中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：未來(lái)我國(guó)的能源系統(tǒng)將趨近于電力系統(tǒng)。筆者認(rèn)為這是未來(lái)一個(gè)具有確定性的趨勢(shì)。在終端能源消費(fèi)領(lǐng)域，綠電正逐步替代煤炭、石油和天然氣，通過(guò)使用硅基替代碳基，進(jìn)一步提高了電能在工業(yè)、交通、建筑等領(lǐng)域的消費(fèi)的比重。這一轉(zhuǎn)變標(biāo)志著新一輪的“新電氣化”時(shí)代的開(kāi)啟。
但是，隨著高比例的新能源電力進(jìn)入電網(wǎng)和高比例電氣化設(shè)備的大量使用，這種“雙高”問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致我們的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨非常大的風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)。如何破局構(gòu)筑新型電力系統(tǒng)成為了我國(guó)新能源建設(shè)無(wú)法避開(kāi)的“命題”。本文將深度解析新型電力系統(tǒng)帶來(lái)的機(jī)遇。
01.綠電消納問(wèn)題愈演愈烈
雖然新能源清潔高效、潛力無(wú)限，但同時(shí)也具有間歇性、不可控性等特征。拿我國(guó)沿海地區(qū)的風(fēng)光發(fā)電來(lái)說(shuō)，“天熱無(wú)風(fēng)”“云來(lái)無(wú)光”，完全“靠天吃飯”，一年中具備光照發(fā)電條件的時(shí)間也有限。
根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)在22年1月發(fā)布的《新能源消納運(yùn)行評(píng)估及預(yù)警技術(shù)規(guī)范》，新能源消納監(jiān)測(cè)預(yù)警的地區(qū)分為紅色、黃色和綠色區(qū)域，進(jìn)入紅色預(yù)警的地區(qū)或面臨暫停風(fēng)光電接入的風(fēng)險(xiǎn)，而主要判斷指標(biāo)即為新能源利用率。從21年至23年一季度各省逐月利用率數(shù)據(jù)來(lái)看，利用率偏低的區(qū)域主要集中在西北地區(qū)，包括內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏、青海、新疆等省份。
目前，西北地區(qū)第一批大型風(fēng)光基地裝機(jī)總?cè)萘?7GW已全部開(kāi)工建設(shè)，其中約50%電量外送消納。預(yù)計(jì)通過(guò)提升已建輸電通道利用效率共計(jì)可提升跨區(qū)域輸電能力4200萬(wàn)千瓦，基本滿足了第一批大基地的外送需求。第二批項(xiàng)目(規(guī)劃“十四五”期間投產(chǎn)200GW)正在陸續(xù)開(kāi)工，其中約75%電量外送消納。第三批項(xiàng)目正在進(jìn)行審查。
隨著第二/三批風(fēng)光項(xiàng)目的投運(yùn)，消納問(wèn)題將進(jìn)一步突出。此外，二季度是棄電高峰期，消納問(wèn)題最核心的影響因素是終端用電需求，在迎峰度冬、迎峰度夏兩個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上用電需求旺盛可平抑短時(shí)供求矛盾。此外，2022年二季度來(lái)水偏豐，水電超發(fā)在一定程度上也影響到了風(fēng)光消納。
02.三種現(xiàn)有手段緩解“棄電”情況
隨著裝機(jī)倍增，多發(fā)電的時(shí)候怎么消納，不發(fā)電的時(shí)候又如何滿足高峰用電需求?
