1、 新型電力系統(tǒng)是以新能源為主體的系統(tǒng)
3月15日,中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席、中央財經(jīng)委員會主任習近平主持召開中央財經(jīng)委員會第九次會議,研究促進平臺經(jīng)濟健康發(fā)展問題和實現(xiàn)碳達峰、碳中和的基本思路和主要舉措。
會議指出,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,實施可再生能源替代行動,深化電力體制改革,構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。新能源在未來電力系統(tǒng)中的主體地位,首次得以明確。
這是一個至關(guān)重要的定義。此前能源電力行業(yè)包括國家能源局的提法是,構(gòu)建適應高比例可再生能源發(fā)展的新型電力系統(tǒng),也就是新一代電力系統(tǒng)。此次會議則進一步定調(diào),稱為構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。
構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng),意味著風電和光伏將是未來電力系統(tǒng)的主體,煤電降成輔助性能源。
去年12月12日,習近平在氣候雄心峰會上表示,到2030年,中國風電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億千瓦以上。而業(yè)內(nèi)則普遍預測,12億千瓦只是下限。主要智囊機構(gòu)預測,到2030年風電和光伏裝機可能在16-18億千瓦左右。
但是如此之高的新能源裝機,對于電力系統(tǒng)構(gòu)成了史無前例的巨大挑戰(zhàn),因此需要構(gòu)建新型電力系統(tǒng)。
2、 傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的特點
我們知道,電力系統(tǒng)是一個超大規(guī)模的非線性時變能量平衡系統(tǒng),電能以光速傳播,發(fā)電、輸電、用電瞬時完成,而且要時刻保持平衡。
而傳統(tǒng)電力系統(tǒng)采取的生產(chǎn)組織模式是“源隨荷動”,簡單說叫發(fā)電跟著用電走。在發(fā)電側(cè),常規(guī)發(fā)電機組,比如火電,可以進行精準的控制;在用電側(cè),千家萬戶的用電無法自由控制。傳統(tǒng)電力系統(tǒng),是根據(jù)日常經(jīng)驗的積累、大數(shù)據(jù)的分析、天氣預報和節(jié)假日及不同季節(jié)負荷特性,對第二天用電趨勢做出一個比較準確的預測,這個預測準確率一般高于95%。用一個精準可控的發(fā)電系統(tǒng),去匹配一個基本可測的用電系統(tǒng),并在實際運行過程中滾動調(diào)節(jié),可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全可靠運行。
3、 高占比新能源所面臨的挑戰(zhàn)
新能源大規(guī)模接入后改變了這一切。應該說從根本上改變了“源隨荷動”的運行模式。在新能源高占比電力系統(tǒng)中,因為集中式的風電、光伏大規(guī)模接入,發(fā)電側(cè)的新能源隨機性、波動性影響巨大,“天熱無風”、“云來無光”,發(fā)電出力無法按需控制。同時在用電側(cè),尤其是大量分布式新能源接入以后,用電負荷預測準確性也大幅下降。這意味著,無論是發(fā)電側(cè)還是用戶側(cè)都完全不可控,所以傳統(tǒng)的技術(shù)手段和生產(chǎn)模式,已經(jīng)無法適應高占比新能源電網(wǎng)的運行需求。
同時,新能源本質(zhì)上是電力電子設(shè)備,不具備傳統(tǒng)發(fā)電機的機械轉(zhuǎn)動慣量,本身抗擾動性能就差,而整個系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量下降后,全系統(tǒng)抗故障沖擊的能力也大大降低。
