中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊:近日,創(chuàng)新使命第二階段(Mission Innovation 2.0)啟動(dòng)的綠色電力未來使命[1]發(fā)布了《全球創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng)聯(lián)合路線圖》,提出了未來十年的清潔電力技術(shù)研發(fā)路線圖,確定了17個(gè)研發(fā)主題的100項(xiàng)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng),以推進(jìn)清潔電力技術(shù)發(fā)展,促進(jìn)全球能源轉(zhuǎn)型。重點(diǎn)圍繞3個(gè)領(lǐng)域:可負(fù)擔(dān)和可靠的波動(dòng)性可再生能源;系統(tǒng)靈活性及市場設(shè)計(jì);促進(jìn)系統(tǒng)集成的數(shù)據(jù)和數(shù)字化解決方案。關(guān)鍵要點(diǎn)如下:
一、可負(fù)擔(dān)和可靠的波動(dòng)性可再生能源
1、需實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵突破
該領(lǐng)域由中國主導(dǎo),旨在降低波動(dòng)性可再生能源成本并提高其在各種氣候和系統(tǒng)配置下的效率、彈性和可靠性。預(yù)期實(shí)現(xiàn)如下突破:
(1)新型光伏技術(shù)突破29%的效率極限,光伏電池和系統(tǒng)能夠在不同氣候和極端天氣事件中提供高效、低成本和高可靠性的電力。
(2)海上風(fēng)電技術(shù),包括10-20兆瓦的風(fēng)力渦輪機(jī)和浮動(dòng)式風(fēng)電場,其效率和發(fā)電成本接近陸上風(fēng)電,以實(shí)現(xiàn)在海岸線、島嶼、海上平臺(tái)的廣泛部署。
(3)改進(jìn)預(yù)測工具,使其誤差率低于6%,并可提前24小時(shí)提供光伏和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電能力的可靠估計(jì)。
(4)示范基于波動(dòng)性可再生能源的島嶼和離網(wǎng)應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)高達(dá)100%的波動(dòng)性可再生能源供電以及供熱、海水淡化和/或制氫。示范光伏和風(fēng)電高效并網(wǎng)和電網(wǎng)支持的新技術(shù)和硬件。
2、面臨的主要障礙
該領(lǐng)域的研發(fā)創(chuàng)新面臨如下障礙:①對復(fù)雜條件下運(yùn)行的輕量新型風(fēng)力渦輪機(jī)開發(fā)緩慢;②浮動(dòng)式海上風(fēng)電技術(shù)尚未商業(yè)化,無法覆蓋位于深海的大量海上風(fēng)能資源;③在特定氣候和極端天氣條件下確保光伏發(fā)電性能的相關(guān)挑戰(zhàn);④惡劣環(huán)境下太陽電池板的退化;⑤可高效運(yùn)行的浮動(dòng)式光伏發(fā)電的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),以及該行業(yè)缺乏系泊專家;⑥缺乏對波動(dòng)性可再生能源發(fā)電模式的準(zhǔn)確預(yù)測,無法進(jìn)行可靠調(diào)度。
3、分階段創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng)
(1)新型光伏技術(shù)。該主題涉及9項(xiàng)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng):①近期(3年內(nèi)):高效太陽電池及模塊開發(fā),光伏模塊和系統(tǒng)的可靠性評估,光伏系統(tǒng)的軟件和數(shù)據(jù)開發(fā)(有望示范),太陽電池和模塊的回收和生態(tài)設(shè)計(jì),農(nóng)業(yè)光伏技術(shù)(可實(shí)現(xiàn)示范),確保可持續(xù)發(fā)展的光伏生態(tài)研究(可實(shí)現(xiàn)示范);②中期(4-6年):可負(fù)擔(dān)且可定制的建筑集成光伏(可實(shí)現(xiàn)示范),浮動(dòng)式光伏技術(shù)(可實(shí)現(xiàn)示范),太陽能資源的氣候變化影響。
