雙碳目標(biāo)下綜合智慧能源及源網(wǎng)荷儲協(xié)同發(fā)展研究

中國三峽新能源（集團）股份有限公司山東分公司 王玉新

2020年9月22日，習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論會上發(fā)表重要講話：中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。中央財經(jīng)委員會第九次會議指出，“十四五”是碳達峰的關(guān)鍵期、窗口期，要構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施能源替代，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。

電力能源減排是我國的主戰(zhàn)場。2019年我國碳排放總量100多億噸，其中電力、交通、建筑和工業(yè)碳排放占比分別為41%、28%、31%，火力發(fā)電碳排放量約40多億噸。我國主要是以火電為主傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，截至2020年電源總裝機約22億千瓦，其中火電裝機規(guī)模約11億千瓦、占比49.1%，水電16.80%，太陽能發(fā)電11.60%，風(fēng)電12.80%，LNG4.50%，核電2.40%。我國實現(xiàn)碳達峰碳中和時間短、任務(wù)重。歐美等發(fā)達國家從碳達峰到碳中和規(guī)劃50～70年的過渡期，我國距離碳達峰戰(zhàn)略目標(biāo)不到10年時間，到達碳中和也僅有30年時間。支撐鋼鐵、化工、建材等重點行業(yè)電能替代，滿足經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展的需求，我國電力需求持續(xù)增長，“十四五”期間全社會用電量增加約2萬億千瓦時。電力系統(tǒng)呈現(xiàn)高比例新能源、電力電子設(shè)備的“雙高”特征，電力供應(yīng)和大電網(wǎng)安全帶來巨大壓力[1]。

1 綜合智慧能源示范作用

為積極響應(yīng)電力市場的綠色電能發(fā)展需求，積極探索形成可再生能源開發(fā)利用新業(yè)態(tài)、新模式、新機制、新動能，借鑒三峽烏蘭察布源網(wǎng)荷儲示范項目等先進經(jīng)驗，形成綠色優(yōu)先、融合發(fā)展、典型示范。

綠色優(yōu)先：最小化風(fēng)光儲綜合發(fā)電成本，最大化新能源利用率（接近100%），最優(yōu)化聯(lián)合出力曲線，實現(xiàn)100%風(fēng)電、光伏綠色能源的安全可靠運行；融合發(fā)展：探索可再生能源與鄉(xiāng)村振興融合發(fā)展新模式，將濱州漁鹽之鄉(xiāng)、冬棗之鄉(xiāng)與“風(fēng)光三峽”相結(jié)合，實現(xiàn)風(fēng)光儲一體化與漁業(yè)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)種植、制鹽產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展；典型示范：突出電源側(cè)合理配置儲能設(shè)施和增強電源側(cè)自我調(diào)節(jié)能力的科學(xué)思路，將烏蘭察布項目在源網(wǎng)荷儲方面的電網(wǎng)友好型項目建設(shè)經(jīng)驗，拓展至多能互補項目上并進一步迭代升級，對形成“多能互補”一體化發(fā)展新模式、新機制起到示范作用。

成立“1+1”投資聯(lián)合體主導(dǎo)開發(fā)建設(shè)，雙方發(fā)揮各自優(yōu)勢，以資源帶動產(chǎn)業(yè)、以資源帶動技術(shù)，實現(xiàn)能源和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)同步優(yōu)化升級，推動當(dāng)?shù)匦履茉锤哔|(zhì)量發(fā)展。

1.1 一體化+智慧化

通過風(fēng)光互補和因地制宜合理配置儲能設(shè)施，多要素協(xié)同優(yōu)化實現(xiàn)一體化項目出力的穩(wěn)定性，減輕系統(tǒng)的調(diào)峰壓力。充分利用協(xié)同互補特性，充分挖掘電源、儲能、負(fù)荷等各方調(diào)節(jié)能力，提升可再生能源消納水平，實現(xiàn)項目運行調(diào)節(jié)和管理規(guī)范的一體化。基于鹽堿灘涂地風(fēng)光儲一體化基地的建設(shè)實現(xiàn)不同層級的智慧化，提升風(fēng)光儲一體化的智能化水平（包括智能感知、智能運維、智能控制、智能決策、智能電網(wǎng)），從而完成更加友好和安全、高效、可靠、智能的能源供應(yīng)。

