中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：多能互補(bǔ)綜合能源系統(tǒng) 推動(dòng)“雙碳”目標(biāo)有序?qū)崿F(xiàn)
曾鳴 劉英新
（華北電力大學(xué)）
把碳達(dá)峰碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局，以經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型為引領(lǐng)，以能源綠色低碳發(fā)展為關(guān)鍵，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是新時(shí)期黨和國(guó)家賦予能源領(lǐng)域的重要使命。建設(shè)多能互補(bǔ)綜合能源系統(tǒng)，就是以“橫向多能互補(bǔ)、縱向源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)”的核心思想和綜合化的發(fā)展理念、智能化的發(fā)展手段、準(zhǔn)中心化的發(fā)展模式，保障以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)高質(zhì)量構(gòu)建，推動(dòng)我國(guó)能源系統(tǒng)清潔化轉(zhuǎn)型的同時(shí)兼顧能源供應(yīng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，最終實(shí)現(xiàn)全社會(huì)、全產(chǎn)業(yè)鏈的經(jīng)濟(jì)脫碳與安全脫碳。
一、綜合能源系統(tǒng)助力破解能源“不可能三角”問(wèn)題
大力發(fā)展風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要抓手，而推動(dòng)能源綠色低碳發(fā)展，勢(shì)必會(huì)對(duì)能源系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、可靠性帶來(lái)挑戰(zhàn)，而清潔化、經(jīng)濟(jì)性、可靠性三者均是能源系統(tǒng)不可忽視的方面。
能源供應(yīng)安全和降低社會(huì)用能成本的戰(zhàn)略要求，使得能源系統(tǒng)清潔化轉(zhuǎn)型任務(wù)愈加艱巨。能源安全是關(guān)系國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的全局性、戰(zhàn)略性問(wèn)題，保障能源供應(yīng)安全更是能源安全戰(zhàn)略的重中之重，而隨著以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設(shè)步伐的不斷推進(jìn)，穩(wěn)定可控的火電機(jī)組裝機(jī)占比和有效利用時(shí)間將不斷減少，大規(guī)模波動(dòng)性、間歇性新能源發(fā)電的接入將使得電力供應(yīng)安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。此外，國(guó)家層面提出繼續(xù)推動(dòng)降低全社會(huì)用能成本，要求能源系統(tǒng)在清潔化轉(zhuǎn)型的同時(shí)必須更加注重降本增效，建設(shè)清潔低碳安全高效能源體系的任務(wù)愈加艱巨。
能源系統(tǒng)的清潔化和供能可靠性要求，使得社會(huì)綜合用能成本的降低面臨較大壓力。風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電與傳統(tǒng)煤電相比其發(fā)電成本仍然較高，且為了保障波動(dòng)性、間歇性較強(qiáng)的風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電出力的順利并網(wǎng)，還需要配套建設(shè)大量的抽水蓄能、儲(chǔ)能電站等調(diào)峰資源以保障系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，較高的成本使得風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電仍不具備取代煤電的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，我國(guó)風(fēng)、光等自然資源與負(fù)荷中心存在顯著的逆向分布特征，大量的新能源電力需要通過(guò)特高壓通道從西北地區(qū)輸送至中東部消納，大規(guī)模的輸電通道投資和固有的輸電損耗也進(jìn)一步降低了風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。
能源系統(tǒng)的清潔化和用能成本約束，使得電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性面臨諸多挑戰(zhàn)。風(fēng)速、光照輻射存在固有的隨機(jī)性，導(dǎo)致風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電具有明顯的波動(dòng)性和間歇性特征，大規(guī)模風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)組的接入將使得電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定、功率平衡等面臨較大壓力。而我國(guó)現(xiàn)有電力系統(tǒng)靈活性調(diào)峰資源的缺失和柔性控制與協(xié)調(diào)調(diào)度能力的短板難以應(yīng)對(duì)大規(guī)模波動(dòng)性、間歇新新能源接入帶來(lái)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為保障系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，必須投入大量資金用于系統(tǒng)靈活性資源的建設(shè)、改造，以及電網(wǎng)、調(diào)度基礎(chǔ)設(shè)施的升級(jí)。而投入的增加會(huì)帶來(lái)用能成本的變化，亟需從系統(tǒng)層面協(xié)調(diào)大規(guī)模新能源接入與用能成本、系統(tǒng)運(yùn)行可靠性三者之間的問(wèn)題。
綜合能源系統(tǒng)的顯著特征是“橫向多能互補(bǔ)，縱向源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)”，能夠助力破解能源“不可能三角”問(wèn)題。建設(shè)多能互補(bǔ)綜合能源系統(tǒng)，就是要打破多異質(zhì)能源子系統(tǒng)之間及能源子系統(tǒng)內(nèi)部各環(huán)節(jié)的壁壘障礙，整合石油、煤炭、天然氣和電力等多種能源資源，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)化石能源與風(fēng)、光等新能源協(xié)調(diào)規(guī)劃、優(yōu)化運(yùn)行、協(xié)同管理、交互響應(yīng)和互補(bǔ)互濟(jì)，在滿足多元化用能需求的同時(shí)有效提升能源利用效率。一是通過(guò)電源、電網(wǎng)、需求側(cè)及儲(chǔ)能各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)互動(dòng)，平抑風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電出力的波動(dòng)性和間歇性，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性；二是通過(guò)加強(qiáng)煤電、水電與風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電的互補(bǔ)出力，以較低的煤電、水電對(duì)沖風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電成本較高的難題，降低社會(huì)用能成本；三是通過(guò)多種能源的互補(bǔ)出力和源網(wǎng)荷儲(chǔ)的協(xié)調(diào)互動(dòng)，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)支撐大規(guī)模新能源并網(wǎng)消納。