(2)海上風(fēng)電。該主題涉及6項(xiàng)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng):①近期(3年內(nèi)):浮動(dòng)式海上風(fēng)力渦輪機(jī)開發(fā)(可實(shí)現(xiàn)示范),海上風(fēng)電場的智能控制、運(yùn)行和維護(hù)(可實(shí)現(xiàn)示范);②中期(4-6年):大型海上風(fēng)力渦輪機(jī)開發(fā),海上風(fēng)電場的建模、仿真和分析,風(fēng)力渦輪機(jī)回收及退役管理;③遠(yuǎn)期(7-10年):開發(fā)專用型海上風(fēng)電(可實(shí)現(xiàn)示范)。
(3)集成可再生能源。該主題涉及5項(xiàng)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng):①近期(3年內(nèi)):改進(jìn)大規(guī)模集成可再生能源的系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性,開發(fā)電網(wǎng)邊緣的分布式綜合可再生能源系統(tǒng)(可實(shí)現(xiàn)示范);②中期(4-6年):增強(qiáng)高比例波動(dòng)性可再生能源發(fā)電的智能預(yù)測方法,集成可再生能源的新控制架構(gòu)、建模和能量管理;③遠(yuǎn)期(7-10年):將電力轉(zhuǎn)化為多種能源載體(Power-to-W)與可再生能源集成技術(shù)結(jié)合(可實(shí)現(xiàn)示范)。
(4)海上電力系統(tǒng)。該主題涉及4項(xiàng)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng):①中期(4-6年):高比例波動(dòng)性可再生能源孤島電力系統(tǒng)(有望示范),電力、供熱/制冷和交通的離網(wǎng)系統(tǒng)集成(可實(shí)現(xiàn)示范);②遠(yuǎn)期(7-10年):遠(yuǎn)程微電網(wǎng)(可實(shí)現(xiàn)示范),小、中型風(fēng)力渦輪機(jī)的遠(yuǎn)程應(yīng)用。
(5)儲(chǔ)能供應(yīng)鏈、回收和再利用。該主題涉及8項(xiàng)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng):①近期(3年內(nèi)):電池生命周期分析和電池監(jiān)測、測試和回收,電池回收和再利用設(shè)計(jì)(有望示范),創(chuàng)新儲(chǔ)能技術(shù)(有望示范),降低整個(gè)電池供應(yīng)鏈的供應(yīng)成本,電化學(xué)儲(chǔ)能的安全性評價(jià);②中期(4-6年):電池評估的新型高性能方法,儲(chǔ)能技術(shù)的示范、應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)性分析(可實(shí)現(xiàn)示范);③遠(yuǎn)期(7-10年):電池智能傳感器。
(6)系統(tǒng)穩(wěn)定性技術(shù)。該主題涉及4項(xiàng)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng):①近期(3年內(nèi)):光伏、風(fēng)能并網(wǎng)裝置,基于逆變器的電網(wǎng)支持技術(shù)(有望示范),通過中/低壓直流可再生能源系統(tǒng)增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性和效率(有望示范);②中期(4-6年):電網(wǎng)集成波動(dòng)性可再生能源的穩(wěn)定性評價(jià)和增強(qiáng)策略。
二、系統(tǒng)靈活性及市場設(shè)計(jì)
1、需實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵突破
該領(lǐng)域由意大利主導(dǎo),旨在提高系統(tǒng)靈活性,在考慮相關(guān)市場和監(jiān)管影響的同時(shí)開發(fā)所需的解決方案。預(yù)期實(shí)現(xiàn)如下突破:
(1)通過快速儲(chǔ)備、頻率響應(yīng)、電壓調(diào)節(jié)和慣性服務(wù)(1秒內(nèi)完全激活,持續(xù)時(shí)間小于15分鐘)為系統(tǒng)提供短期靈活性,以應(yīng)對波動(dòng)性可再生能源的短期變化和突發(fā)事件引起的系統(tǒng)不平衡。
(2)提升電力系統(tǒng)中期靈活性以應(yīng)對波動(dòng)性可再生能源的自然變化、需求/供應(yīng)預(yù)測誤差以及幾分鐘到幾小時(shí)的電網(wǎng)堵塞。
(3)提升長期靈活性以應(yīng)對波動(dòng)性可再生能源的季節(jié)性變化,以及廣闊區(qū)域內(nèi)風(fēng)能和太陽能持續(xù)數(shù)天的低可用性問題。