智慧化應(yīng)以數(shù)字化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，以管控一體化、大數(shù)據(jù)、云平臺、物聯(lián)網(wǎng)、在線監(jiān)測為平臺，以數(shù)字孿生技術(shù)為輔助，以計算資源的彈性配置為保障，以異構(gòu)計算為核心任務(wù)，高效融合計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)，將本項目建設(shè)成為集開放性、學(xué)習(xí)性、成長性、異構(gòu)性和交互性于一身的新一代風(fēng)光儲智慧化項目。

1.2 風(fēng)光儲+融合發(fā)展

計劃配套建設(shè)“風(fēng)光三峽”新能源產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展示范園，以能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效為主線，圍繞加快新能源推廣應(yīng)用與提升新能源裝備制造水平，推動技術(shù)、資本、人才等各類要素在項目區(qū)域內(nèi)集聚，帶動產(chǎn)業(yè)鏈上下游發(fā)展，提高產(chǎn)業(yè)區(qū)域配套水平，融合當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提升新能源裝備制造與開發(fā)利用一體化水平的同時，打造風(fēng)光儲一體化+產(chǎn)業(yè)帶動融合發(fā)展的商業(yè)模式。

1.3 技術(shù)創(chuàng)新+雙碳研究

建立區(qū)域新型能源互聯(lián)系統(tǒng)、城市新型能源系統(tǒng)、終端新型能源系統(tǒng)，建立新型綜合能源系統(tǒng)，推動能源行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，支持新型能源系統(tǒng)高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，輔助綠色低碳發(fā)展高水平?jīng)Q策。適應(yīng)現(xiàn)貨市場，新型儲能技術(shù)系統(tǒng)、多能互補，全面開展綜合能源服務(wù)。利用大數(shù)據(jù)、云計算支撐技術(shù)建立以電動汽車、虛擬、傳統(tǒng)能源、微電網(wǎng)、儲能、新能源、需求側(cè)響應(yīng)為綜合系統(tǒng)，開展智慧能源開發(fā)和利用。

技術(shù)創(chuàng)新中心旨在充分發(fā)揮聯(lián)合體各方優(yōu)勢，將其打造為集研發(fā)功能、實證功能和應(yīng)用功能為一體的技術(shù)創(chuàng)新基地，探索多功能互補的新型能源系統(tǒng)和融合發(fā)展方案，形成可復(fù)制、可推廣的“風(fēng)光儲+”的技術(shù)路線、技術(shù)方案。同時根據(jù)國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)創(chuàng)新示范工程實施方案部署，配合國網(wǎng)山東省電力公司實施新能源并網(wǎng)檢測的相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新，推動節(jié)能減排工作發(fā)展。

“雙碳”研究院旨在“雙碳”的大背景下研究新能源的電力特性，強化源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)間協(xié)調(diào)互動，充分挖掘電源側(cè)的靈活性調(diào)節(jié)能力，科學(xué)地配置各類資源，提升系統(tǒng)運行效率和電源開發(fā)綜合效益，促進新能源大規(guī)模開發(fā)、配置及高效率利用，加強電力系統(tǒng)安全控制研究，構(gòu)建多元供能智慧保障體系。

開展智能光儲發(fā)電機特性的研究，采用光伏和儲能直流耦合方案，組串控制器接入到組串式智能光伏控制器（逆變器功能），儲能集裝箱接入到組串式智能光伏控制器（PCS 功能），實現(xiàn)光伏與儲能的直流耦合，打造同步光儲發(fā)電機特性。主要利用電力電子系統(tǒng)控制靈活的特點，使得并網(wǎng)光伏逆變器具有同步發(fā)電機的外特性，具備電壓源與轉(zhuǎn)動慣量特性，實現(xiàn)含有電力電子并網(wǎng)裝置的新能源發(fā)電系統(tǒng)的友好接入，并提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。

1.4 “零碳”鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)

在環(huán)境和碳減排目標(biāo)的雙重壓力下，鄉(xiāng)鎮(zhèn)能源轉(zhuǎn)型問題需要高度重視，應(yīng)該在鄉(xiāng)鎮(zhèn)廣泛推廣可再生清潔能源生產(chǎn)技術(shù)，提倡使用綠色能源。通過綜合智慧能源的建成，利用產(chǎn)業(yè)園新能源的技術(shù)、設(shè)備，在濱州市的鄉(xiāng)鎮(zhèn)推廣綠色能源發(fā)展，以“千鄉(xiāng)萬村沐光”、“千鄉(xiāng)萬村御風(fēng)”行動為契機，支持各鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)以“全域光伏”為核心的綜合能源服務(wù)體系、以“煤改電”為核心的清潔取暖模式。屆時新建的路燈、景觀設(shè)施、家庭取暖、交通出行等將實現(xiàn)清潔能源供電，并通過綜合能源能效調(diào)度管理進行靈活調(diào)度，充分發(fā)揮儲能對電能的存儲特性，形成可自給自足并可向電網(wǎng)輸送能源的“零碳”鄉(xiāng)鎮(zhèn)，助力沾化區(qū)打造“碳達峰、碳中和”的縣域典范。