二、綜合能源系統(tǒng)“四化”路徑支撐“雙碳”目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)
建設(shè)多能互補(bǔ)綜合能源系統(tǒng)，是以清潔化的發(fā)展目標(biāo)、綜合化的發(fā)展理念、智能化的發(fā)展手段、準(zhǔn)中心化的發(fā)展模式全面推動(dòng)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設(shè)，為“雙碳”目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)提供切實(shí)可行的“四化”實(shí)現(xiàn)路徑。
貫徹清潔化發(fā)展目標(biāo)。建設(shè)新型電力系統(tǒng)，就是通過(guò)大力推動(dòng)風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源發(fā)展，逐步降低我國(guó)化石能源消費(fèi)占比，并最終實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的清潔化轉(zhuǎn)型。為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，到2030年我國(guó)非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上。為此我國(guó)非化石能源消費(fèi)比重與新能源發(fā)電裝機(jī)容量在未來(lái)九年需分別保持5%和10%以上的年發(fā)展增速，風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源發(fā)電將進(jìn)入倍速發(fā)展階段。同時(shí)，未來(lái)我國(guó)還將適度發(fā)展核電、水電，積極探索風(fēng)光儲(chǔ)氫等清潔化能源發(fā)展路徑，持續(xù)開(kāi)展煤電超低排放與節(jié)能改造工作，改善我國(guó)以化石能源為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，全面提升電力系統(tǒng)的清潔化水平。
堅(jiān)持綜合化發(fā)展理念。一方面，綜合能源系統(tǒng)立足于供能可靠性提高、綜合能效提高及用能成本降低、碳排放降低和其他污染物排放降低的“兩高三低”目標(biāo)對(duì)不同品類(lèi)能源的生產(chǎn)、消費(fèi)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理調(diào)配，通過(guò)集成儲(chǔ)能、需求響應(yīng)資源等各類(lèi)靈活性調(diào)峰資源和系統(tǒng)內(nèi)的能源轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)設(shè)施，為風(fēng)、光等新能源的消納提供充足的靈活性資源與輔助服務(wù)，提升系統(tǒng)對(duì)波動(dòng)性風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電的接入和調(diào)控能力，助力能源系統(tǒng)供給側(cè)的清潔化轉(zhuǎn)型。另一方面，依托以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設(shè)，在需求側(cè)開(kāi)展綠色低碳的綜合能源服務(wù)，通過(guò)清潔能源與化石能源的互補(bǔ)替代，推動(dòng)傳統(tǒng)的能源消費(fèi)理念向 “能源+服務(wù)”的綜合消費(fèi)理念過(guò)渡，發(fā)掘需求側(cè)消納綠色電力、節(jié)能增效管理以及購(gòu)買(mǎi)綠證等多樣化需求，在滿足用戶能源消費(fèi)需求的同時(shí)充分發(fā)揮和調(diào)動(dòng)需求側(cè)消納新能源的潛力與積極性，提升風(fēng)、光等新能源在消費(fèi)端的結(jié)構(gòu)占比，助力能源系統(tǒng)需求側(cè)的清潔化轉(zhuǎn)型。
創(chuàng)新智能化發(fā)展手段。大規(guī)模發(fā)展風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源，必將涉及多種能源的協(xié)同控制和多元能源主體利益協(xié)調(diào)等問(wèn)題，而多種能源出力特性的差異導(dǎo)致運(yùn)行調(diào)控的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)有系統(tǒng)的調(diào)度能力，同時(shí)，多元能源主體相互獨(dú)立導(dǎo)致系統(tǒng)層面的優(yōu)化管理存在困難。因此，需要深化云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信、人工智能、區(qū)塊鏈和邊緣計(jì)算等現(xiàn)代數(shù)字信息技術(shù)在能源領(lǐng)域的融合應(yīng)用，在實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)、傳輸、交易、消費(fèi)多環(huán)節(jié)即時(shí)化感知與監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，促進(jìn)能源信息的流動(dòng)與共享，充分發(fā)掘能源大數(shù)據(jù)作為新時(shí)期重要生產(chǎn)要素的潛在價(jià)值，為能源系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)的運(yùn)行及管理優(yōu)化提供重要支撐。
探索準(zhǔn)中心化發(fā)展模式。未來(lái)的能源電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)準(zhǔn)中心化的發(fā)展模式，即以電力為中心，以電網(wǎng)為樞紐，以集中式和分布式新能源為重要能源供應(yīng)主體的新型發(fā)展模式。一方面，在規(guī)劃運(yùn)行層面推行能源電力系統(tǒng)準(zhǔn)中心化調(diào)度，以智能調(diào)度運(yùn)行平臺(tái)和區(qū)域智慧能源管理系統(tǒng)等技術(shù)應(yīng)用，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)集中式新能源的廣域調(diào)度優(yōu)化決策、大電網(wǎng)與分布式微能網(wǎng)的雙向互動(dòng)以及分布式節(jié)點(diǎn)的協(xié)同自治，有效提升能源系統(tǒng)中跨區(qū)跨省能源調(diào)配和就近能源資源配置消納的綜合效率；另一方面，在體制機(jī)制層面推動(dòng)能源行業(yè)準(zhǔn)中心化發(fā)展，借鑒平臺(tái)經(jīng)濟(jì)與共享經(jīng)濟(jì)思維，創(chuàng)新準(zhǔn)中心化的新機(jī)制、新模式與新業(yè)態(tài)，圍繞電力系統(tǒng)核心樞紐建設(shè)互惠共贏能源生態(tài)圈，通過(guò)數(shù)字手段和共享機(jī)制打通系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)、各主體間的服務(wù)流、信息流、資金流，實(shí)現(xiàn)生態(tài)共榮與產(chǎn)業(yè)共建。
