費(fèi)比2015年增長(zhǎng)約8%。因此，可再生能源的全系統(tǒng)消納成本將隨著滲透率提升而增加，電力市場(chǎng)、價(jià)格、體制機(jī)制和各種不確定因素將影響電網(wǎng)發(fā)展。
提高現(xiàn)有電力系統(tǒng)的利用率，以達(dá)到物盡其用、提質(zhì)增效是重要工作。同時(shí)，積極應(yīng)對(duì)極端天氣和氣候變化，保障可靠供電，也是電力系統(tǒng)面臨的一大任務(wù)。
未來電網(wǎng)將成為實(shí)現(xiàn)各能源網(wǎng)絡(luò)有機(jī)互聯(lián)的鏈接樞紐，以及含有源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)的多元、非線性、時(shí)空變化、網(wǎng)中網(wǎng)的復(fù)雜大系統(tǒng)，是能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和核心，應(yīng)具有先進(jìn)的人工智能裝備、充足的系統(tǒng)靈活性、高標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)可靠性。
具體而言，電網(wǎng)將呈現(xiàn)大電網(wǎng)、局域電網(wǎng)和微電網(wǎng)并存的電網(wǎng)格局：廣域大電網(wǎng)可有機(jī)整合各種可再生能源的時(shí)空互補(bǔ)性，并實(shí)現(xiàn)資源密集區(qū)域的電力向負(fù)荷密集區(qū)域的大容量遠(yuǎn)距離輸送；局域電網(wǎng)和微電網(wǎng)可就地利用分散資源，將大量小規(guī)模資產(chǎn)連接到配電網(wǎng)，并出現(xiàn)新的電網(wǎng)參與者，如當(dāng)?shù)啬茉瓷鐓^(qū)和消費(fèi)者，形成眾多的產(chǎn)用儲(chǔ)一體化聚合體。
同時(shí)，分布式能量自治單元——就地收集、存儲(chǔ)和使用能源的微單元，成為被控制的一個(gè)簡(jiǎn)單可調(diào)度負(fù)荷，可以在數(shù)秒內(nèi)作出響應(yīng)，以滿足電網(wǎng)系統(tǒng)需要。對(duì)于用戶，微電網(wǎng)可以成為一個(gè)可定制的電源，向用戶提供差異化（電能質(zhì)量、電壓等級(jí)、交直流供電模式、供電可靠性等）服務(wù)。通過能源載體的電力轉(zhuǎn)換，終端用戶和電網(wǎng)的耦合加強(qiáng)，反之亦然。此外，對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)輸配電能力的提升挖潛、精益化資產(chǎn)管理將是重要任務(wù)。
負(fù)荷側(cè):電能是未來最重要的終端能源，終端電氣化是大方向，將帶來新負(fù)載模式，如電動(dòng)汽車快速充電，其特點(diǎn)是短時(shí)內(nèi)高功率充放電會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。
自下而上采用物聯(lián)網(wǎng)（如電動(dòng)車等可控負(fù)荷）及身聯(lián)網(wǎng)(如健身環(huán)，心臟起博持器等)和人工智能等新技術(shù)，將為負(fù)荷的柔性化和優(yōu)化響應(yīng)奠定基礎(chǔ)。另外，直流已在用戶身邊，電子設(shè)備等直流負(fù)荷快速增長(zhǎng)，風(fēng)光儲(chǔ)直柔的直流微電網(wǎng)和聚合體將大幅增加，大量并網(wǎng)主體如分布式電源、微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車(V2G)、新型交互式用能設(shè)備等多兼具生產(chǎn)者與消費(fèi)者雙重身份。在高比例新能源背景下，“源隨荷動(dòng)”式傳統(tǒng)的解決電力系統(tǒng)平衡問題的基本方式將出現(xiàn) “荷隨源動(dòng)”的趨勢(shì)。
因此，應(yīng)研究出臺(tái)由各個(gè)利益相關(guān)者參與的有吸引力的價(jià)格機(jī)制，讓具有強(qiáng)大響應(yīng)能力的用戶參與調(diào)峰。負(fù)荷的柔性處理和主動(dòng)響應(yīng)將是能源電力改革的新藍(lán)海。
儲(chǔ)能：儲(chǔ)能技術(shù)是支撐可再生能源普及的戰(zhàn)略性技術(shù)，也是提高電力系統(tǒng)靈活性和可靠性的關(guān)鍵技術(shù)。
電力系統(tǒng)的靈活性越高，調(diào)節(jié)能力越強(qiáng)，則越能滿足高比例可再生能源帶來的調(diào)峰、調(diào)頻和備用需求，保障電能供給質(zhì)量。隨著技術(shù)發(fā)展和材料革命，越來越多不同技術(shù)路線的規(guī)模化儲(chǔ)能，如抽水蓄能電站和燃?xì)庹{(diào)峰電站、氫能、碳捕集與利用技術(shù)和儲(chǔ)能裝置，以及蓄電(機(jī)械轉(zhuǎn)換、化學(xué)轉(zhuǎn)化等)和蓄熱(水/冰蓄冷、熱化學(xué)存儲(chǔ))等將根據(jù)不同需求在源網(wǎng)荷側(cè)安裝，參與控制，平衡時(shí)空變化的源與荷。因此，要加強(qiáng)對(duì)發(fā)、輸、用側(cè)和儲(chǔ)能側(cè)的靈活性建設(shè)，提升深度調(diào)峰和快速響應(yīng)能力，提高供電可靠性和電能質(zhì)量。
