《我国水电开发建设向西部转移》

  • 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:2020-01-16
  • “在刚刚过去的一年,我国水利水电事业蓬勃快速发展,特别是农村水电改造成果喜人——累计完成1067条河流、1900多个生态改造项目,修复减水脱水河段2500公里,创建173座绿色小水电示范电站。通过一年的不懈努力,水利工程补短板提质提速,水利行业强监管有力有效。”在近日举办的“2020中国水电发展论坛暨水力发电科学技术奖颁奖典礼”上水利部副部长蒋旭光对我国水利水电事业一年来的发展成绩给予了充分肯定。

      对此,中国水力发电工程学会理事长张野表示,从小到大、从弱到强,从“跟跑”“并跑”到“领跑”,乃至全面超越,我国水电事业实现了跨越式发展,目前已占有海外水电建设市场70%以上的份额,成为当之无愧的全球第一水电大国。接下来,我国水电开发建设将逐步转向综合条件更加复杂的西部地区,新时代水电事业迈入高质量发展新阶段。

      装机容量发电量稳居世界第一 阔步走出去市场业绩喜人

      “截至目前,我国水电装机容量已达3.6亿千瓦,发电量接近1.3万亿千瓦时,双双继续稳居世界第一,同时建成了以三峡、溪洛渡为代表的一批世界级重大水利水电工程,正在建设白鹤滩世界首台百万千瓦水电机组等一批“大国重器”,水电工程技术全球领先。”中国华能集团有限公司总经理、党组副书记邓建玲颇为自豪地讲道。

      “经初步统计,截至2019年年底,我国常规水电在建装机容量约为5200万千瓦,常规水电已建、在建装机总容量为3.78亿千瓦,技术开发比例约为55%。其中,已建水电站装机规模已占到技术可开发量的47.5%。”水电水利规划设计总院院长郑声安进一步分析我国水电发展成就说,我国水电资源理论蕴藏量约占亚洲的33.4%、世界的14.6%,水电技术可开发量约占亚洲的37.5%、世界的19.0%,水电资源技术可开发量占理论蕴藏量的49.2%,高于世界平均水平。当前,从全球范围来看,欧洲、北美地区的水电开发程度相对较高,非洲、除中国之外的亚洲地区水电开发程度较低。据2018年的数据显示,世界水电装机容量排名前5的国家分别为中国、巴西、加拿大、美国、俄罗斯,合计装机容量6.36亿千瓦,占世界常规水电总装机容量的56%;合计发电量为2.48万亿千瓦时,占世界常规水电发电量的59%。“总之,目前我国水电已经实现约占亚洲75.6%、世界31.0%的开发量。”

      “近年来,我国水电在大跨步发展的同时,积极响应'一带一路'的倡议,凭借先进的设计和创新理念、领先的筑坝和施工技术、优质的管理和服务水平,以全产业链一体化的优势,阔步走出国门迈向世界,取得了优异的市场业绩。”张野颇为欣喜地介绍说,目前我国已经与140多个国家和地区建立了水电开发多种形式的合作关系,承接了60多个国家的电力和河流规划,占有了70%以上的海外水电建设市场份额,成为闪耀在国际能源领域和“一带一路”基建舞台的“中国名片”。

      “中国华能集团将水电走出去作为落实推动共建'一带一路'走深走实的具体行动,在缅甸、柬埔寨建成投产当地最大的瑞丽江一级水电站(60万千瓦)和桑河二级水电站(40万千瓦),成为大湄公河次区域电力合作的成功典范、中央企业服务“一带一路”建设的示范工程。”邓建玲现身说法展示走出去的“香甜”硕果,并表示将加大“一带一路”沿线国家项目布局和水电开发,推动我国“投资+技术+标准+设备+工程+管理”全面“走出去”,提升我国水电品牌形象和国际影响力。

      约束条件下资源开发潜力可观 大型水电基地建设或深入推进

      张野在会上表示,我国水电开发建设将逐步转向综合条件更加复杂的西部地区。张野的这一观点与郑声安不谋而合。“目前,我国常规水电'十三五'建设目标基本可以实现。'十四五'期间,我国将以川、滇、藏等重点开发区域为重点,实现水电资源科学有序开发。”郑声安说。

      郑声安介绍,“十三五”期间,全国水电规划新增投产规模4300万千瓦,其中大中型水电3800万千瓦,小水电500万千瓦,到2020年底,总装机规模达到3.4亿千瓦,新增开工6000万千瓦。目前,“十三五”常规水电新增开工约3400万千瓦,完成规划目标的56.7%。截至2019年年底,全国常规水电已新增投产规模3200万千瓦,随着2020年乌东德电站等大型水电站陆续投产,常规水电“十三五”建设目标基本可以实现。具体来看,目前我国东、中部地区主要河流开发程度较高,正在建设、待开发的水电资源主要集中在金沙江、雅砻江、大渡河等10个大型水电基地,其可开发量总计3.76亿千瓦,截至2019年年底,已建装机容量1.50亿千瓦,在建规模约4850万千瓦,已在建比例为52.3%,剩余技术可开发规模约为1.77亿千瓦,主要富集在西南三江,剩余技术可开发量约为1.29亿千瓦。

