未來，電力系統(tǒng)和能源系統(tǒng)可能是兩套體系并存：一個是以大電網(wǎng)為基礎(chǔ)的“電-氫”體系，另一個是“分布式新能源+儲能微網(wǎng)系統(tǒng)”。
發(fā)展綜合智慧能源是推動能源轉(zhuǎn)型升級、創(chuàng)新發(fā)展模式的重要方向之一。新常態(tài)下，綜合智慧能源發(fā)展面臨著機遇和挑戰(zhàn)，需要不斷地創(chuàng)新突破和政策支持。
新能源發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)
挑戰(zhàn)一：目前，新能源已經(jīng)沒有“護城河”技術(shù)，行業(yè)競爭加劇，從過去的藍(lán)海變成了現(xiàn)在的紅海
國內(nèi)外新能源發(fā)展非常迅速，經(jīng)過近一二十年的發(fā)展，整個產(chǎn)業(yè)鏈已沒有“卡脖子”的技術(shù)。全球新能源風(fēng)、光、儲十大龍頭企業(yè)中，絕大多數(shù)都是中國企業(yè)。
隨著技術(shù)的進步，新能源的開發(fā)成本也在逐年降低，資金壁壘已經(jīng)消失。往回看十年，光伏成本下降了90%，風(fēng)電下降了50%左右，儲能也下降了90%以上。預(yù)計光伏的成本還將再降60%～70%，一度電一毛錢，甚至一度電一美分，是指日可待的。但是“雙碳”目標(biāo)確立后，群雄逐鹿，加之政策的不確定性，導(dǎo)致新能源行業(yè)惡性競爭的狀況愈加嚴(yán)重。
挑戰(zhàn)二：新能源開發(fā)的底層邏輯發(fā)生了變化，給整個行業(yè)的發(fā)展帶來新挑戰(zhàn)
過去，中國新能源電量優(yōu)先收購、帶補貼電價高于火電。但短短十余年間，新能源從補貼退坡到平價上網(wǎng)，再到馬上進入電力現(xiàn)貨市場，電價呈下行趨勢，甚至出現(xiàn)負(fù)電價，這也是正常的競爭規(guī)律，因為新能源的不穩(wěn)定性導(dǎo)致其無法實時響應(yīng)電網(wǎng)或者用戶側(cè)需求，在電力現(xiàn)貨市場中缺乏競爭力。
今年5月1～2日，山東電力現(xiàn)貨市場出現(xiàn)了連續(xù)22個小時的負(fù)電價，價格區(qū)間為-0.085元/千瓦時至-0.032元/千瓦時。這種情況在發(fā)達(dá)國家電力現(xiàn)貨市場屢見不鮮，未來在我國也會成為常態(tài)。過去新能源電量和電價都是確定的，很容易確定它的回報率，但現(xiàn)在新能源量、價，以及未來政策邊界都存在較大的不確定因素，改變了新能源發(fā)展的底層邏輯。新能源企業(yè)要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須從單純的項目開發(fā)商向綜合智慧運營商轉(zhuǎn)型。
國際案例也帶給我們這方面的啟示。例如，著名的美國加州電網(wǎng)凈負(fù)荷“鴨子曲線”，反映了不斷增長的光伏裝機容量帶來的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致白天的凈需求減少（鴨子的腹部），日落時急劇增加（鴨子的頸部），腹部越來越深，頸部每年都變得越來越陡峭。從那時起，電力行業(yè)一直在努力改善電網(wǎng)在鴨子曲線下的運行方式，因為“腹部”會導(dǎo)致過度發(fā)電問題和可再生能源棄電，而“頸部”會讓電網(wǎng)企業(yè)提供非常高的出力響應(yīng)速度。更靈活的供電能力對于應(yīng)對這些挑戰(zhàn)至關(guān)重要。近三年來，這種狀況并未得到緩解。最近，加州電網(wǎng)白天太陽能大發(fā)時段的凈負(fù)荷已達(dá)到零或變?yōu)樨?fù)值，“鴨子曲線”已經(jīng)加劇成“峽谷曲線”。
