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清潔低碳，以新能源為主體是核心

目前，我國(guó)的電力生產(chǎn)仍以煤電為主。2020年，我國(guó)全口徑煤電發(fā)電量4.63 萬億千瓦時(shí)，占全口徑發(fā)電總量的比重為60.8％。新能源裝機(jī)比重約26%，發(fā)電量占比僅11.2%。

隨著我國(guó)碳達(dá)峰、碳中和進(jìn)程的推進(jìn)，以風(fēng)電、光伏為代表的新能源裝機(jī)量、發(fā)電量將逐步增加，我國(guó)電力清潔化程度也將大幅度提升。而在這個(gè)進(jìn)程中，新能源的發(fā)電成本與發(fā)展布局將成為影響其發(fā)展的關(guān)鍵因素。

數(shù)據(jù)來源：國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)委能源研究所

《新能源發(fā)電政策和市場(chǎng)發(fā)展展望》

01

新能源發(fā)電成本快速下降

經(jīng)濟(jì)性是新能源大規(guī)模發(fā)展的先決條件。隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模化發(fā)展，以光伏、風(fēng)電為代表的新能源發(fā)電 LCOE正在逐年下降。目前中國(guó)的集中式光伏和陸上風(fēng)電的LCOE已經(jīng)低于超超臨界煤電，新能源+儲(chǔ)能電源形式的 LCOE可能在2030年低于化石能源。

數(shù)據(jù)來源：Wood Mackenzie Battle for the future 2021: Asia Pacific power and renewables competitiveness report  Analysis of power technology and generation cost trends (LCOE)

02

集中式與分布式并重

“三北”地區(qū)是我國(guó)風(fēng)能、太陽(yáng)能資源最豐富的地區(qū)，而我國(guó)的負(fù)荷中心則集中于中東部地區(qū)，負(fù)荷中心與資源中心逆向分布的地域特征，是制約我國(guó)新能源發(fā)展的主要矛盾。為解決這個(gè)矛盾，需要從多方面著手：

• 多能互補(bǔ)的大基地。由于新能源發(fā)電存在明顯的波動(dòng)性和間歇性特點(diǎn)，特高壓線路全部輸送新能源電力難以實(shí)現(xiàn)。我國(guó)“十四五”規(guī)劃中指出，“要建設(shè)一批多能互補(bǔ)清潔能源基地”，通過搭配一定比例的可調(diào)節(jié)電源，如火電、水電等，實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)，促進(jìn)新能源消納。
• 特高壓輸電。2020 年，22 條特高壓線路年輸送電量 5318 億 kWh，其中可再生能源電量 2441 億 kWh，同比提高 3.8%，可再生能源電量占全部輸送電量的 45.9%。打通了資源優(yōu)勢(shì)與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的轉(zhuǎn)換通道，在一定程度上緩解了我國(guó)負(fù)荷中心與資源中心的不平衡性。
• 分布式新能源。分布式能源具有布置靈活、能源利用效率高等優(yōu)勢(shì)。理論上，發(fā)展接近負(fù)荷中心的分布式新能源經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，是除特高壓工程和多能互補(bǔ)大基地方式外，有效解決逆向分布矛盾的另一種重要方法。

“我國(guó)東部地區(qū)城市應(yīng)優(yōu)先開發(fā)和使用‘身邊來’的能源，同時(shí)再加上西電東送的“遠(yuǎn)方來”的能源，東部能源自給和西電東送相結(jié)合，不應(yīng)坐等西部供應(yīng)東部，而應(yīng)轉(zhuǎn)變思路，進(jìn)行能源自產(chǎn)自銷，持續(xù)提高能源自給比例。”

未來我國(guó)將通過多能互補(bǔ)的大基地建設(shè)、跨區(qū)域特高壓外送和分布式新能源建設(shè)等方式，構(gòu)建集中式與分布式并重的可再生能源發(fā)展格局，促進(jìn)新能源發(fā)展。

安全靈活，新能源大規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)

新能源發(fā)電的波動(dòng)性和間歇性要求電力系統(tǒng)必須具備靈活性。若電力系統(tǒng)欠缺靈活性，當(dāng)常規(guī)電源的調(diào)節(jié)能力不足，無法滿足系統(tǒng)凈負(fù)荷的變化時(shí)，為了保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要在用電需求不足時(shí)削減新能源出力，或是在用電高峰時(shí)期切除負(fù)荷，分別對(duì)應(yīng)“棄風(fēng)棄光”和“有序用電”的情況。這將會(huì)直接影響新能源的消納，制約新能源的發(fā)展。

