《“双碳”目标下电力新基建如何发力》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2023-04-11
  • 新型基础设施建设主要包括5G基站、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网等七大领域的建设。每一项新基建均与电力行业息息相关。

    发展特高压新基建

    助力国家能源低碳安全

    国家能源安全旨在对能源供应中断、能源价格暴涨等紧急情况,以合作和协调的方式做出长远规划,以维持能源供应的长期稳定性。能源安全与气候变化问题密切相关,如近50年来,随着二氧化碳排放浓度的增加,全球变暖正以过去2000多年来前所未有的速度发生,伴之而来的洪涝、干旱、极热、极寒气候极端现象正在增多。

    我国大西北的沙漠、戈壁、荒漠,西南的大江大河等,可以充分开发清洁能源。我国的能源规划方式是“建设大基地,融入大电网,建立大市场”。金沙江等地开发大型水电基地;酒泉等地开发9个千万千瓦级大型风电基地;青藏高原等地开发大型光伏基地。通过特高压新基建,实现“西电东送,北电南供”,2025年实现跨区跨省送电3.6亿千瓦;2035年跨区跨省送电5.5亿千瓦;2050年跨区跨省送电7.4亿千瓦。

    发展大数据中心新基建

    助力能源领域精准投资

    利用“大云物移智”现代信息技术与能源技术深度融合,通过数字化、智能化实现能源领域的精准投资与经济运行。电源侧打造新能源云平台,促进新能源大规模、高比例并网和消纳;打造风光水火储多能互补系统,实现多能协同供应和梯级利用。电网侧打造源网荷储友好互动平台,促进电网向智慧、泛在、友好的能源互联网升级;通过“电从身边来”实现分散化自我平衡,通过“电从远方来”实现不平衡能量交换。负荷侧打造电力负荷弹性管理平台,支撑储能、电动汽车、弹性负荷等广泛接入;能源主体由单一能源的生产、传输、存储和消费者,向集多种能源生产、传输、存储和消费为一身的自平衡体转变。通过源网荷平台的综合,实现能源全过程实时感知、可视可控、精益高效,提高精准投资与经济运行。

    利用数据感知层,采集投资、运行、营销、检修业务流运营的数据流,采集源网荷储能量流的数据流,采集冷热电气、辅助服务、碳交易资金流的数据流;利用数据网络层,传输数据流、能量流;利用数据平台层,进行数字孪生,挖掘业务流之间、资金流之间、能量流之间的数据流匹配关系,横向纵向对比,构建数据之间匹配关系;利用数据应用层,优化分配投资流,优化调度能量流,优化提升业务流。

    发展工业互联网新基建

    助力能源资产提质增效

    利用互联网技术,提升能源生产、传输、存储、消费等各环节的灵活性,优化能源生产方式、供应方式和消费方式,提升清洁能源在生产端与消费端的比重;打通各节点、主体间的服务流、信息流、资金流,实现覆盖能源生产、传输、交易、消费多环节即时感知与监测;利用各类能源信息的共享,发掘大数据价值,实现能源系统动态优化。

    利用互联网技术,实现电源、电网、负荷和储能之间的源源互补、源网协调、网荷互动、网储互动和源荷互动,打造能源互联网。源源互补,指通过灵活发电资源与清洁能源之间的协调互补,解决清洁能源发电出力受环境和气象因素影响而产生的随机性、波动性问题,提高新能源的利用效率。源网协调,指通过电网调节技术解决新能源大规模并网及分布式电源接入电网时的柔性,让新能源和常规电源一起参与电网调节。网荷互动,指将负荷转化为电网的可调节资源,即柔性负荷,在电网出现频率偏离时,通过负荷主动调节和响应来平稳电网频率,确保电网安全经济可靠运行。网储互动,指发挥储能装置的双向调节作用,在用电低谷时作为负荷充电,在用电高峰时作为电源释放电能,为电网提供调峰、调频、备用服务。源荷互动指时空分布广泛的多类电源和负荷,均可作为可调度的资源参与电力供需平衡控制,用户聚合改变用电时间来消纳新能源。