      “'十四五'期间,我国水电发展面临着环境保护要求高、受电市场落实难、开发经济性较差等一系列难题,但约束条件下水电资源依然有可观的开发潜力。”郑声安认为,根据现有规划成果初步分析,十大流域、以及东北、西北地区主要河流待开发的有约200座水电站(总装机合计2亿千瓦)。按照环境保护、市场消纳、开发经济性等因素综合研判,预计2035年前,上述主要流域正在开展前期工作、可能开发的大型水电共计52座,装机规模约为1.1亿千瓦。这52座电站,主要集中西藏地区,共31座(其中3座为川、藏两省界河),约8000万千瓦,其他地区约3000万千瓦。“'十四五'期间,我国将以川、滇、藏等重点开发区域为重点,深入推进大型水电基地建设,稳步推动藏东南水电开发,加快调节性能好的控制性水库电站建设。”

      事实上,当前各大企业已经在积极布局抢占西部水电市场。“目前,中国华能集团水电装机规模突破2700万千瓦,还有超过2000万千瓦的资源储备,主要分布在云南、西藏、四川等省份,以及柬埔寨、缅甸等东南亚国家。”邓建玲表示,中国华能集团将把这些地区的水电开发工作作为服务国家能源战略、实现高质量发展的重要举措。

      “截止目前,国家能源集团在运水电站157座,但总装机只有1865万千瓦,未来几年计划在金沙江、大渡河、西藏等区域陆续开工7个大型水电项目。”国家能源集团副总经理米树华表示将以此追赶者水电市场发展步伐。

      新时代水电事业面临高难度挑战 有待持续推进科技创新增强内生动力

      “当前,我国科技事业密集发力、加速跨越,实现了历史性、整体性、格局性重大变化,重大创新成果竞相涌现,科技实力进入从量的积累向质的飞跃、点的突破向系统能力提升的重要时期,我国水电事业创新发展也由此迎来了又一个重要战略机遇期,以大电站、大机组、自动化、智能化为主要特征的新时代水电事业迈入高质量发展新阶段。”张野认为,我国水电事业也由此迎来了一系列新的高难度的挑战。

      “金沙江、雅砻江、大渡河等这些剩余水电的开发条件相对较差,敏感因素相对较多,环保论证工作难度大,进一步加剧了水电开发负担。受建设条件、移民和环保政策、物价上涨等因素影响,开发难度也逐步增大,建设成本不断加大,从而影响投资积极性。”郑声安指出。张野也表示,与此同时我国水电企业广泛参与全球水电开发建设,以及新能源开发与治理、水风光多能互补运行优化调度、新能源高效转化和存储、老机组改造扩容升级等,面临着一系列核心、关键技术问题和高精尖的世界级科技难题。不仅如此,大力构建清洁低碳、安全、高效、现代化的能源体系、推进生态文明建设筑牢国家生态安全屏障对新时代水电事业也提出了新的更高的要求。

      如何才能满足“新标准新要求”?“唯有竭力发挥科技创新的支撑引领作用,强化实施创新驱动发展战略,努力在关键共性技术、现代工程技术、“卡脖子”技术等方面取得新突破,以不断创新的前沿技术和不断革新的管理手段,方面不断增强内生动力,促进水电事业可持续发展。”张野为新时代水电事业实现突破性发展指明方向。

      事实确实如此,已经有不少企业在科技创新方面尝到了甜头。“中国华能集团深刻把握能源科技革命带来的新机遇,坚定不移地实施创新驱动战略,小湾、糯扎渡水电站先后获国际里程碑工程奖、中国土木工程詹天佑奖;世界首创、中国原创的水力式升船机获得国家技术发明二等奖;小湾水电站获国际菲迪克工程项目奖和国家优质工程金奖;黄登大坝渗漏量和大坝混凝土芯样长度均创造了世界同类工程的最好记录……”邓建玲坚定地表示,下一步将不断提升科技创新力,加强水电工程关键技术研发,大力推动信息化与工业化深度融合,加快电站智能化运维步伐,抢占引领未来发展的制高点,以打造华能水电创新发展的亮丽名片。

      除了矢志不渝地推进科技创新,郑声安认为,接下来我国水电事业发展还需要主动应对全球气候变化,充分发挥水电站群的调节能力,多能互补联合运行,促进区域风、光等新能源消纳,实现资源优化配置,推动达成高比例可再生能源发展目标;健全水电开发利益共享机制,将资源优势转为经济优势。同时,高度重视生态环境保护,突出生态文明建设和节能减排要求,建设环境友好型绿色水电,建立流域生态保护与环境治理的良性循环体系,促进水电可持续发展。“这方是我国水电事业未来发展之道。”