德國(guó)是新能源滲透率最高的國(guó)家之一。2010年德國(guó)棄風(fēng)率僅 0.33%，但隨著可再生能源發(fā)電量占比接近 30%，棄風(fēng)率開始呈上升趨勢(shì)，到2016年，德國(guó)棄風(fēng)率已經(jīng)上升至 4.3% 。

數(shù)據(jù)來源：國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)能源研究所

《京津冀與德國(guó)電力系統(tǒng)靈活性定量比較研究》

2020年，我國(guó)風(fēng)電+光伏發(fā)電量占比約9.5%，棄風(fēng)率 3.5%，棄光率 2%。隨著我國(guó)新能源發(fā)電量占比的提升，棄風(fēng)棄光壓力將持續(xù)增大，對(duì)電力系統(tǒng)靈活性的需求將愈發(fā)強(qiáng)烈。因此，需要從多個(gè)方面提高電力系統(tǒng)的安全性和靈活性。

01

擴(kuò)大調(diào)節(jié)電源規(guī)模

現(xiàn)有技術(shù)手段中，火電的靈活性改造能大幅改善系統(tǒng)靈活性。已建成的煤電機(jī)組通過熱電解耦、低壓穩(wěn)燃等技術(shù)改造可將最小穩(wěn)定出力降至20%-30% 的額定容量，且單位千瓦投入僅高于需求側(cè)管理。在改善系統(tǒng)可靠性的同時(shí)，能夠促進(jìn)可再生能源的大規(guī)模消納。

02

增加儲(chǔ)能容量

未來以新能源為主體的電力系統(tǒng)，僅依靠火電的靈活性改造無法充分滿足靈活性需求。儲(chǔ)能作為一種柔性電力調(diào)節(jié)資源，可以改善和增強(qiáng)電力系統(tǒng)靈活性。在“供過于求”情景下，可以儲(chǔ)存多余的風(fēng)電、光伏出力；在“供不應(yīng)求”情景下，可以放電緩解短時(shí)電力短缺。

數(shù)據(jù)來源：SolarPower Europe

儲(chǔ)能系統(tǒng)在不同場(chǎng)景均發(fā)揮著重要作用：

電源側(cè)：新能源+儲(chǔ)能、可再生能源制氫的模式有利于平抑新能源的出力波動(dòng)，從而促進(jìn)集中式新能源并網(wǎng)消納；

電網(wǎng)側(cè)：抽水蓄能+新型儲(chǔ)能可以輔助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)調(diào)峰、調(diào)頻需求，提高穩(wěn)定性；

負(fù)荷側(cè)：可以利用市場(chǎng)機(jī)制（如分時(shí)電價(jià)、電力現(xiàn)貨交易、需求響應(yīng)等）和分布式新能源結(jié)合提升電能清潔化水平，降低用電成本，也有利于保障負(fù)荷側(cè)供電的可靠性和連續(xù)性。

03

挖掘需求側(cè)資源

電力系統(tǒng)要時(shí)刻保持供需平衡。傳統(tǒng)的做法是在負(fù)荷需求高時(shí)增加發(fā)電機(jī)組出力，但負(fù)荷高峰時(shí)段往往持續(xù)時(shí)間較短，為了滿足這部分需求而增加的發(fā)電和輸配電投資利用率很低，因此減少或者延遲需求側(cè)的電力負(fù)荷來實(shí)現(xiàn)供需平衡，這便是需求側(cè)響應(yīng)的核心。

通過固態(tài)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，終端控制一體化，可以預(yù)測(cè)并防止負(fù)荷激增。通過植入需求管理功能實(shí)時(shí)響應(yīng)負(fù)載變化，可以提高電力系統(tǒng)的靈活性。

2020年浙江省通過工廠、商場(chǎng)、電動(dòng)汽車充電設(shè)施等電力用戶參與需求調(diào)節(jié)，運(yùn)用市場(chǎng)手段匯聚了577萬千瓦削峰負(fù)荷、322萬千瓦填谷負(fù)荷的“資源池”，實(shí)現(xiàn)削峰填谷。相當(dāng)于少建一座500萬千瓦級(jí)的大型電站。

總而言之，在新能源替代傳統(tǒng)化石能源的低碳轉(zhuǎn)型進(jìn)程中，擴(kuò)大調(diào)節(jié)電源規(guī)模，對(duì)燃煤、燃?xì)怆姀S進(jìn)行靈活性改造；增加儲(chǔ)能容量，包括抽水蓄能和新型儲(chǔ)能；挖掘需求側(cè)潛力，如需求側(cè)響應(yīng)和虛擬電廠技術(shù)。將共同成為構(gòu)建電網(wǎng)系統(tǒng)靈活性和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，保障新能源大規(guī)模應(yīng)用。