以目前的技術(shù)能力有三種手段。首先是火電靈活性改造，根據(jù)電聯(lián)新媒報(bào)道，在山東負(fù)電價(jià)期間，出現(xiàn)了大面積的火電啟停，其中很多是在同一天內(nèi)進(jìn)行熱態(tài)啟停。為了保障新能源的消納，火電需要通過(guò)停機(jī)的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，頻繁啟停會(huì)對(duì)火電設(shè)備產(chǎn)生一些負(fù)面影響，包括需要投油預(yù)熱，價(jià)格較貴，從而提高整個(gè)電力系統(tǒng)的成本；設(shè)備加熱或冷卻過(guò)程中易產(chǎn)生損耗，隱性成本高；啟停過(guò)程中出現(xiàn)安全事故的風(fēng)險(xiǎn)較常規(guī)發(fā)電更高。
然而，火電啟停并不是長(zhǎng)久之計(jì)，關(guān)鍵在于進(jìn)行靈活性改造，提高煤電調(diào)節(jié)能力。煤電深度調(diào)峰改造可以將機(jī)組的最小出力降低到額定出力的20-30%，從而釋放調(diào)節(jié)空間。這種改造周期短、成熟度高、度電成本低，是一種靈活性資源。
我國(guó)火電裝機(jī)當(dāng)前約為13億千瓦，十三五期間國(guó)網(wǎng)地區(qū)完成改造1.6億千瓦，國(guó)家發(fā)改委和國(guó)家能源局于2021年發(fā)布《全國(guó)煤電機(jī)組改造升級(jí)實(shí)施方案》，提出存量煤電機(jī)組靈活性改造應(yīng)改盡改，“十四五”期間完成2億千瓦，增加系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力3000-4000萬(wàn)千瓦，以促進(jìn)清潔能源消納。預(yù)計(jì)十四五后，仍會(huì)有9億千瓦以上的改造空間。
A股多家上市公司都表示火電靈活性改造正處于高景氣區(qū)間。青達(dá)環(huán)保在董秘互動(dòng)中表示公司的全負(fù)荷脫硝系統(tǒng)適用于火電機(jī)組深度調(diào)峰、靈活性改造領(lǐng)域，前景廣闊，目前在手訂單充足。2022年龍?jiān)醇夹g(shù)期末在手訂單9.55億元，同比+53.57%，在手訂單充沛。年初動(dòng)力煤價(jià)格中樞下降，火電企業(yè)一季度盈利明顯改善，火改意愿有望提升，有望促進(jìn)此類公司的業(yè)績(jī)提升。
圖片來(lái)源：新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書(shū)
第二種手段是新型儲(chǔ)能的建設(shè)，新型儲(chǔ)能包括機(jī)械儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能等多種技術(shù)路線。新型儲(chǔ)能被許多機(jī)構(gòu)認(rèn)為是新能源發(fā)展終局必備的建設(shè)項(xiàng)目，然而事實(shí)上近年來(lái)儲(chǔ)能行業(yè)還處于戰(zhàn)略摸索期。
中電聯(lián)調(diào)研的電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行效果較差，平均等效利用系數(shù)僅12.2%。其中新能源配儲(chǔ)能利用系數(shù)僅為6.1%，火電廠配儲(chǔ)能為15.3%，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能為14.8%，用戶儲(chǔ)能為28.3%。比較而言，新能源配儲(chǔ)能利用系數(shù)最低，其運(yùn)行策略最多做到棄電期間一天內(nèi)一充一放，整體調(diào)用情況較差。
而且目前參與大儲(chǔ)招標(biāo)的公司眾多。比如電池方面有動(dòng)力電池龍頭公司：寧德時(shí)代、比亞迪、億緯鋰能。PCS有眾多光伏逆變器企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)比如陽(yáng)光電源、錦浪科技、固德威。BMS、EMS、溫控等系統(tǒng)的公司更是眾多，比如奧特佳、電網(wǎng)設(shè)備公司四方股份等等。這些公司選擇跨界的原因大部分是因?yàn)榕袛鄡?chǔ)能市場(chǎng)空間大，但大儲(chǔ)依靠強(qiáng)制配儲(chǔ)尚未做到有盈利的模式。
圖片來(lái)源：新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書(shū)
第三種手段是建設(shè)智能電網(wǎng)與虛擬電廠。虛擬電廠是一種通過(guò)信息技術(shù)和智能設(shè)備來(lái)管理和調(diào)度電力的系統(tǒng)。通過(guò)預(yù)測(cè)用電高峰和電力供應(yīng)緊張的情況，虛擬電廠可以提前一周通知用戶，請(qǐng)求他們?cè)诟叻迤陂g減少用電。如果用戶成功響應(yīng)并減少用電，虛擬電廠會(huì)向他們提供每度電幾塊錢(qián)的補(bǔ)貼。這種機(jī)制可以鼓勵(lì)用戶積極參與電力管理和調(diào)度，從而達(dá)到節(jié)約能源和減少碳排放的目的。