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    • 编译者:changjiang
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    • 我国西部中小城市发展难题与对策. 2018-09-28 09:40 来源:中国经济时报 分享到: 对西部中小城市发展,国家和省级政府应有一个长远和整体的考虑,要有一些特殊的扶持政策,保证这些城市能够保持发展的持续性和稳定性,保持一定的人口集聚,有一些适合本地发展的产业。 最近,笔者到西部几个地市调研,深切感受到除了与省会城市和少数大城市相邻区域外,其他地区的中小城市发展境遇不佳、发展动力不足、发展前景不明。这些城市地处内陆偏远地区,但是,仍然居住着大量人口,是区域发展的中心,联接着广大的农村,对政权的稳定、经济的繁荣发挥了基础和保障性作用,因此,必须重视这些城市的未来发展。存在的问题一是经济发展差距持续扩大。2017年,四川省会成都的首位度系数(区域最大城市与第二大城市经济规模之比)高达6.7,是全国省会城市中最高的,西部地区的银川、西宁、兰州、西安等城市的首位度系数也排名全国省会的前列。近些年,在四川省内,经济排名后几位的地市与成都的差距非但没有缩小,还在持续拉大。与2010年相比,2017年,遂宁、广安、广元、雅安、巴中的GDP占成都的比例分别下降了0.8个、1.3个、0.6个、0.8个和0.8个百分点。中小城市的发展水平与大城市差距越拉越大,而且这一过程是不可逆的。西部的资源和要素过度集中于少数大城市,挤占了中小城市的发展空间,加剧了区域发展的不平衡,使中小城市更快走向衰落。二是资本和人才大量流失。1。资本外流严重。目前,江浙一带城市金融机构存贷比大都高于80%,有些甚至高于100%。而2017年末,四川省的雅安、广元、达州、广安等地市的存贷比却分别只有54%、51%、41%和40%,有近一半的当地资金被转移到外地使用,造成了当地金融资源大量外流。2。人才不断流失。以四川剑阁县为例,2013—2017年,该县共招收硕士研究生和选调生95人,目前已有30人流失;2013年以来,县教育局以年均80人的规模公开招录,已聘教师每年却以15—20人的速度流出县外。大量教师和学生外流,带走了优质教育资源。据不完全统计,在剑阁县内就读学生只有5万多人,但是,每年就有9000多人到绵阳、成都等相对发达城市就读。由于人才流失,目前,西部中小城市大多数企业人员文化水平偏低、技能单一,很难承担起技术进步和创新发展的重任,又缺乏对外部人才的吸引力,高端产业很难发展起来。三是产业创新发展缺乏支撑。突破原有的产业发展格局,实现转型和创新发展是西部中小城市崛起的关键因素。近十多年来,尽管这些城市的产业结构发生了一定变化,但是,资源化、低端化仍是结构的基本特征。以广元市为例,2011年,煤炭、有色冶金等传统资源型行业产值占工业总产值的39.4%,到2017年,上述比例仍高达34.7%;2011年,广元装备和信息制造业产值占工业总值的14.3%,到2016年,这一比例反而下降到12.5%。目前,西部中小城市主导的工业品仍然是煤炭、电力、水泥、有色等资源型、高耗能产品,结构变动不大,产业层次低,附加值不高。由于长期专注能源资源单一产业(单一企业),导致这些城市的产业体系不完善,产业不配套。招商引资难度非常大,“低端产业不想要、高端产业难引进”,承接发达地区产业转移、发展新兴产业的能力十分有限。四是人口外流导致空心化。2017年,四川省只有成都、攀枝花少数几个地市人口净流入。其他地市州基本都是人口净流出,总数高达875万。广安、达州、宜宾外流人口超百万。沪州、达州、宜宾、资阳、广安外流人口占总人口的比重均超过15%。目前,中西部有些城市70%以上的青壮年在外打工,企业劳动力短缺和招工困难情况时有发生。农村人口流失现象更为严重,空心村成为普遍现象,新建的农业园区和农村新居平时大量空置,数万人口的乡镇,如果不是节日,街上鲜见行人。人口的流失意味着劳动力的流失,也意味着市场和消费规模萎缩,金融、物流、餐饮、住宿等服务业很难有所发展,低端化现象严重,使地区经济发展和结构升级失去依托。西部许多中小城市都提出过建设几十万甚至上百万大城市的目标,但十几年过去了,城市人口基本持平甚至减少。原因分析西部中小城市逐步走向衰落有发展战略的原因,也有体制机制的原因,还有交通方式改变的原因。一是大城市为中心的发展战略产生虹吸效应。无论是区域发展总体战略,还是主体功能区战略,或是城镇化发展战略,都以强化核心区域、中心城市的集聚功能为主要方向,而与这些中心城市地理距离越远的中小城市,发展条件越差,机会越小,越来越被边缘化。这导致生产要素过度向大城市集中,偏远城市失去比较优势。例如,成都市将新能源、新材料产业确定为加快发展的产业,川菜产业园内的调味品企业受政府调控,不允许搬迁,其中的郫县豆瓣属于非物质文化遗产,不允许转移。这让希望引进相关产业的中小城市失去了机会。二是高铁等新兴交通方式改变了区域格局。西部中小城市大多位于大的经济区或都市圈的边缘地带,有些还是省际接合部的边缘区域,这些地区在空间上远离发达城市和省域政治经济中心,不能直接而有效地接受区域经济中心的辐射和带动,往往经济发展滞后、基础设施薄弱,属于“经济冷点”。