2、面臨的主要障礙
該領(lǐng)域的研發(fā)創(chuàng)新面臨如下障礙:①基于逆變器的電力系統(tǒng)集成高比例波動(dòng)性可再生能源具有潛在不穩(wěn)定性;②無法使用通用的數(shù)字和網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)共享工具和控制平臺(tái),使系統(tǒng)運(yùn)營商無法處理大量資源;③監(jiān)管框架和市場規(guī)則抑制了靈活性市場,阻礙了波動(dòng)性可再生能源資產(chǎn)所有者、聚合商、最終用戶等更廣泛參與;④配電和輸電系統(tǒng)運(yùn)營商在管理不同靈活性來源方面缺乏合作。
3、分階段創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng)
(1)靈活發(fā)電。該主題涉及3項(xiàng)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng):①近期(3年內(nèi)):增強(qiáng)波動(dòng)性可再生能源的靈活性和發(fā)電量(有望示范),進(jìn)一步開發(fā)水力發(fā)電和抽水蓄能的靈活性(可實(shí)現(xiàn)示范);②中期(4-6年):增強(qiáng)低碳靈活性發(fā)電技術(shù)。
(2)電網(wǎng)靈活性。該主題涉及5項(xiàng)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng):①近期(3年內(nèi)):創(chuàng)新組件和動(dòng)態(tài)輸送容量(可實(shí)現(xiàn)示范),多端高壓直流互連技術(shù)和控制(有望示范),增強(qiáng)控制室和自動(dòng)決策系統(tǒng)(可實(shí)現(xiàn)示范);②中期(4-6年):電網(wǎng)靈活性相關(guān)電力電子設(shè)備(可實(shí)現(xiàn)示范),基于轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的新型自動(dòng)化保護(hù)方案(可實(shí)現(xiàn)示范)。
(3)系統(tǒng)穩(wěn)定性和靈活運(yùn)行。該主題涉及10項(xiàng)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng):①近期(3年內(nèi)):高比例波動(dòng)性和再生能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性評價(jià)(有望示范),通過輸、配電系統(tǒng)運(yùn)營商的增強(qiáng)型協(xié)同平臺(tái)優(yōu)化靈活性時(shí)長(可實(shí)現(xiàn)示范),創(chuàng)新的頻率和非頻率輔助服務(wù)規(guī)范(可實(shí)現(xiàn)示范),配電系統(tǒng)運(yùn)營商靈活性管理工具和解決方案(可實(shí)現(xiàn)示范),輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)運(yùn)營商增強(qiáng)電網(wǎng)和分布式可再生能源系統(tǒng)的可觀察性(有望示范);②中期(4-6年):緩解系統(tǒng)短路功率下降的解決方案(可實(shí)現(xiàn)示范),波動(dòng)性可再生能源系統(tǒng)的黑啟動(dòng)能力評估,系統(tǒng)危急情況的早期識(shí)別(有望示范),考慮需求側(cè)靈活性的優(yōu)化平衡程序,建立靈活性服務(wù)基礎(chǔ)。
(4)集成儲(chǔ)能。該主題涉及7項(xiàng)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng):①近期(3年內(nèi)):儲(chǔ)能系統(tǒng)新設(shè)備的需求和要求評估(有望示范),用于創(chuàng)新靈活性裝置的公用事業(yè)規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)(可實(shí)現(xiàn)示范),多裝置儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理評估(可實(shí)現(xiàn)示范),優(yōu)化儲(chǔ)能技術(shù)及規(guī)格選擇的工具,確定阻礙儲(chǔ)能系統(tǒng)大規(guī)模部署的主要障礙;②中期(4-6年):用于靈活性服務(wù)的用戶側(cè)電池(可實(shí)現(xiàn)示范);③遠(yuǎn)期(7-10年):燃料電池和燃料電池-儲(chǔ)能電池混合系統(tǒng)集成。
