综合能源系统助力实现“30•60”目标


来源:能源研究俱乐部   时间:2021-01-12 12:26:05


我国能源碳排放占碳排放总量的80%左右,实现“碳达峰”“碳中和”目标,核心是推动能源低碳转型和能源革命,本质措施是控制和缩减化石能源消费量、增加可再生能源发电比例、提升社会整体能效水平。当前,我国新能源正由补充型电源逐步向主力型电源发展,传统以单一系统纵向延伸为主增加可再生能源发电比重的能源发展模式,将不能满足能源革命在保障能源安全、提高能源效率和促进新能源消纳等方面的要求。

系统调峰调差压力巨大。近期,江西、湖南、河北等地电力尖峰负荷屡创新高,京津唐电网冬季负荷峰谷差达30%以上,给电网机组调峰带来了极大的压力;同时可再生能源发电比重的增加改变了传统电力系统的电源结构,导致电网调峰、调差压力持续增大。

新能源发电消纳难题突出。在“30•60”目标的要求下,未来10年我国年均新增风、光发电装机需不少于7500万千瓦,使传统发电机组一次调频、电网传输以及分布式可再生能源并网管理等压力剧增,集中式可再生能源异地消纳和分布式可再生能源利用等问题将会进一步突出。

用户单一供能风险加剧。近年来,以季节性和区域性为特征的高峰供电紧张和气荒现象多有发生,传统能源供应方式供能可替代性和保障性差等问题日益凸显。同时分布式电源装机的增加加剧了电力系统安全运行的风险,以传统单一能源供应的方式难以满足用户对用能可靠性、安全性的要求。

能源提质增效形势严峻。我国单位GDP能耗明显高于世界能耗强度平均水平,社会生产生活的工艺流程及相关供能设备能源投入产出比不高、设备运行未达到其较好的出力状态等因素限制了我国能效水平的提高,国内设备技术水平难以突破,社会整体能效水平提升缓慢。

用户节能降本需求迫切。随着市场经济的进一步发展,企业竞争压力越来越大,降低能源成本依然成为提升企业竞争力的重要因素。企业的用能管理需要从原来的粗放、单一、低效的管理方式逐步过渡到精细、综合、集约的管理形式,从而降低企业整体用能成本,提升企业产品的竞争力。

一、构建综合能源系统助力实现“30•60”目标

未来能源将会朝着清洁化、智慧化、去中心化、综合化(四化)方向发展,能源利用形式将会呈现冷、热、电、气能源在供应、传输、消费和转化环节的综合优化利用趋势。综合能源系统以“四化”为基本特征,以“两高三低”为目标(两高:系统综合能效的提高、系统运行可靠性的提高;三低:用户用能成本的降低、系统碳排放的降低和系统其他污染物排放的降低),整合冷、热、电、气等多种能源资源,推动打破传统单一能源发展的技术壁垒、市场壁垒和体制壁垒,实现多能源的互补互济和协调优化,有效提升了能源利用效率、促进了能源的可持续发展。因此,构建综合能源系统,有利于推动能源转型、助力实现双碳控制目标。

创新低碳发展规划技术,助力多元化清洁供给体系建设。通过创新综合能源系统规划技术,有效整合光伏、风电、热泵、沼气三联供、工业余热余压利用等分布式能源,从多种能源协同发展的角度设计优化能源生产模式,从多能耦合角度探索可再生能源供给比重扩大模式,打造以可再生能源为主体的综合能源低碳供能新结构,推动高比例可再生能源的综合能源系统建设,促进风电、太阳能发电装机容量增长,助力多元化清洁供给体系建设。

创新电源侧运行优化技术,助力新能源发电消纳能力提升。通过推动综合能源系统多能源高效运行技术创新,加强分布式可再生能源与多种能源的互动,实现可再生能源时空转换利用,促进分布式可再生能源发电就地利用;创新分布式可再生能源并网运行管理模式,以综合能源系统为主体实现与电网的交互,推动分布式可再生能源的有序并网;通过创新可再生能源、传统发电机组以及大型储能的协调运行技术,发挥储电、抽水蓄能等储能灵活资源与传统发电机组的调节能力,降低电网调峰和一次调频压力,促进集中式可再生能源消纳和错峰输送。