高铁等快速交通方式一方面给这些城市带来了短暂的人流,但另一方面,跨城市通勤时间的大幅度压缩,也加剧了城市人口、购房、消费的外溢,造成中小城市越来越没有活力。根本原因就在于大城市还没有形成足够的辐射和带动能力,反而对中小城市的要素资源产生虹吸效应。三是盲目的生态规划限制了自己的发展空间。近年来,西部中小城市大量向中央和省级政府申报各类生态保护规划。以剑阁县为例,就先后申报了四川剑门关国家森林公园、四川翠云廊古柏省级自然保护区、剑阁剑门关省级地质公园等项目,总面积占全县辖区面积的一半。雅安市也有同样情况,各类生态功能保护区占全市总面积的54%。保护区捆住了当地经济发展的手脚,红线范围内的土地不能动,交通、产业项目不能布点,企业想进入也有了更高的环境容量限制。四是生态补偿机制和资源本地化政策未落实。西部中小城市大多位于生态功能区,拥有良好的生态环境,但是,保护任务也异常繁重。尽管有中央转移支付,但是,涉及生态补偿的资金却很少。广元地处嘉陵江上游,国家有断面考核要求,但是,全年的保护资金却只有200万元,资金缺口巨大。从全国来看,除新安江流域建立了生态补偿机制,其他地区均没有成功案例。石油天然气等资源的本地化政策只在延安等极少数革命老区有所体现。五是土地收益的地区差异造成发展差距扩大。2017年,全国300个城市土地出让金总额为4万亿元,其中,北京、杭州、武汉、南京、上海、重庆、天津、成都8大城市合计就达1.4万亿元,占35%。排名前20位城市土地出让金合计超过了总额的一半,排在前50位的基本都是东部发达地区和中西部大城市。西部中小城市土地出让收入与东部城市、西部大城市根本无法相比,2017年,四川广元土地出让收入只有19亿元,仅相当于成都的1.6%。土地财政收入是城市政府可以自主支配的收入,高低直接决定了城市的发展能力和水平,也造成了城市间基础设施和招商引资等方面的巨大差异。对策建议对西部中小城市发展,国家和省级政府应有一个长远和整体的考虑,要有一些特殊的扶持政策,保证这些城市能够保持发展的持续性和稳定性,保持一定的人口集聚,有一些适合本地发展的产业。第一,实行差别化的产业政策。不少的西部中小城市位于革命老区,对符合国家产业政策的项目,在规划布局和项目核准方面应尽量给予这些城市优惠;能够在老区中小城市落地加工的,有市场、有潜力的石油天然气炼化等深加工项目应尽可能在当地布局建设;在对口援建中,建立产业转移跨区域合作机制,与东部沿海地区合作共建产业园区;支持发展较好的中小城市省级开发区升级为国家级开发区和高新区。第二,加大生态补偿力度。国家生态建设和环境保护任务重点应向西部中小城市倾斜,加大纵向转移支付力度。建立中央和地方共同参与和责任分担机制,共同推进建立横向生态补偿制度,探索各方都能接受的实施方案。由住建部和国家林业局等部门牵头,对重点生态保护规划进行适当调整,根据生态保护的实际需要,保留核心区功能,缩小缓冲区和试验区范围,释放经济功能,为西部中小城市留下一定的发展空间。第三,引导基本公共服务均等化配置。大幅度减少对北京、上海等知名高校的中央财政拨款额,将其转移到西部中小城市,建设应用型大学或大专职业学校。加快推进基本公共服务领域事权与支出责任划分改革,将西部中小城市义务教育教师和公立医院、乡村卫生院职工工资等事权和支出责任上划中央财政。加大中央和省级财政补助力度,积极引导大城市优质教育和医疗等公共服务资源在西部中小城市布局。第四,给予当地政府更大的改革空间。对战略地位重要、人口密度较高、综合实力较强的西部县可考虑升格为市。赋予基层政府一定的土地管理权和收入支配权。允许农村整理后增加的建设用地留在乡镇调剂使用,或给予乡镇政府一定比例土地出让收入分成。允许农村宅基地部分转让给城镇居民,实现农村居民出宅基地,城镇居民出资金,共同建设新城镇的新局面。第五,促进资金和资源分配的公平化。西部中小城市政府处于“食物链的最底端”,必须充分考虑中央和省级公共资金的再分配问题,逐步解决这些城市投资不足的问题。省级层面的交通等基础设施项目决策要更多关注中小城市的利益,特别是边缘城市的诉求,注意征询这些城市的意见。西部省会城市往往一城独大,环境容量已经没有,产业也需要向外转移。应参照广东的做法,由省级财政安排专项转移支付资金,择优扶持中小城市产业转移园区建设,促进省会城市产业向中小城市转移。(作者系中国宏观经济研究院投资研究所研究员) 分享到: 相关新闻. 中小城市数量不足如何破. 中小城市成为发展新引擎. “特大镇”升格尚在路上 避免“小马拉大车”. 中小城市成长的烦恼如何破?(协商之路). 美国中小城市管理体制一瞥. 版权声明: 凡本网注明“来源:中国城市规划网”的所有作品,均为本网合法拥有版权或有权使用的作品,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的,应在授权范围内使用,并注明“来源:中国城市规划网”。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。授权事宜请邮件至www@planning.org.cn,中国城市规划网保留最终解释权。 凡本网注明“来源:XXX(非中国城市规划网)”的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。其他媒体如需转载,请与稿件来源方联系,如产生任何问题与本网无关。.
  • 《我国虚拟电厂的建设发展与展望》