(5)需求側(cè)和電動(dòng)汽車靈活性。該主題涉及7項(xiàng)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng):①近期(3年內(nèi)):需求側(cè)可用靈活性的確定方法(可實(shí)現(xiàn)示范),利用商業(yè)和住宅建筑靈活性潛力(可實(shí)現(xiàn)示范),終端用戶需求響應(yīng)的智能控制設(shè)備(有望示范),需求響應(yīng)、電動(dòng)汽車設(shè)備和電網(wǎng)影響評估(有望示范),優(yōu)化智能充電和車輛到電網(wǎng)(V2G)管理的工具,靈活性設(shè)備對電動(dòng)汽車電池的影響評估(可實(shí)現(xiàn)示范);②中期(4-6年):開發(fā)工業(yè)部門的靈活性潛力(可實(shí)現(xiàn)示范)。
(6)靈活系統(tǒng)規(guī)劃。該主題涉及5項(xiàng)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng):①近期(3年內(nèi)):集成輸配電規(guī)劃工具,可優(yōu)化定位靈活性資源的規(guī)劃工具箱(有望示范),用于靈活性解決方案和系統(tǒng)服務(wù)的新型規(guī)劃策略和方法(有望示范),用于運(yùn)行、防護(hù)和恢復(fù)的新型決策支持系統(tǒng)(有望示范),電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃和部署(可實(shí)現(xiàn)示范)。
(7)市場、商業(yè)模式和監(jiān)管框架。該主題涉及11項(xiàng)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng):①近期(3年內(nèi)):用于波動(dòng)性可再生能源和儲(chǔ)能提供的創(chuàng)新輔助服務(wù)的靈活性市場(有望示范),新型本地能源和輔助服務(wù)市場(有望示范),靈活性資源的商業(yè)模式和監(jiān)管框架(可實(shí)現(xiàn)示范),可利用電動(dòng)汽車靈活性的市場準(zhǔn)入規(guī)則和入網(wǎng)電價(jià)方案,促進(jìn)終端用戶提供靈活性的監(jiān)管解決方案(可實(shí)現(xiàn)示范),基于輸出的監(jiān)管以激勵(lì)電網(wǎng)靈活性開發(fā)(有望示范),通過有效的價(jià)格信號(hào)影響用戶的短期、長期行為(有望示范),創(chuàng)新技術(shù)和所需行為改變的社會(huì)接受(有望示范);②中期(4-6年):增加電力市場的時(shí)間和空間粒度(有望示范),有利于部門融合的市場架構(gòu)(可實(shí)現(xiàn)示范),產(chǎn)銷合一者和新市場參與者的影響評估(有望示范)。
(8)部門融合的靈活性。該主題涉及4項(xiàng)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng):①近期(3年內(nèi)):部門融合的靈活性評估(可實(shí)現(xiàn)示范),優(yōu)化綜合能源系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)行(有望示范),Power-to-X(如轉(zhuǎn)化為氫能等)的靈活性潛力評估(可實(shí)現(xiàn)示范),區(qū)域供熱/制冷和儲(chǔ)熱系統(tǒng)(有望示范)。
三、促進(jìn)系統(tǒng)集成的數(shù)據(jù)和數(shù)字化方案
1、需實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵突破
該領(lǐng)域由英國主導(dǎo),旨在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)和電力資源使用,支持不同能流的耦合,促進(jìn)終端用能加速電氣化,增加需求靈活性,到2030年加速能源系統(tǒng)數(shù)字化,實(shí)現(xiàn)可互操作的數(shù)據(jù)交換和高效系統(tǒng)集成。預(yù)期實(shí)現(xiàn)如下突破:
(1)互操作性標(biāo)準(zhǔn):確保足夠多的智能技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新使用共同的國際標(biāo)準(zhǔn),以到2030年實(shí)現(xiàn)所有靈活性設(shè)備采用該任務(wù)制定的互操作性和數(shù)據(jù)共享原則。