國家電網(wǎng)調(diào)度部門給過一個形象的比喻——過去電網(wǎng)像一艘航空母艦,現(xiàn)在改成了一個小噸位的貨輪加上無數(shù)艘小帆船來運行,大海里邊一個大浪過來,首先小帆船就翻了,小噸位貨輪也會產(chǎn)生大幅搖擺,對電網(wǎng)安全造成巨大的影響。
因此,需要對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)進行革命,構(gòu)建新型電力系統(tǒng)。
4、儲能的使命
電力即產(chǎn)即用的特性,任何時候生產(chǎn)量和需求量都需要嚴格匹配。像光伏如果白天發(fā)的電如果太多,不能及時存儲下來并網(wǎng)就只能白白浪費,這也是“棄光”嚴重的原因之一。而要解決“棄光”的問題,很重要的一個手段就是儲能。僅從2019年上半年看,棄風較為嚴重地區(qū):新疆、甘肅和內(nèi)蒙古,棄風率分別為17.0%、10.1%和8.2%。而目風電、光伏的發(fā)電量占比還處于個位數(shù)階段,預計2030年將提升至25%,到那時候,這個矛盾會更加凸顯。
簡單理解,儲能的重要性就相當于吃飯為什么需要碗——如果把電力比做“工業(yè)糧食”,光伏、風電是“生產(chǎn)機”(幫忙生產(chǎn)更多糧食),特高壓電網(wǎng)是“大運河”(幫忙輸送了更多糧食),儲能就相當于“大糧倉”(幫忙存儲更多糧食)。
而在各種儲能方式中,鋰電池儲能無疑是最方便的,但缺點到也很明顯:貴。每度電儲能成本高達0.6~0.8元,這個價格比電價還高了一倍。這就直接導致多發(fā)出來的電與其存起來,還不如棄掉劃算。但如果能夠大幅降低儲能成本,“棄風棄光”就可以得到解決。
怎么降低鋰電池的成本?一個叫萊特定律的公式可以幫助解決這個問題。
1936年,西奧多-萊特在研究生產(chǎn)成本時,發(fā)現(xiàn)飛機生產(chǎn)數(shù)量每累計增加一倍,制造商就會實現(xiàn)成本按百分比持續(xù)下降,比如生產(chǎn)第2000架飛機的成本比生產(chǎn)第1000架飛機的成本低15%,生產(chǎn)第4000架飛機的成本,比生產(chǎn)第2000架飛機的成本低15%。
鋰電池也符合這個定律:電池產(chǎn)量每次翻倍,其成本會下降28%。隨著電動車爆發(fā)帶來的推動,儲能成本正持續(xù)下降,新能源電站+鋰電池儲能成本會不斷降低,根據(jù)GTM數(shù)據(jù),2012年到2017年電化學儲能電站成本大幅下降78%。而且未來到2030年,儲能成本會下降到1000元/kWh,我國大部分地區(qū)風儲光儲結(jié)合就能實現(xiàn)平價。
儲能解環(huán)新型電力系統(tǒng)對發(fā)輸配用的即時性,并形成在新能源高占比的電力系統(tǒng)的“生產(chǎn)-傳輸-儲存-利用”的閉環(huán),逐步實現(xiàn)自我造血,不斷正向加強。
在國家電網(wǎng)公司發(fā)布“碳達峰、碳中和”行動方案中,明確加強系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力建設(shè),大力推進抽水蓄能電站和調(diào)峰氣電建設(shè),推廣應用大規(guī)模儲能裝置,提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力。未來5年,國家電網(wǎng)將年均投入超過700億美元,推動電網(wǎng)升級,促進能源清潔低碳轉(zhuǎn)型,助力實現(xiàn)碳中和目標。
國網(wǎng)能源研究院預計,中國新型儲能(所謂新型儲能,即為抽水蓄能之外的各類儲能總稱)在2030年之后會迎來快速增長,2060年裝機規(guī)模將達4.2億千瓦(420GW)左右。而截至2019年,我國中國的新型儲能累積裝機規(guī)模為2.1GW。這意味著,2060年中國新型儲能裝機規(guī)模將飆升近200倍。
構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng),是實現(xiàn)碳達峰、碳中和最主要舉措之一,儲能必將肩負重任。未來,新型電力系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)需要建立多層次,集中式與分布式并舉,調(diào)頻調(diào)峰與削峰填谷高滲透的儲能系統(tǒng)。
原標題:“新型電力系統(tǒng)”與儲能