    • 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:2020-09-21
    • 我国可供参与虚拟电厂运营的可控资源体量庞大,其中,可调负荷资源5000万千瓦以上,用户侧储能规模约100万千瓦,电动汽车接近600万辆(每辆按5千瓦计算,相当于3000万千瓦储能),分布式电源装机规模超6000万千瓦,这其中还未纳入现存于各地区小型水电站的装机容量,且这些资源规模都还处于快速上升期。 电力系统中,供需平衡是一项刚性约束,为了保障这种平衡,确保系统的安全可靠运行,我国针对需求侧开展了大量的工作。早期由于供给侧发电设备及电网的构建相对于电力需求的增长总是存在相应的时滞,导致长期电力供应紧缺,为了解决供需矛盾,我国采用“三电办”的管理模式,其主要是站在电力生产者的角度,通过行政命令手段开展用电管理工作,以减少用户对电力、电量的需求,该时期内用户参与调控被当做一项义务。随着时间的推移,我国电力供需形势发生变化,“硬缺电”变为了因电网运行方式不科学而造成的阶段性、季节性缺电,在此背景下需求侧管理的概念引入我国。与“三电办”模式不同,其主要通过有效的激励、引导措施,调动用户的积极性去改变用电方式,满足用户相同用电功能的前提下,降低电能的消耗,提升终端用能效率,其目的不仅仅是弥补电力供应紧缺,更主要是为了最经济有效地利用能源资源,充分发挥电力在能源市场上的作用。再往后发展便进入了电力需求响应阶段,从需求侧管理到需求响应虽然有相关继承性,但其存在本质性的区别,需求响应重在通过释放市场信号驱动用户自愿响应,而非采用强制性的行政手段,用户从刚性的“无机体”变为了弹性的“有机体”,该时期参与需求响应的资源主体主要以可调负荷为主。 近几年,在可再生能源和电能替代发展战略下,电源端接入大量的可再生能源,供应侧呈现复合多元化的特点,整个电网也处于向数字化、智能化的互联互动转型的过程之中。传统需求侧管理已从单纯的能效和负荷管理拓展到了促进可再生能源消纳与智能用电方面。这就需要更加稳定、灵活性的技术来支撑系统转型。随着我国大规模可调负荷、分布式电源、储能等灵活性资源在配用电侧兴起,通过虚拟电厂(virtualpowerplant,VPP)对其实现聚合管理,使他们具备参与电网调控的能力,更多以微网、局域能源互联网的形式来做需求侧资源。在我国能源低碳转型的道路上,其也将作为支撑电力系统稳定运行的一个重要抓手。 发展虚拟电厂是大势所趋 VPP的的基本概念 VPP的概念已提出20余年,本世纪初在德国、英国、法国、荷兰等欧洲国家兴起,并已有多个成熟的示范项目,其主要关注分布式能源的可靠并网,同时构筑电力市场中稳定的商业模式。同期北美地区推进相同内涵的“电力需求响应”,可调负荷占据主要地位。 目前我国VPP发展处于起步阶段,同时采用以上两个概念,一般认为虚拟电厂的范畴含括需求响应,两者本质相同,是同时存在的两个概念,区别主要在于包含主体的变化,前者是对后者的补充与拓展,后者是前者的子集。VPP不仅聚合了可调负荷,还重点关注近几年正大规模发展的分布式电源(distributedgenerator,DG)及储能。 结合已有研究和目前实践情况,虚拟电厂可以理解为是将不同空间的可调负荷、储能、微电网、电动汽车、分布式电源等一种或多种可控资源聚合起来,实现自主协调优化控制,参与电力系统运行和电力市场交易的智慧能源系统。它既可作为“正电厂”向系统供电调峰,又可作为“负电厂”加大负荷消纳配合系统填谷;既可快速响应指令配合保障系统稳定并获得经济补偿,也可等同于电厂参与容量、电量、辅助服务等各类电力市场获得经济收益。 需要注意的是,虚拟电厂并没有改变现有资源与电网的连接方式,而是相当于一个智能的“电力管家”,通过通信技术与智能计量技术,进行有效聚合、优化控制和管理,形成更加稳定、可控的“大电厂”,实现发电和用电自我调节,为电网提供源网荷储售一体化服务。这些可控资源不受电网运行调度中心的直接调度,而是通过资源聚合商参与到电网的运行和调度中。 