    利用互联网技术,整合一个区域内的可再生能源、煤炭、石油、天然气等多种资源,实现异质能源间的协调规划、优化运行、多能转换、交互响应,满足客户多元化用能需求,提升能源利用效率。整合一个园区内的综合能源服务,实现天然气冷热电联供、分布式能源、微网、储能设施、电动汽车充放电等的互补互济,实现多能协同供应和能源综合梯级利用,降低能源生产成本,提高能源消费效率。

    利用互联网技术,对线路、变电站运行状态实时感知,隐患实时监控,故障自动定位自动隔离,精准抢修、主动检修,减少停电次数和停电范围,实现配电线路、变电站智能检修;对温度、湿度、水位、气体,通过传感器全面感知,发生变化时自动报警,实现电缆隧道智能监测;主变、环网柜、杆塔内置传感器,设备状态实时感知,实时防破坏防盗窃,实现设备资产智能管理。

    发展人工智能新基建

    助力能源绿色低碳

    用先进的人工智能技术,对分布在不同地点的电厂可以实现远程预警、分析、诊断、优化和调度;通过持续学习历史数据和实时数据,形成设备预警、设备诊断、能耗分析、自动品质评估、燃料分析、负荷优化、技术监控,帮助电厂降低煤耗,提高设备可靠性,满足环保要求,获得经济效益。

    风能、太阳能具有间歇性,需要一种可以确保供需始终处于均衡状态的智能技术,实现能源供需的精准预测。风电与光伏,需要通过现货市场来消纳;通过人工智能技术让用户设备实时感应现货市场的实时电价,逆电价智能启停或者调整电器,如遥控启停空调以提前预热或者预冷等,可以实现用电削峰填谷,消纳新能源;用户节电节费,获得用电权转让效益;售电公司降低购电成本;发电与电网企业减少备用,电网减少线损,发电降低煤耗。

    电力稳定依赖于发电侧和用户侧的供需实时平衡,通过智能技术构建“虚拟电厂”,即聚合各类可控负荷、分布式发电资源、储能等,针对分布式资源,快速响应,实时协调控制,实现精准的需求侧响应及调峰调频服务等。“虚拟电厂”可以在破解清洁能源消纳难题、实现绿色能源转型方面发挥重要作用,实现对分布式能源的负荷预测、响应分配、实时协调控制和储能充放电管理,参与电力交易市场和需求响应。

    发展人工智能新基建

    助力能源绿色低碳

    电动汽车充电站作为新基建,可以发挥聚合分散电动汽车的功能形成聚合商,参与现货市场购售电,获得价差收益;聚合商还可以基于电网公司代理工商业购电价格表,充电站基于其峰谷电价价差,获得价差收益;参与调峰市场,消纳新能源,获得调峰市场回报以及消纳绿电获得绿证;参与用电高峰阶段的顶峰,获得备用市场价值;顶峰时减少煤电顶峰,减少煤电发电量,获得减少碳排放价值。

    构建“车联网”管理平台,电动汽车与分布式光伏、储能、可调节负荷等资源进行耦合,参与现货市场、辅助服务市场及需求响应。充电桩、充电站打捆联合参加批发电力市场,以长期合同、代理竞价等不同方式进行市场化交易;设计电动汽车充电运营商购买绿证或绿色电力的交易机制,促进电动汽车对新能源的消纳;分析电动汽车充放电行为与电力系统运行之间的关系,优化调整充放电行为;电动汽车作为一种特殊的储能设施,可以帮助平衡新能源发电的影响,实现对新能源的消纳及对电网的削峰填谷。打通充电站网、能源网、车联网、互联网、交通网,建立充放电设施的互通机制,多网融合,参与平衡电网负荷,并消纳绿色能源。