(2)安全且彈性的數(shù)字能源系統(tǒng):到2030年實(shí)現(xiàn)足夠安全的電力系統(tǒng),能夠提高公共和私營部門的信心,可接受使用開放標(biāo)準(zhǔn)共享或訪問與60%的電力流相關(guān)的資產(chǎn)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。
(3)集成解決方案:通過整合本任務(wù)支持的平臺(tái)和部門,提高靈活性資產(chǎn)之間的協(xié)調(diào)水平和響應(yīng)速度,提供平衡或輔助服務(wù)(這些服務(wù)代表了高達(dá)100%的運(yùn)營需求),從而改善運(yùn)營控制和應(yīng)急規(guī)劃。
2、面臨的主要障礙
該領(lǐng)域的研發(fā)創(chuàng)新面臨如下障礙:①能源部門缺乏數(shù)字互聯(lián)互通,阻礙了數(shù)據(jù)支持型業(yè)務(wù)模式的創(chuàng)新;②數(shù)據(jù)收集、可見性、訪問和互操作性水平不足;③數(shù)據(jù)集較為分散和孤立,能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可用性和使用較差;④缺乏管理大量能源數(shù)據(jù)的專業(yè)知識(shí);⑤對如何實(shí)施數(shù)字工具和創(chuàng)新(如大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等)的理解有限,包括數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施如何與物理基礎(chǔ)設(shè)施融合;⑥重新定義市場設(shè)計(jì)和治理結(jié)構(gòu)的政策和法規(guī)制定緩慢,難以確保開放、適應(yīng)性強(qiáng)和敏捷的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。
3、分階段創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng)
(1)互操作性標(biāo)準(zhǔn)。該主題涉及5項(xiàng)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng):①近期(3年內(nèi)):數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)、訪問和許可(可實(shí)現(xiàn)示范),設(shè)備和控制平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化(可實(shí)現(xiàn)示范),數(shù)據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)隱私;②中期(4-6年):用戶管理,跨部門情報(bào)和通用信息模型(可實(shí)現(xiàn)示范)。
(2)安全和彈性的數(shù)字能源系統(tǒng)。該主題涉及5項(xiàng)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng):①近期(3年內(nèi)):確定系統(tǒng)安全的優(yōu)先數(shù)據(jù)集(可實(shí)現(xiàn)示范);②中期(4-6年):數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理和架構(gòu)(可實(shí)現(xiàn)示范),能源資產(chǎn)數(shù)據(jù)(可實(shí)現(xiàn)示范),數(shù)據(jù)完整性,確保彈性和安全性的工具(可實(shí)現(xiàn)示范)。
(3)集成解決方案。該主題涉及4項(xiàng)創(chuàng)新優(yōu)先事項(xiàng):①近期(3年內(nèi)):可互操作的市場、設(shè)備和數(shù)據(jù)(可實(shí)現(xiàn)示范),可增強(qiáng)預(yù)測和靈活運(yùn)行的數(shù)據(jù)連接平臺(tái)(可實(shí)現(xiàn)示范);②中期(4-6年):創(chuàng)新靈活性技術(shù)和商業(yè)模式(可實(shí)現(xiàn)示范);③遠(yuǎn)期(7-10年):跨部門數(shù)據(jù)整合(可實(shí)現(xiàn)示范)。
[1]綠色電力未來使命是MissionInnovation 2.0啟動(dòng)的首批任務(wù)之一,是27名成員組成的國際聯(lián)盟,由中國、意大利和英國共同主導(dǎo),包括多個(gè)創(chuàng)新使命成員國、國際組織和私營公司,其目的是實(shí)現(xiàn)100%波動(dòng)性可再生能源的智能、靈活電力系統(tǒng)。