VPP类比传统电厂 虚拟电厂作为一类特殊的电厂参与电力系统的运行,具备传统电厂的功能,能够实现精准的自动响应,机组特性曲线也可模拟常规发电机组,但与传统电厂仍存在较大区别,归结为几点:一是形式不同。传统电厂指具有传统物理生产流程的集中式大型电厂。虚拟电厂不具有实体存在的电厂形式,相当于一个电力“智能管家”,由多种分布式能源聚合而成,等同于独立的“电厂”在运营。二是电能量流动方向不同。传统电厂能量流动是单向的,即电厂-输电网-配电网-用户。而虚拟电厂能量流动是双向的,也就是说VPP市场主体可以与电力市场实现实时互动。三是负荷特征不同。传统电厂的负荷通常是静态可预测的,而虚拟电厂的需求端是动态可调整的,要求负荷端去适应电网,在高峰时段可缓解尖峰负荷。四是生产与消费的关系不同。传统电厂的电力生产须遵循负荷端的波动变化,并通过调度集中统一调控。虚拟电厂参与主体的负荷端负荷可去适应电力生产,采用的是需求侧管理模式。 VPP的应用现状 目前虚拟电厂理论和实践在发达国家已成熟,各国各有侧重,其中美国以可调负荷为主,规模已超3千万千瓦,占尖峰负荷的4%以上;以德国为代表的欧洲国家则以分布式电源为主,德国一家公司整合了9516个发用电单元,总容量817万千瓦,提供了全德二次调频服务的10%市场份额;日本以用户侧储能和分布式电源为主,计划到2030年超过2500万千瓦;澳大利亚以用户侧储能为主,特斯拉公司在南澳建成了号称世界上最大的以电池组为支撑的虚拟电厂。 “十三五”期间,我国江苏、上海、河北、广东等地开展了电力需求响应和虚拟电厂的试点。如江苏省于2015年率先出台了《江苏省电力需求响应实施细则》,2016年开展了全球单次规模最大的需求响应,削减负荷352万千瓦,2019年再次刷新纪录达到402万千瓦,削峰能力基本达到最高负荷的3%~5%。国家电网冀北公司高标准建设需求响应支撑平台,优化创新虚拟电厂运营模式,高质量服务绿色冬奥,并参与了多个虚拟电厂国际标准制定。 VPP的社会经济效益 近年来,我国电力峰谷差矛盾日益突出,各地年最高负荷95%以上峰值负荷累计不足50小时。据国家电网测算,若通过建设煤电机组满足其经营区5%的峰值负荷需求,电厂及配套电网投资约4000亿元;若建设虚拟电厂,建设、运维和激励的资金规模仅为400亿~570亿元。可见,相对于供应侧的电源建设成本,需求侧资源要廉价得多。需求侧资源开发得越充分,未来整体资源优化配置的效果就越好,既可降低电力成本,还能提升供电可靠性。 我国可供参与虚拟电厂运营的可控资源体量庞大,其中,可调负荷资源5000万千瓦以上,用户侧储能规模约100万千瓦,电动汽车接近600万辆(每辆按5千瓦计算,相当于3000万千瓦储能),分布式电源装机规模超6000万千瓦,这其中还未纳入现存于各地区小型水电站的装机容量,且这些资源规模都还处于快速上升期。若将这些分散资源进行有效聚合,相当于建设约140台百万千瓦级煤电机组,可有效满足电力负荷增长和削峰填谷需求。 VPP的三类资源主体 虚拟电厂的发展是以三类可控资源的发展为前提的,分别是可调负荷、分布式电源、储能。这是三类基础资源,在现实中往往会糅合在一起,特别是可调负荷中间越来越多地包含自用型分布式能源和储能,或者经过组合发展出微网、局域能源互联网等形态,同样可以作为虚拟电厂下的一个控制单元。 虚拟电厂按照主体资源的不同,可以分为需求侧资源型、供给侧资源型和混合资源型虚拟电厂三种。需求侧资源型虚拟电厂以可调负荷以及用户侧储能、自用型分布式电源等资源为主。供给侧资源型虚拟电厂以公用型分布式发电、电网侧和发电侧储能等资源为主。混合资源型虚拟电厂则由前两者共同组成,通过能量管理系统的优化控制,实现能源利用的最大化和供用电整体效益的最大化。 可调负荷 可调负荷资源的重点领域主要包括工业、建筑和交通等。其中工业分连续性工业和非连续性工业;建筑包括公共、商业和居民等,建筑领域中空调负荷最为重要;交通有岸电、公共交通和私家电动车等。