  • 原文来源:https://www.in-en.com/article/html/energy-2323285.shtml
相关报告
  • 《双碳目标下必须加快能源技术创新》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2021-03-31
    • “国家能源集团宣布将在‘十四五’时期实现清洁可再生能源的跨越式发展,计划新增装机7000-8000万千瓦。”在接受记者采访时,国家能源集团北京低碳清洁能源研究院(下称“低碳院”)院长卫昶说。 自2020年9月我国提出“30·60”双碳目标至今,能源企业纷纷加快行动,多家能源央企近期陆续公布了行动计划,卫昶指出,可再生能源的规模化、传统能源的碳减排、能源细分领域的技术创新和碳市场的有序发展非常重要。 ■可再生能源、碳减排双管齐下 “我国目前的能源结构中,煤炭仍占很大的比重,对中国来讲,要实现碳达峰、碳中和的目标,面临很大挑战,我们必须大规模发展可再生能源。”卫昶向记者坦言,“但好在我国可再生能源已经有了很好的产业基础,风电、光伏等清洁能源的发电成本已出现了大幅下降,前景非常光明。” 在卫昶看来,由于可再生能源自身天然的不确定性和间歇性,以及电网系统的灵活性和兼容性仍有待提高,基于智慧电网的技术创新以及储能技术的提升和大规模应用不可或缺。 卫昶认为,在大力发展可再生能源的同时,不能忽视化石能源的碳减排,尤其是燃煤发电碳排放的大幅度降低仍然是一个挑战,产能限制和效率提升是短期可能实现的途径,但最终还是要归结到二氧化碳的捕集、封存或者应用(即“CCS”或“CCUS”),这亟待技术突破以实现其规模化和成本降低。 “二氧化碳的最终去处是关键。”卫昶说,“一方面封存的成本依然偏高,而且要考虑封存后的长期稳定性;另一方面应用的需求与排放量不匹配,而且二氧化碳转化技术距离实际应用依然很远。二氧化碳封存和转化可能是并存的路径”。 ■成本问题是“相对的” 在卫昶看来,推动可再生能源大规模并网应用和化石能源碳排放的大幅度降低以光伏、风电、储能、CCUS等领域的技术创新和技术突破为前提。他说:“在风电领域,海上风电的大规模开发将会成为行业的一大增长亮点。在光伏领域,除组件本身效率的进一步提升外,从集中式到分布式、进一步到移动式甚至可穿戴式光伏应用场景的变化也值得期待。在储能方面,成本依然会有较大的提升空间,不论是当前广泛应用的锂电池,还是正在兴起的大规模高安全性能的液流电池储能系统,在未来都将会有更大的应用前景。” 卫昶提到,储能不仅仅是储电这一种形式,储热、储氢等领域都是亟待开发的“新星”。“事实上,在太阳能领域,由光转换为热的效率远比光转化为电更高,如何将太阳能以热的形式储存起来,直接用于对高品质热有较大需求的领域,或许是未来值得重视的技术创新领域。 尽管技术前景颇为乐观,但从目前国内技术研发现状来看,不论是大规模储能,或是“绿氢”和储热等新兴领域,“成本之困”始终是业内关注的一大焦点,企业怎么算“经济账”? 在卫昶看来,成本问题都是“相对的”,随着全国碳市场的逐步建立成熟,低碳技术的应用也将迎来新动力。“从商业维度来讲,成本应是企业最为重要的考量因素。”卫昶指出,“如果二氧化碳减排能够有充分的价值体现,成本的计算方式就有所不同,新技术的发展成本就会是相对的。” ■新兴技术产业链有待打通 卫昶认为,对于氢能、光热等新兴领域而言,打通全产业链将更加利于降本。 “以氢能为例,目前我国氢能行业还在产业发展初期,未来有很大的发展潜力。在可再生能源电解制氢方面,随着可再生能源成本的降低、电解效率的提升、新型制氢办法的推动,都会进一步降低制氢成本,同样加氢站的大规模建设和使用也会有效降低加氢设备的成本。我国目前氢能发展基础设施建设尚不完全,国内在营加氢站数量还不够多,氢能产业链发展也不完整,这导致了氢能应用的整体成本偏高。此外氢能领域中部分关键零部件尚不能国产化,甚至还存在‘卡脖子’的现象,直接导致了成本居高不下。”卫昶表示。 “同理,光热领域也面临着类似的问题。事实上,低碳院目前也正研发最新的储热材料,取得了很好的进展,但光热这一领域仍面临着尚未规模化、产业链不成熟的瓶颈,要进行大规模推广尚需时日。”卫昶称。