當(dāng)然，也有化解的方式。從宏觀上看，通過V2G（車網(wǎng)互動）技術(shù)能夠比較好地緩解這個問題?？梢运阋还P賬：如果全國3000萬輛電動車通過V2G均衡地為電網(wǎng)調(diào)峰，大約能提供3億千瓦時的調(diào)節(jié)能力，目前全國最大的用電負(fù)荷為13.39億千瓦，一般的峰谷差就是30%～40%，理論上可以通過3000萬輛電動車的調(diào)峰能力平抑當(dāng)前峰谷量。
從微觀上，如果加州每家每戶配置10千瓦時的儲能，就能比較好地平抑“鴨子曲線”，因為白天可以多儲多用，晚上把儲存的電釋放出來，可以在很大程度上減少對電網(wǎng)的沖擊。
挑戰(zhàn)三：我國能源資源與需求逆向分布，需要通過特高壓遠(yuǎn)距離輸送，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提出更高要求
目前我國已建成特高壓線路35條，每年送電超過9000億千瓦時，占全社會用電量不到11%，其中輸送風(fēng)電、光伏電量更少，大概只有1500億千瓦時，占全社會用電量不到2%。
在省級大電網(wǎng)消納新能源同樣面臨很大的困難。當(dāng)風(fēng)電、光伏總發(fā)電量占比超過30%～40%時，大電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率、電壓、功角穩(wěn)定極限及高昂的成本決定了其消納新能源的天花板。從一些發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗來看，新能源占比最高僅能達(dá)40%左右，這個比例很難再提上去，在技術(shù)、經(jīng)濟和安全上都會有很大的難度和挑戰(zhàn)。
從經(jīng)濟性的角度看，也面臨很大的挑戰(zhàn)。新能源平價上網(wǎng)不等于平價利用，除新能源場站成本外，新能源利用成本還包括靈活性調(diào)峰電源投資、系統(tǒng)調(diào)節(jié)運行等系統(tǒng)成本。隨著新能源規(guī)?？焖僭鲩L，系統(tǒng)調(diào)節(jié)成本將顯著提高。據(jù)國家電網(wǎng)公司測算，新能源電量占比超過10%以后，每提升5個百分點將增加消納成本0.088元/千瓦時，因此，需要科學(xué)合理地疏導(dǎo)相關(guān)成本。如果我國新能源占比達(dá)到像德國40%以上，那么單是電網(wǎng)的消納成本就將高達(dá)0.5元/千瓦時以上，新能源就沒有競爭力了，這顯然是不可持續(xù)的。
大規(guī)模間歇性可再生能源并網(wǎng)使得供應(yīng)側(cè)的可控性逐漸降低，電力系統(tǒng)的基本運行特征也由需求側(cè)單側(cè)隨機系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣┬桦p側(cè)隨機波動系統(tǒng)。過去，在可再生能源上網(wǎng)電量規(guī)模還不是特別大的情況下，消納問題在電網(wǎng)方面的協(xié)調(diào)下可以得到相應(yīng)解決，而當(dāng)可再生能源電量超出一定規(guī)模后，僅靠電網(wǎng)來協(xié)調(diào)解決問題就非常困難或者成本巨大。一般來說，當(dāng)風(fēng)、光發(fā)電量占到整個電力系統(tǒng)的40%以上時，傳統(tǒng)電網(wǎng)的調(diào)節(jié)方式便難以為繼。
挑戰(zhàn)四：來自技術(shù)上的挑戰(zhàn)
雖然我國新能源企業(yè)在全球處于主導(dǎo)地位，但從聚合技術(shù)，尤其是能源和其他工業(yè)、交通領(lǐng)域的融合來看，與國外先進國家相比，如美國、日本和德國，還有一定差距。根據(jù)中國21世紀(jì)議程管理中心對科技研發(fā)的相關(guān)判斷，實現(xiàn)碳中和的三大核心技術(shù)是低碳、零碳和負(fù)碳技術(shù)，目前已進入商業(yè)運營的技術(shù)僅占30%左右，未來實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的大多數(shù)先進技術(shù)還在研發(fā)中，部分還處在概念設(shè)計階段。