可调负荷资源潜力受调节意愿和调节能力约束,调节意愿主要受激励和价格机制决定,同时也受调节能力影响,调节能力则主要随技术进步而不断提升。对工业负荷而言,其主要的可调节潜力来自于非生产性负荷和辅助生产负荷,根据工业行业的不同,其负荷可调潜力均有较大差异。对商业和公共建筑负荷而言,其可调负荷主要是楼宇的空调、照明、动力负荷,占整个楼宇负荷的25%左右。对居民负荷而言,其可调负荷主要包括分散式空调、电热水器、电冰箱、充电桩等,占家庭负荷的25%~50%左右,但受分布散、单点容量小影响,聚合难度较大。 可调负荷资源在质和量两个方面都存在较大的差别。在质的方面,可以从调节意愿、调节能力、调节及聚合成本性价比几个维度来评判。总的来说,非连续工业是意愿、能力、可聚合性“三高”的首选优质资源,其次是电动交通和建筑空调。在量的方面,调节、聚合技术的发展和成本的下降,激励力度的增加都有助于资源量的开发。去年国家电网组织完成了建筑、工业、居民、新兴负荷四大领域22类典型行业负荷特性分析。研究表明,在政策、技术、补贴到位且客户自愿条件下,可调节负荷潜力巨大,如钢铁、水泥、电解铝、楼宇、居民用电负荷中的可调节比例分别可达20%、24%、22%、30%、50%。经测算,国家电网经营区可调节负荷远期理论潜力可达9000万千瓦;未来三到五年,通过加强技术研发、完善补贴政策和交易机制,可力争实现4000~5000万千瓦,约占最大负荷的5%。 分布式电源(分布式发电) 根据GB/T33593-2017定义,分布式电源指的是接入35千伏及以下电压等级电网、位于用户附近,在35千伏及以下电压等级就地消纳为主的电源。包括太阳能、天然气、生物质能、风能、水能、氢能、地热能、海洋能、资源综合利用发电(含煤矿瓦斯发电)和储能等类型。 当前我国对分布式电源的界定和统计还处在不够严谨的状态。据初步统计,截至2018年底,我国分布式电源装机约为6000万千瓦,其中,分布式光伏约5000万千瓦;分布式天然气发电约为300万千瓦,分散式风电约为400万千瓦。在这里,一些符合条件的小水电未被纳入,小型背压式热电也因争议大暂未被作为分布式发电。而实际上站在虚拟电厂的角度,对分布式发电资源的界定在于调度关系,凡是调度关系不在现有公用系统的,或者可以从公用系统脱离的发电资源,都是可以纳入虚拟发电的资源。从这个意义上来说,实际上所有自备电厂都是虚拟电厂潜在的资源,事实上在国际上这也是常用做法。 分布式燃机在国际上是分布式发电的主力军,但在我国的发展因受气源和电网两头压制而举步维艰,与2020年达到1500万千瓦的规划目标差距较大。据一些文献资料,2025年我国分布式电源技术可开发潜力约16亿千瓦。其中光伏、风电、天然气发电和生物质发电占比分别为79.9%、15.5%、3.1%和1.5%;经济可开发潜力约2亿千瓦。 目前我国分布式发电发展较好的是江苏和广东两省。江苏省截至2019年底,分布式光伏664万千瓦,天然气分布式能源项目已核准46个、发电装机总容量122万千瓦,其中区域式分布式能源项目11个、发电装机总容量105万千瓦,楼宇式分布式能源项目35个、发电装机总容量17万千瓦,但由于气价、电价等相关因素,部分天然气分布式能源项目存在停建、建成停运状况。 截至2019年底,南方电网经营区域内分布式能源总装机容量约545万千瓦。其中,分布式光伏装机容量395万千瓦,分散式风电装机容量0.7万千瓦,天然气分布式发电装机容量149万千瓦,占天然气发电装机容量的6.2%,主要分布在广东珠三角地区。 储能 储能是电力能源行业中最具革命性的要素。储能技术经济特性的快速发展,突破了电能不可大规模经济储存的限制,也改变了行业控制优化机制。按照存储形式的区别,储能设备大致可分为四类:一是机械储能,如抽水蓄能、飞轮储能等;二是化学储能,如铅酸电池、钠硫电池等;三是电磁储能,如超级电容、超导储能等;四是相变储能。据中关村储能产业技术联盟不完全统计,截至2019年12月,全球已投运电化学储能累计装机为809万千瓦,我国171万千瓦,初步形成电源侧、电网侧、用户侧“三足鼎立”新格局。 