  • 《碳中和目标下煤电未来如何定位?》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-12-04
    • 在中国提出“2030年碳排放达峰、2060年实现碳中和”目标后,曾经饱受争议的煤电加速退出路径逐渐明朗。 目前全球已经有不少国家和地区承诺将在本世纪中叶实现碳中和。但对于碳排放已经达峰的一些发达国家来说,它们有60至70年的时间从“碳达峰”平稳过渡到“碳中和”,但中国则承诺,将用30年的时间来完成这一转变。 这意味着,中国能源转型速度将远远超过发达国家,清洁能源、可再生能源将迎来爆发式增长。 为了实现碳中和目标,“十四五”期间必须严控煤电规模。这是因为,煤电是中国碳排放最大的领域。同时由于中国还处在城镇化、工业化进程中,电气化将成为各行业的主要脱碳手段。再加上电力是技术上最容易脱碳的部门,那么电力需要在各行业中做最早达峰的排头兵。 华北电力大学经济与管理学院教授袁家海基于碳中和目标,提出了一个电力系统脱碳路线图:到2025年达峰,2035年之后碳排放快速下降,2050年实现近零排放,2060年要达到负排放。这就要求,“十四五”期间,煤电总装机必须达峰,而且控制在目前的11亿千瓦左右。 现存的煤电装机角色也将发生改变,在未来可再生能源占据主导的电力系统中,其调峰调频、辅助服务等功能将愈发突显。 煤电规模亟待严控 “要实现碳达峰、碳中和,‘十四五’期间能源的增量主要得依靠非化石能源,特别是可再生能源。”中国工程院院士、原副院长杜祥琬表示。 目前,煤电仍然稳居我国第一大能源。 截至2019年底,全国煤电装机高达10.4亿千瓦,占全球总装机一半;2019年煤电发电量4.56万亿千瓦时,占全国发电量比重达63%。 煤炭是碳排放强度最大的化石能源。全球能源互联网发展合作组织发布的数据显示,煤电产生的二氧化碳排放占全国总排放量的43%,是未来减碳的最大主体。 近几年来,外界一直呼吁应严控煤电发展,但是目前我国对煤电的发展政策,却是时紧时松,未能真正抑制住煤电的无序建设冲动。不仅如此,在新冠疫情下,许多地方为了拉动投资、刺激经济,在煤电行业亏损面高达50%的情形下,仍逆势上马一批煤电项目。 与此同时,国家能源局也连续三年放松了中国煤电风险预警。今年2月,国家能源局发布2023年煤电规划建设风险预警结果,33个预警地区中,红色地区从2021年的17个,2022年的8个,减少为2023年的3个。红色预警是一个约束性指标,表示煤电装机明显冗余、系统备用率过高,不能核准和开工建设新的省内自用产能。 袁家海发布过一组统计数据显示,目前各开发阶段(在建、缓建、停建、封存、核准、核准前开发和宣布)煤电项目的容量共计4.13亿千瓦。如果全部完成,这将是一个巨大的装机规模,占全国现有煤电装机量的40%,给实现碳达峰目标增加了很大阻力。 从一个能源企业中长期发展角度来看,发展煤电项目也并非明智的选择。事实上,近年来我国煤电行业日子并不好过。由于电力市场过剩、新能源竞争冲击、高煤价低电价“两头挤压”等多种因素叠加、长期综合作用,煤电企业接连亏损,负债率高企。 全球能源互联网发展合作组织在《中国“十四五”电力发展规划研究》给出过预警,当前开始每新增1亿千瓦煤电机组,不仅将增加超过3000亿元资产损失,同时会导致2030年前将累计减少清洁能源装机约3亿千瓦。 可再生能源补缺 严控煤电装机规模,以后的增量用电需求如何满足?能源安全如何保障? 目前业内普遍预计到2025年、2035年我国将新增用电需求1.8万亿、2.4万亿千瓦时左右。 