2 區(qū)域能源轉(zhuǎn)型

以綜合智慧能源和技術(shù)創(chuàng)新工作為基礎(chǔ)，在可再生資源條件好、發(fā)展?jié)摿Υ蟆⒐芾碛谢A(chǔ)、經(jīng)濟承受能力強的區(qū)域，通過統(tǒng)籌規(guī)劃、優(yōu)化設(shè)計、系統(tǒng)集成、體制機制創(chuàng)新，復(fù)制和推廣的本項目的新能源技術(shù)路線、技術(shù)方案，擴大新能源在綠色供熱、綠色電力、綠色交通等各領(lǐng)域的應(yīng)用，顯著提高區(qū)域可再生能源消費比重。有實力支持將新能源項目附帶的中國核證自愿減排量（CCER）、可再生能源配額等指標(biāo)留在當(dāng)?shù)?。助力區(qū)域能源轉(zhuǎn)型和經(jīng)濟社會發(fā)展，促進區(qū)域能源生產(chǎn)和消費轉(zhuǎn)型升級，逐步建立適應(yīng)可再生能源發(fā)展的技術(shù)路徑、商業(yè)模式、管理模式和政策體系。

新能源發(fā)電規(guī)模的快速擴張和非清潔能源占比的降低提高了能源產(chǎn)業(yè)的綠色低碳發(fā)展，同時也給電網(wǎng)安全可靠運行帶來了新的問題，通過配置儲能、太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等容量，實現(xiàn)多能互補發(fā)電，進一步提高資源調(diào)節(jié)潛力，更好的支持電網(wǎng)適應(yīng)性新能源的快速發(fā)展，符合以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)發(fā)展。

從電網(wǎng)公司角度，通過開展綜合智慧能源的建設(shè)能增加能源輸出的穩(wěn)定性，提高電力價值；對電力用戶，儲能系統(tǒng)響應(yīng)速度快，可以保障電力可靠性。未來大電網(wǎng)新能源比例將持續(xù)上升，火電發(fā)電企業(yè)的境況將更加艱巨，綜合智慧能源將未電力系統(tǒng)注入新的活力，有助于傳統(tǒng)的發(fā)電企業(yè)實現(xiàn)升級轉(zhuǎn)型，以服務(wù)區(qū)域“新業(yè)態(tài)、綠色經(jīng)濟”發(fā)展和“雙碳”為目標(biāo)，分析區(qū)域內(nèi)可調(diào)節(jié)靈活資源特性、風(fēng)光資源、綜合資源與柔性負(fù)荷調(diào)節(jié)潛力，提出系統(tǒng)配合發(fā)展策略，結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和資源情況提出零碳發(fā)展前景規(guī)劃。

為全面適應(yīng)以新能源為主體新型電力系統(tǒng)，構(gòu)建新市場+新框架，在政府相關(guān)監(jiān)管機構(gòu)及市場管理委員的管控下發(fā)電企業(yè)、交易機構(gòu)、電網(wǎng)企業(yè)、售電主體、電力用戶互相協(xié)同。發(fā)電企業(yè)建立多能互補電源結(jié)構(gòu)，以風(fēng)電、太陽能、水電、火電、核電、儲能（電化學(xué)儲能、抽水蓄能為主）。由于風(fēng)力發(fā)電和光發(fā)電系統(tǒng)輸出功率在時間和空間上的互補，考慮區(qū)域能源調(diào)度需求，系統(tǒng)介入儲能電站，可以緩解區(qū)域能源供應(yīng)不平衡矛盾，在碳達峰、碳中和的目標(biāo)引領(lǐng)下，加快電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型是實現(xiàn)低碳發(fā)展的關(guān)鍵?；诖吮尘?，因此實現(xiàn)綜合智慧能源及源網(wǎng)荷儲協(xié)同發(fā)展，支撐區(qū)域電網(wǎng)安全。