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65%新能源电量,需要什么样的电力系统?

日期:2021-07-06    来源:中国能源报  作者:段卫国

国际新能源网

2021
07/06
08:58
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关键词: 新能源电力 新能源发电 光伏发电

碳达峰、碳中和目标是我国能源安全和经济转型的内在需求和必然选择,事关中华民族永续发展,对国际社会绿色低碳发展将起到促进作用,彰显了负责任大国对构建人类命运共同体的使命与担当。

在碳达峰、碳中和目标指引下,预计到2060年,我国风电、光伏等新能源发电量占比将达65%,未来的能源消费比重中,可再生能源将从能源电力消费的增量补充变为增量主体。这意味着在未来电力系统中新能源将成为主力电源,煤电等传统化石能源将退为辅助性电源。

广泛接入的新能源将改变传统电力系统未来格局。在供给侧,新能源呈集中式和分布式并存的局面,且根据资源特点、地理分布、建设条件等灵活布局,将出现“新能源+储能”“新能源+氢能”“水电+光伏+储能”等多元协调电源新模式。在需求侧,电能占终端能源消费的比重大幅提升,终端能源消费“新电气化”进程加快,电能替代将持续提高建筑、交通、工业终端用能领域的电能占比。供给侧和需求侧的结构性变化将给能源电力网络的安全稳定和绿色高效带来重大挑战。因此,亟需开展新型电力系统建设,发挥其在全社会能源资源优化配置中的积极作用,促进能源绿色生产和消费,落实能源发展战略,支撑“双碳”目标实现。

(文丨段卫国)

新型电力系统具有绿色低碳、

灵活柔性、数字智能三大特征

新型电力系统强调数字技术进步与用户需求变革驱动,以建设多样互动的用电体系为目标,推动源网荷储互动融合和关键技术应用,更加关注电网数据价值发现和创造,表现为绿色低碳、灵活柔性、数字智能三大特征。

绿色低碳:新能源占主导地位,预计到“十四五”末,我国可再生能源发电装机占比将超过50%,可再生能源在全社会用电量增量中的占比将达2/3左右,未来在新一轮科技革命推动下,电力系统将向深度低碳或零碳电力系统不断演进。

灵活柔性:随着新能源装机规模迅速增加,电源出力特性愈发复杂,不确定性明显。特高压柔性直流输电技术将支撑大规模新能源集中开发与跨省区高效优化配置,数字化调控技术将使电网更加灵活可控,可实现新能源灵活、安全、高效广泛接入电网,以及分布式新能源高效就地消纳。

数字智能:新一代数字技术通过设备终端提升电网数据采集、分析和应用能力,使电网具备超强感知能力、强大“算力+电力”能力、智慧决策能力和快速执行能力,数字技术与传统电力技术深度融合促进电力系统上下游各环节智能化、智慧化,为源网荷储一体化协调发展提供关键保障。

由此可见,新型电力系统作为新能源优化配置平台的作用将更加显著,可提升能源消纳效率和经济性。同时,新一代数字技术使电网“可观、可测、可控”成为现实。

高比例新能源特性将对

可靠供电等带来新挑战

新型电力系统将呈现高比例新能源特性,对可靠供电、安全稳定和经济运行等带来新挑战:

电力系统持续可靠供电面临新挑战。新能源随机性、波动性、间歇性等特点对持续可靠供电带来挑战,常规电源调节难以应对新能源日内功率波动,新能源消纳存在巨大挑战。而且,风光发电不确定性大,风电发电主要集中在春冬两季,光伏发电主要集中在夏秋两季。同时,风电利用小时数、光伏利用小时数相差大,这对系统规划提出了更高要求。

电力系统负荷预测难度加大。作为清洁的终端能源,电能将成为主要的能源消费品种,电力负荷结构将更加多元化,电动汽车充电等消费侧多样性行为将导致电力负荷预测和协调难度加大,源、网、荷互动和交织将加剧电力系统波动。

大规模储能增加电力系统复杂度。广泛的新能源并网消纳需合理配置大规模储能,以提高系统的可控性和灵活性。预计到2060年,全国储能装机容量将达7.5亿千瓦,大量电力电子变换器型储能装置增加将使得系统的复杂度进一步增加。

电网安全稳定运行难度增大。新能源具有广泛的接入优势,这使得电力系统电压稳定控制问题突出。大规模新能源接入使电力系统不确定性增加,对电网安全构成威胁,而且,新能源存在发电单体容量小、数量多的问题。未来,全国新能源发电单元将达数千万级,气象环境、运行控制等信号数量可达数十亿,系统调度运行极其复杂,控制措施配置和实施难度增大。

需突破大规模新能源高效消纳、

先进储能、氢能等关键核心技术

作为保障国家能源安全的“国家队”、党和人民信赖依靠的“大国重器”,电网企业需发挥“引领者”作用,坚持不懈推进科技进步与创新,在新型电力系统构建的关键核心技术领域取得领先突破。

大规模新能源高效消纳技术是新型电力系统建设的关键,需集中突破新能源发电场站和集群精确建模技术、新能源发电监测与预测技术。在新能源消纳方面,需突破源网荷储协调规划技术、概率化电力电量平衡与全景运行模拟技术,以提升电网大规模新能源承载能力。

电力电子装备接入电网的稳定运行控制技术。系统运行控制技术亟需变革创新,需研究和突破高比例电力电子化设备接入系统后的稳定性难题、特大型交直流串并联复杂大电网数字化调控技术、新型电力系统安全稳定防控体系重构技术,以及针对极端天气和外部攻击的主动防御与快速恢复技术。

先进储能及应用技术。储能是未来新型能源系统的重要应用技术,其中,推进电动汽车规模化应用,有利于节能减排,实现用户侧调节电力需求;进一步推动抽水蓄能电站、压缩空气储能、超导磁储能系统等技术应用,研究和应用系统集成与调控技术,将满足新型电力系统安全稳定运行需求。

氢能相关技术。氢能是一种理想的零碳能源。通过风光等新能源电力制氢,将氢与燃料电池结合发电,以此形成氢能产业生态圈,有助于加快构建低碳化的氢能供应体系。同时,发展电解水制氢技术,利用弃风、弃光、弃水资源制取“绿氢”,在碳中和进程中与可再生能源无法发挥作用的领域实现互补。

下一步,南方电网公司将加快推动新型电力系统发展,以科技创新支撑新型电力系统构建,助力实现碳达峰、碳中和。

(作者系南方电网深圳数字电网研究院有限公司董事长、党委书记)

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