全球能源互联网发展合作组织在报告中给出了具体结论,认为若在2025年前不再新增煤电,并在2035年前逐步退出1.9亿千瓦装机,新增需求和煤电退出缺口可全部由清洁能源满足,清洁能源发电量年均增速仅需达到6.8%,低于2015年来10%的增速,完全可以实现。 该机构认为,其中“十四五”风电和光伏装机有望达到2.9亿千瓦、3.2亿千瓦,平均每年新增风电装机5800万千瓦、光伏6400万千瓦,合计为1.22亿千瓦。这些风电和光伏新增装机加上其他清洁能源新增装机,将完全可以满足“十四五”新增用电需求。 从国际经验、技术储备以及行业发展阶段看,清洁能源完全可以成为真正的主力能源。 近期,国家气候中心联合国家发改委能源所、北京大学、国网能源研究院等几家机构共同做了一个研究,结果表明,预计到2050年如果中国国内风电装机达到25亿千瓦、光伏装机26.7亿千瓦,按照全国小时级的电量互动平衡,不需要储能和需求侧响应,仅靠风光就可以提供全国67%的电力电量需求,同时弃风弃光率比率不到8%。 未来,风电和光伏等可再生能源,将在成本、环保等方面,以压倒式优势让煤炭等化石能源加速退出。 煤电未来如何定位? 但是煤电加速退出,可再生能源大规模发展,也带来了新的问题。 对整个电力系统而言,随着风电、光伏等可再生能源高速增长和煤电的不断退出,将从局部地区开始逐渐形成一个新能源电力高占比的电力系统。 这是一个巨大的挑战。在11月2日举行的全球能源互联网大会上,中国工程院院士郭剑波认为,高比例新能源电力系统电力总量充盈与时空不平衡矛盾突出,新能源消纳和电力系统安全的矛盾突出,将对电力系统的市场机制设计、规划设计、生产管理、运行控制带来挑战。 在这种情况下,可以提供灵活性辅助服务的煤电就派上了用场。郭剑波认为,可以通过调整煤电区域性功能定位,从电量型电源向电力电量型电源转变,充分发挥自身基础电源的优势,通过提供灵活性服务来提升新能源消纳。 全球能源互联网发展合作组织也认为,在碳中和目标下,煤电未来的定位应该是,总量逐步减少,功能向调节性电源转变。煤电装机2025年达峰11亿千瓦后,逐步减少至2035年9.1亿千瓦、2050年4亿千瓦左右。煤电将主要发挥辅助服务、保障灵活性和可靠性等作用。 在严控规模的同时,煤电存量机组优化改造,也是实现我国煤电清洁高效发展的重要举措。2019年底我国共有8.9亿千瓦煤电机组实现了超低排放,占全部煤电机组的85%。袁家海建议,“十四五”期间继续推进剩余具备条件的煤电机组超低排放和节能改造,对于不具备条件的煤电机组适当采取“上大压小”的方式进行替代,进一步降低煤电平均供电煤耗。 为更快实现碳排放达峰和碳中和目标,加速煤电退出,还需要市场机制设计与配套政策完善。如在电力市场基础上引入碳市场。 袁家海表示,未来在电力市场基础上引入碳市场,充分发挥现货市场竞价规则的作用,进一步完善省间交易机制,打破僵化的利益分配格局,做大跨区输电的“盘子”,实现在更大范围内的资源调配与电力互济。 充分发挥现货市场竞价规则的作用,碳市场将提升煤电发电成本,从而倒逼落后的低效煤电机组的竞争性淘汰。碳排放有了成本,燃煤机组出力必将减少,而水电、风电和光伏出力不会受到太大影响。 “碳市场+电力市场”会拉高边际出清机组报价,发出价格信号,吸引更丰富的需求响应、储能等灵活性资源进入市场,系统发电的碳排放总量将不断减少,最终以市场为驱动力实现脱碳。 能源基金会首席执行官兼中国区总裁邹骥认为,实现碳达峰、碳中和目标,关键在于“十四五”期间加快完善碳市场机制建设。 2020年11月初,生态环境部发布《全国碳排放权交易管理办法(试行)》和《全国碳排放登记交易结算管理办法(试行)》的征求意见稿。邹骥提醒,当下碳市场交易制度还有不少有待完善的空间,包括需要明确碳交易总量控制,提高违法成本等,但当务之急是在“十四五”期间先做起来,在实践中寻找优化的解决方案。