“十四五”是我國實現(xiàn)碳達(dá)峰的關(guān)鍵期、窗口期，隨著“雙碳”目標(biāo)向縱深推進，希望有更多、更好的技術(shù)能被研發(fā)出來，為碳中和服務(wù)。
挑戰(zhàn)五：綠電的零碳價值未得到體現(xiàn)，潛在價值有待挖掘
隨著新能源進入全面平價或溢價上網(wǎng)時代，如何開拓除了售電以外的綠色資產(chǎn)變現(xiàn)渠道，成為業(yè)界關(guān)心的話題。近日，國家發(fā)展改革委、財政部、國家能源局聯(lián)合發(fā)布通知提出，進一步健全完善可再生能源綠色電力證書（綠證）制度，明確綠證適用范圍，規(guī)范綠證核發(fā)，健全綠證交易，擴大綠電消費，實現(xiàn)綠證對可再生能源電力的全覆蓋。未來，應(yīng)該進一步把自愿綠證交易市場變成強制性的綠證交易市場，讓風(fēng)電、光伏發(fā)揮應(yīng)有的零碳價值，并且與碳市場做好銜接。
挑戰(zhàn)六：國際貿(mào)易出口碳關(guān)稅帶來的挑戰(zhàn)
在促進可再生能源消納方面，可再生能源配額制、綠電綠證交易等體系，與國家核證自愿減排量（CCER）體系都能夠促進可再生能源的發(fā)展，但需要進行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，避免對可再生能源形成重復(fù)激勵等問題。同時，應(yīng)盡快推動綠證國際互認(rèn)互通，實現(xiàn)綠證交易體系、價格與國際市場接軌，增強新能源及相關(guān)承載能產(chǎn)業(yè)海外市場的競爭力。未來，應(yīng)在建立統(tǒng)一規(guī)范的綠電認(rèn)證與交易體系基礎(chǔ)上，加強CCER和綠電、綠證等系統(tǒng)的信息流互通，為CCER項目發(fā)電量、減排量核證提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)憑證。
綜合智慧能源發(fā)展機遇
一是“雙碳”目標(biāo)帶來的機遇。未來3年，全國電力需求仍將保持剛性增長，預(yù)計2025年全社會用電量將達(dá)到9.8萬億～10.2萬億千瓦時。到2060年，綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟體系和清潔低碳安全高效的能源體系全面建立，能源利用效率達(dá)到國際先進水平，非化石能源消費比重達(dá)到80%以上。
電氣化發(fā)展是實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的有效途徑，在電氣化加速的情景下，電能占終端能源消費比重穩(wěn)步提升。通過構(gòu)建多元清潔電力供應(yīng)體系，深入實施工業(yè)、建筑、交通、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的電能替代，全國電能占終端能源消費比重將從目前的26.5%提升至2022年的65%，其中工業(yè)、建筑、交通、農(nóng)業(yè)與鄉(xiāng)村居民生活的電氣化率將從2022年的27.1%、 49.5%、4.5%、39.8%分別提高至2060年的70%、80%、60%、80%，能效水平顯著提升，加強綠色低碳科技創(chuàng)新，深化市場化改革，可推動全社會電氣化水平持續(xù)提升。
二是發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)前世界能源技術(shù)變革的重要方向。要實現(xiàn)碳中和目標(biāo)，可再生能源裝機需要達(dá)到用電負(fù)荷容量的數(shù)倍。可再生能源長時間高出力給系統(tǒng)消納、安全和儲能帶來極大挑戰(zhàn)。未來電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力至關(guān)重要，直接關(guān)系著電力系統(tǒng)平衡與安全，決定了可再生能源的消納利用水平。發(fā)揮氫氣大規(guī)模、長時間存儲優(yōu)勢，大規(guī)模部署電解水制氫儲能作為靈活性資源，在電源側(cè)和電網(wǎng)側(cè)跟蹤可再生能源波動性，靈活響應(yīng)消納系統(tǒng)中多余的風(fēng)光出力，可有效提升能源供給質(zhì)量、提高可再生能源消納利用水平?？稍偕茉粗茪涫俏磥淼陌l(fā)展方向。