此外，虛擬電廠還可以通過(guò)微操商場(chǎng)等大型用電單位的用電行為，例如將空調(diào)溫度提高一段時(shí)間，從而在細(xì)節(jié)上省電，達(dá)到整體節(jié)約能源的效果。通過(guò)宏觀上統(tǒng)領(lǐng)大局和細(xì)節(jié)上瘋狂微操，虛擬電廠可以在不知不覺(jué)中幫助用戶省電，同時(shí)為用戶提供額外的收入。
目前電網(wǎng)信息化企業(yè)，依托在電力、通信領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)技術(shù)和電網(wǎng)公司豐富的信息通信資源，具有開(kāi)展虛擬電廠業(yè)務(wù)的先天優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)前示范項(xiàng)目主力，如國(guó)電南瑞、國(guó)網(wǎng)信通、遠(yuǎn)光軟件等。
這種方式看起來(lái)很美好，但是電力物聯(lián)網(wǎng)的安全性是否經(jīng)得起考驗(yàn)還待觀察。2021年5月7日，美國(guó)最大燃油管道運(yùn)營(yíng)商科洛尼爾管道運(yùn)輸公司遭遇黑客攻擊，被迫關(guān)閉整個(gè)管道系統(tǒng)。這導(dǎo)致美國(guó)多地出現(xiàn)燃油短缺和恐慌性購(gòu)買(mǎi)，燃油價(jià)格飆升，甚至迫使聯(lián)邦政府宣布進(jìn)入國(guó)家緊急狀態(tài)?？只懦掷m(xù)到13日運(yùn)輸系統(tǒng)重新上線，才有所緩解。
03.總結(jié)
能源安全是新能源發(fā)展的底線
國(guó)家能源局組織發(fā)布《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書(shū)》中提到：需要始終堅(jiān)持底線思維，全力保障能源安全，推動(dòng)構(gòu)建適應(yīng)大規(guī)模新能源發(fā)展的源網(wǎng)荷儲(chǔ)多元綜合保障體系。
能源安全就是新能源發(fā)展的底線。從火災(zāi)到惡劣天氣造成損失，給光伏、風(fēng)電和儲(chǔ)能等新能源行業(yè)敲響警鐘——保證質(zhì)量與安全是一個(gè)行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的底線，沒(méi)有安全，一切為零。
如今新型電力系統(tǒng)的建設(shè)有許多方面仍值得謹(jǐn)慎。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，電池儲(chǔ)能項(xiàng)目不僅投資成本高，而且故障或計(jì)劃外停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)也很高。研究表明，2015年至2022年期間，58%的儲(chǔ)能系統(tǒng)故障發(fā)生在運(yùn)行的前兩年。三分之二的事故發(fā)生在儲(chǔ)能系統(tǒng)部署后不久的第一年。
這些事故有許多不同的原因，從電池失控、風(fēng)扇問(wèn)題、冷卻系統(tǒng)錯(cuò)誤、逆變器故障、電池管理系統(tǒng)(BMS)故障等等。下圖采用EPRI電池儲(chǔ)能系統(tǒng)故障事件數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)說(shuō)明了這一點(diǎn)。
圖：電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的失效率VS工作壽命
在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的過(guò)程中，新能源發(fā)展至關(guān)重要。然而，這并不意味著我們需要對(duì)新能源進(jìn)行泡沫式的發(fā)展。近期有文章指出，如果不大規(guī)模新增新能源裝機(jī)以應(yīng)對(duì)持續(xù)創(chuàng)新高的發(fā)電量，限電問(wèn)題仍將存在。從某種程度上看，這個(gè)解決方案并無(wú)大礙，但實(shí)際上這是一種偏激的做法。用30%的電源品種去解決一個(gè)區(qū)域限電或用電量不足的問(wèn)題，似乎并不客觀和科學(xué)。
綠電需要大規(guī)模發(fā)展，但這一發(fā)展應(yīng)該是科學(xué)的、理性的規(guī)劃。為了實(shí)現(xiàn)國(guó)家雙十二峰會(huì)宣言提出的碳排放目標(biāo)，我們一方面需要加大節(jié)能力度，擴(kuò)大林業(yè)規(guī)模；另一方面當(dāng)然也要增加新能源等非化石能源裝機(jī)比例。然而，由于新能源短期內(nèi)發(fā)電量比例難以完全替代水火電，我們不能簡(jiǎn)單地將這個(gè)任務(wù)的責(zé)任歸咎于儲(chǔ)能以及虛擬電廠等未成熟的技術(shù)，更不能一次狂熱地提出夸張的規(guī)劃目標(biāo)。