创新设备整体能效优化技术,助力用户用能成本有效降低。通过推动大数据、云计算等信息技术与能源物理技术的融合,挖掘不同工况下各类设备运行特性,实现各类能源设备物理出力状态的数字孪生;通过推动综合能源系统能源设备能效优化技术创新,从全局最优角度实现综合能源系统多类型设备的能效优化,以经济高效的设备运行策略满足用户用能需求,实现用户用能成本的有效降低。

创新多种供能设备互补耦合技术,助力用户用能安全可靠。以“两高三低”目标为导向,推动综合能源系统多能源高效互补耦合技术创新,整合热、电、冷、天然气、新能源等多种能源,实现多种能源间的互补互济和综合利用;通过推动综合能源系统源网荷储联动优化技术创新,有效调动多种供能设备互补和替代特性,以增强能源系统应对疫情、节日、突变天气等特殊事件下的保障能力,实现用户用能的安全稳定。

创新多能源主体市场交易技术,助力多元化市场机制完善。通过推动跨区域多能源系统市场交易技术创新,实现跨区域多能源的联动交互,促进跨区域能源消纳和交易机制完善;通过培育虚拟电厂、负荷聚集商、储能电站等新型市场主体,建立能源消费与能源生产的互动以及不同能源需求之间的协同关系,推动需求响应等辅助市场的市场主体和规则完善;以综合能源系统灵活性特点为基础,加强与其他市场主体的合作与交互,促进能源供给的集权优化和市场主体间的合作共赢。

二、综合能源视角下双碳控制目标的解决思路

综合能源系统是在全球致力于低碳发展、能源转型的宏观背景下,受技术、市场、政策以及产业生态发展等多重因素驱动,传统能源产业融合清洁化、智能化、去中心化、综合化等新要素形成的能源新业态。为充分发挥综合能源系统对能源革命、双碳控制目标实现的支撑作用,需要从顶层设计、技术创新、基础设施建设以及商业模式等方面,探索综合能源视角下“30•60”目标发展新思路。

合理规划顶层设计。立足于我国能源转型和能源电力行业自身的特点,以综合能源系统为纽带,推动传统能源与新能源的协同发展;确保综合能源行业管理和监管体系协调统一,共同推动各能源品种之间打破行业壁垒;融合传统垂直产业链,推动分布式可再生能源项目开发和布局,从而深入推进工业、建筑、交通运输、公共机构等重点领域和重点单位节能减排。

加大技术创新力度。加快可再生能源开发利用关键设备创新研发,加快数字信息技术与能源物理技术的融合,着力解决可再生能源利用造价高、效率低等“卡脖子”问题;加快综合能源耦合型设备关键技术研发,突破限制多能源耦合转化的技术壁垒,进一步增强异质能源的互补性和可替代性。

加强基础设施建设。加强清洁能源和多类型储能设施建设,鼓励因地制宜建设含高比例可再生能源的综合能源系统,推动分布式清洁能源就地消纳;加强智能终端和智慧能源平台建设,实现能源生产消费的智能监测、诊断和调控,鼓励能效水平低、污染排放大的老旧设备更新迭代,推进老旧园区综合能源改造项目。

推进商业模式创新。以低碳应用为基本思路,创新以客户为中心的综合能源服务模式,推进差异化综合能源解决方案创新;鼓励以可再生能源为主的多种能源供应主体的共赢合作,以低碳、高效、经济为主要原则,创新多主体投资、运营、利益分配机制,创建互利互惠的商业生态圈。

推动电力市场建设。推动新能源积极参与电力市场竞争,完善电价机制,建立公平合理的调峰辅助服务市场;推动以用户侧综合能源系统为主体的电力现货市场交易模式,激发用户侧资源参与电力市场的活力,依托综合能源系统,形成涵盖电力市场、碳交易市场、绿色配额交易市场、煤电联动机制等多类型市场机制。

综上所述,综合能源系统是能源电力系统未来的重要转型方向。“十四五”期间,分布式风电和光伏电源将会得到较大的发展,综合能源系统将在促进新能源消纳、保障供能安全可靠方面发挥更大的作用,政府应推动重点排碳行业的综合能源系统示范工程落地,着力改善用户用能质量、降低用能成本、提高能效水平,为我国实现能源革命和“30•60”目标作出贡献。

作者系华北电力大学能源互联网研究中心,原文首发于《电力决策与舆情参考》2021年1月1日第1、2期,

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