目前储能发展较好的省份包括河北、江苏和广东,也正好是几个开展了虚拟电厂试点的省份。 资源聚合商是VPP的关键市场主体 资源聚合商在虚拟电厂中属于中间环节也是关键环节,是虚拟电厂架构中最重要的参与主体,主要依靠互联网、大数据技术,整合、优化、调度、决策来自各层面的数据信息,增强虚拟电厂的统一协调控制能力。 作为专业的“授权代理机构”,可为用户提供的服务类型归纳如下:一是可以通过调节用户负荷来提供削峰填谷等辅助服务,调配各种可控资源来提供发电容量,为市场提供更多、更灵活的服务和技术。根据数量值、速度要求,以投标的方式获得提供辅助服务并取得相应补偿的约定。在响应时刻通过负荷的柔性调节,或者通过风电、光伏等分布式电源的协调控制策略来共同完成目标。二是可为终端用户提供智能用电方案,优化生产方式,达到节能增效的目的。聚合商可以代理可控负荷的购电业务,以可控负荷的用能成本最小化为目标,引导用户优化响应行为。同时,聚合商还需对电能量市场价格波动进行预测,决策可控负荷的用电行为,达到降低电费的目标。三是引导分布式电源、储能等分布式能源以最佳的方式参与电力市场交易。包括签订交易合约、确定竞价方式等问题,并要达到预期的利润水平。 资源聚合商把可控资源集合起来,去参与电力市场,相比单独的个体去参与市场效率更优,这就为资源聚合商带来了业务空间。对于盈利模式,可以大概理解为其类似于一个交易中间平台,一方面其可以向可控资源收取一定的服务费来帮助其参与电力市场交易;另一方面也可以获得一定的需求响应补偿费用差价。另外值得重视的一点是,资源聚合商通过这种方式还可以更快速地获得用户资源,事实上,优秀的资源聚合商在市场化环境下,不断挖掘有效资源,寻找与用户的黏性,这才是能源服务市场的核心竞争力。很多大型电力用户都可能是资源聚合商的目标客户。单纯地参与电力市场或许利润不会太高,但却能因此更深入地挖掘用户,进而开发出更多的能源服务项目。 虚拟电厂的三个发展阶段 虚拟电厂的三类基础资源都在快速发展,所以虚拟电厂自身的发展空间也在快速拓宽。但并不是有了资源虚拟电厂就自然发展出来了,而是要有必要的体制机制条件为前提。依据外围条件的不同,我们把虚拟电厂的发展分为三个阶段。 第一个阶段我们称之为邀约型阶段。这是在没有电力市场的情况下,由政府部门或调度机构牵头组织,各个聚合商参与,共同完成邀约、响应和激励流程。第二个阶段是市场型阶段。这是在电能量现货市场、辅助服务市场和容量市场建成后,虚拟电厂聚合商以类似于实体电厂的模式,分别参与这些市场获得收益。在第二阶段,也会同时存在邀约型模式,其邀约发出的主体是系统运行机构。第三个阶段是未来的虚拟电厂,我们称之为跨空间自主调度型虚拟电厂。随着虚拟电厂聚合的资源种类越来越多,数量越来越大,空间越来越广,实际上这时候应该要称之为“虚拟电力系统”了,其中既包含可调负荷、储能和分布式电源等基础资源,也包含由这些基础资源整合而成的微网、局域能源互联网。 我国虚拟电厂发展展望 从整个行业的发展来看,原来固有的大机组、超高压的供应侧的资源发展已经到了顶峰,取而代之的将是大规模的需求侧资源,这部分资源潜力巨大,是实实在在的,未来在电力系统中,需求侧资源大概率将成为主角。同时,它们不会以零散的形式存在,聚合商的作用也因此会越来越强,它可将供给侧和需求侧分散式的资源全部聚合起来,最终成为整个行业和生态的主角。 从电力系统的控制和优化方式来看,当需求侧资源不断引入之后,接下来我们在能源互联网概念中提出的,以使用者为中心,将会越来越充分地实现,从而我国传统的自上而下的五级调度体系很可能将不复存在了。所有的聚合商、配电系统运营商,都成为同种性质的运营单位,他们聚合大量的需求侧资源,相当于是一个共享服务平台,从而代理这些资源在配电网侧实现平衡后再与大电网发生关系。所以,聚合商最终将成为一种跨空间的、广域的源网荷储的集成商,系统控制和优化的方式可变为自下而上的一种组织形态。