氫能可促進交通、鋼鐵、化工等領(lǐng)域大規(guī)模減碳。預(yù)計2060年，化工、鋼鐵、建材等行業(yè)的綠氫總需求約為3000萬噸，交通領(lǐng)域綠氫需求將達(dá)到1500萬噸左右。在交通領(lǐng)域，結(jié)合綠氫生產(chǎn)，氫燃料電池汽車是推動我國道路交通領(lǐng)域碳減排的重要途徑之一。在工業(yè)領(lǐng)域，結(jié)合綠氫的氫冶金技術(shù)，是鋼鐵產(chǎn)業(yè)綠色低碳發(fā)展的終極方向。電能和氫能替代，以及二氧化碳捕捉技術(shù)能夠顯著降低化工行業(yè)的碳排放。由此可見，氫能是優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)、解決相關(guān)領(lǐng)域深度脫碳的重要解決方案。
三是“新能源+”融合發(fā)展給國家能源安全提供了巨大的保障。我國能源資源分布不均衡，全國86%以上的煤炭資源集中在山西、內(nèi)蒙古、新疆、陜西等西北部地區(qū)，東中部地區(qū)能源資源比較匱乏，能源安全問題較為突出。要加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，提升非化石能源的替代能力，形成風(fēng)、光、水、生、核、氫等多元化清潔能源供應(yīng)體系。例如，氫能可以促進更高份額的可再生能源發(fā)展，有效減少我國對油氣的進口依存度，這是一個很有效的能源安全保障路徑。
碳中和帶來一個最深刻的改變，就是將能源從資源屬性轉(zhuǎn)變?yōu)榭萍紝傩浴Ｄ茉垂┙o將由高碳排放的化石能源為主轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵏咝У目稍偕茉礊橹?，能源生產(chǎn)從主要依靠資源轉(zhuǎn)變?yōu)楦嘁揽靠萍佳b備。在新能源技術(shù)裝備方面，我國的風(fēng)電和光伏處在全球領(lǐng)先位置。因此，要抓住能源屬性切換的歷史機遇。
新能源融合發(fā)展就是以綠色低碳發(fā)展為核心，突出跨界融合、要素融合、產(chǎn)業(yè)融合、區(qū)域融合，創(chuàng)造新模式和新業(yè)態(tài)，形成有機價值共生體系。未來，新能源的主要開發(fā)模式包括三個方面：一是“水+風(fēng)+光+儲”多能互補新能源基地開發(fā)建設(shè)；二是依托科技創(chuàng)新和金融創(chuàng)新，創(chuàng)新分布式能源應(yīng)用新模式；三是因地制宜開展農(nóng)光互補、漁光互補、光伏建筑一體化（BIPV）、光伏治沙等“新能源+生態(tài)”項目，探索生態(tài)能源發(fā)展道路。
未來，電力系統(tǒng)和能源系統(tǒng)可能是兩套體系并存：一個是以大電網(wǎng)為基礎(chǔ)的“電-氫”體系，另一個是“分布式新能源+儲能微網(wǎng)系統(tǒng)”。“電-氫”系統(tǒng)是借助“清潔能源基地+特高壓+氫能與儲能”完成跨時空能源轉(zhuǎn)移供應(yīng)，保障大電網(wǎng)體系的電力供需平衡與穩(wěn)定，實現(xiàn)“綠能從遠(yuǎn)方來”?！胺植际叫履茉?儲能系統(tǒng)”則通過就近取材，就地消納利用，擺脫對大電網(wǎng)的依賴（至多依靠大電網(wǎng)弱連接的備用），形成多個獨立的微電網(wǎng)，各個微電網(wǎng)之間又互相備用支撐，實現(xiàn)“綠能從身邊取”，保障經(jīng)濟社會發(fā)展走向低碳、零碳。
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