電力系統(tǒng)運(yùn)行模式：將逐步演變?yōu)橐钥稍偕茉窗l(fā)電為主、交直流混合電網(wǎng)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同互動(dòng)，靈活智能控制運(yùn)營(yíng)成為重中之重。
以大電網(wǎng)為“主干網(wǎng)”，以微網(wǎng)、能量自治單元為“局域網(wǎng)”，能夠“即插即用”，以開放對(duì)等的信息-能源一體化架構(gòu)，真正實(shí)現(xiàn)能源的雙向按需傳輸和動(dòng)態(tài)平衡使用，提供共享能量和信息平臺(tái)及協(xié)作的機(jī)會(huì)。此外，大電網(wǎng)和微電網(wǎng)二者相互補(bǔ)充，相得益彰，因地制宜成為關(guān)鍵。應(yīng)從現(xiàn)有系統(tǒng)中喚醒沉睡的資源，實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)的高效和最大利益化的優(yōu)化調(diào)節(jié)利用。
能源和電力物理信息系統(tǒng)：將產(chǎn)生海量多源、離散的大數(shù)據(jù)，為數(shù)字化能源電力奠定基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)信息流、能源流、業(yè)務(wù)流融合。
信息化對(duì)智能電網(wǎng)的支撐作用，正逐步由以IT技術(shù)為核心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詳?shù)據(jù)數(shù)字化為核心。值得注意的是，未來的信息服務(wù)模式，將由應(yīng)用建設(shè)向數(shù)據(jù)分析服務(wù)模式轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)數(shù)字賦能。
大量高新技術(shù)集成融合：從技術(shù)上向新一代電力系統(tǒng)升級(jí)，“大云物移智”等新技術(shù)將逐漸成為標(biāo)配。
其中，人-機(jī)-物高度融合，無人化、芯片傳感、數(shù)字化等新技術(shù)和多功能融合的新設(shè)備、材料、新器件將層出不窮，能量的產(chǎn)、輸、配、轉(zhuǎn)換和使用均具備一定智能，能源互聯(lián)網(wǎng)將具備“智慧、能自學(xué)習(xí)、能進(jìn)化”的生命體特征。
理想目標(biāo)：向著綜合能源互聯(lián)體系演進(jìn)，逐步實(shí)現(xiàn)綜合能源體系。
以電為核心、網(wǎng)為平臺(tái)，以因地制宜的多元能源結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，信息能源基礎(chǔ)設(shè)施一體化的綜合能源體系將朝著低碳化、高效化、數(shù)字化及可持續(xù)發(fā)展的清潔循環(huán)經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展，形成以“能源結(jié)構(gòu)生態(tài)化、產(chǎn)能用能一體化、資源配置高效化”為特征的全新的能源生態(tài)體系。
回顧人類三次工業(yè)革命，都源于重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和理論突破。傳統(tǒng)的能源競(jìng)爭(zhēng)，就是哪里有資源，就去搶奪，甚至是戰(zhàn)爭(zhēng)。但是，以風(fēng)能、太陽能為代表的新能源，其競(jìng)爭(zhēng)方式不是資源競(jìng)爭(zhēng)，而是核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。
目前，世界上主要國(guó)家和地區(qū)均把能源技術(shù)視為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的突破口，因此，我們應(yīng)深刻理解“科技獨(dú)立自強(qiáng)是發(fā)展大局的根本支撐”，開展獨(dú)立自主的創(chuàng)新，必須深入分析面臨的挑戰(zhàn)及技術(shù)成熟性、可行性、經(jīng)濟(jì)性，前瞻未來發(fā)展，進(jìn)而科學(xué)理智地制定切實(shí)可行的技術(shù)路線，群策群力，努力踐行。應(yīng)以清潔、低碳、數(shù)字、高效和物聯(lián)為發(fā)展方向，以安全高效、循環(huán)可持續(xù)為驅(qū)動(dòng)和目標(biāo)，以研究與創(chuàng)新為支撐、智慧互連共享為核心，孕育新模式、新業(yè)態(tài)，推動(dòng)跨界融合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同。同時(shí)，從基礎(chǔ)理論、新材料、關(guān)鍵技術(shù)、軟硬件設(shè)備到真正能復(fù)制的工程示范，探索顛覆性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源技術(shù)自主創(chuàng)新，保障可再生能源和新型電力系統(tǒng)理智、健康、有序發(fā)展，助力碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
（作者系山東大學(xué)特聘教授）
