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新型电力系统“一张蓝图绘到底”,瓦锡兰迎来关键窗口期

 一度电,可以给手机充电100次,可以制造100多个医用口罩,可以让电动汽车跑6公里,还可以制作将近10杯奶茶。

生产一度电,需要燃烧305.5克煤,然后从发电厂出发,经过升压,穿越铁塔银线,跨越江河大川,再通过降压,最终走进千家万户和工厂车间。

随着我国清洁低碳化进程不断加快,生产一度电有了越来越多的选择。特别是清洁能源装机容量、装备制造水平、技术能力的逐年突破,目前更多的绿色平价电力已经融入人们的生产生活。

从葛洲坝、三峡、乌东德、溪洛渡、向家坝到白鹤滩水电站,中国沿长江而上已建成世界上最大的“清洁能源走廊”。

白鹤滩水电站大坝(无人机拼接照片)

在我国海拔近3000米的茫茫戈壁滩上,成片的光伏板取代荒芜,一望无边的戈壁滩变成“蓝色海洋”。

今年全球第一台“华龙一号”核电机组福建福清核电5号机组实现商运,标志着我国在三代核电技术领域跻身世界前列。

离岸39公里的江苏如东牛角沙海域,80台巨大的白色风机屹立于海天之间迎风转动,源源不断向千家万户输送电能。这是华能盛东如东海上风电项目,也是“十四五”期间首批建成投产的最大海上风电集群。

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数据显示,过去十多年内,非化石能源在我国能源消费增量中的贡献力,从最初的补充能源位置,发展到与煤炭、油气并驾齐驱的主流能源,再成长为“十三五”时期的主体能源,大幅超过了石油的21.3%、天然气的25.5%和煤炭的12.5%。

预计在“十四五”时期,非化石能源在能源消费增量中的比重将超过一半,在成为增量绝对主导的同时,将对部分地区的存量化石能源消费形成替代,从而为2030年前全国碳达峰作出实质性贡献。

如今的中国,正在成为推动全球清洁能源发展的重要力量。事实上,我国能源的发展历程,不仅是一部能源生产力的革新史,也是一部追赶超越的奋斗史。 

跨越三十余年,纵观中国能源改革之路

我国能源发展的第一个阶段是1986-1999年,这时期我国主要以经济发展为纲,努力扩大常规能源供应,包括重点支持能源领域的大型电厂和电网建设。

这一时期正处于我国经济改革和发展的关键时期。在中国经济高速发展的同时,各地出现了严重的“发展等电”问题。据统计,1986年全国电力装机容量9,381万千瓦,每年缺电大约450-500亿千瓦时,工业部门电力需求缺口高达15%。当时人均电力消费391千瓦时,尚有35%的无电人口。与此同时,电价的水平偏低,无法吸引社会资本投资电厂。

这期间中国电力部门的改革刚刚起步,为调动各方积极性,特别是鼓励社会资本投入到电力行业,政府放松上网环节价格管制,引入“还本付息电价”,充分调动了社会力量办电积极性,地方自筹和利用外资筹集的电力建设资金占比显著提升,促进了电力工业快速发展,解决了供求矛盾。

第二个阶段是2000-2009年,在此十年,我国确定了积极扩大内需的方针,决定加大基础设施建设的投入,农村电网建设和改造为其中之一。结合农电体制、农电管理、农村电网不适应农村经济的进一步发展,农村电价偏高,农民不堪重负的问题,中国政府决定加快农村电力体制改革,加强农村电力管理,实现城乡用电同网同价,推动城乡电力一体化管理,加快实现农民脱贫致富奔小康的目标。

在此期间,中国的能源管理体制逐步深化。2002年起实施了对电力体制进一步的市场化改革,主要内容是进行了政企分开、厂网分开和主辅分开,此举对促进能源生产力的发展起了重要作用。

第三个阶段为2010年至今。进入2010年以后,应对气候变化并相应降低空气污染成为一个新的战略重点。在能源领域,应对气候变化和降低空气污染主要是通过推广各类清洁技术的应用,包括推广可再生能源和能源效率管理等项目。

随着我国能源转型的加快,我国在应对气候变化方面取得了重大进展。数据统计,2017 年中国碳强度比2005 年下降约 46%,已超过中国在巴黎协议下所承诺的到2020 年碳强度下降 40%-45%的目标。

总体来看,中国渐进式的电力改革、可再生能源的发展、农村光伏扶贫、大气污染治理监测和治理等方面都积累了很多的经验和教训,都是其他国家特别是发展中国家可以参考的范本。

我国能源转型的一个历史性转折点是2020年9月22日,习近平主席在第75届联合国大会上承诺,中国将在2030年实现碳达峰,2060年前实现碳中和。这无疑为我国能源革命和绿色低碳转型设立了新的航标。作为全球最大的能源生产国以及二氧化碳排放量最大的国家,中国的这一承诺无疑雄心勃勃且意义重大。  

为了加快实现这一重大承诺,我国出台了一系列政策,持续推动我国能源转型进入新的历史阶段。特别是在今年,我国接连发布了《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》、《2030年前碳达峰行动方案》和《关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模的通知》等一系列重要政策,加快推进能源转型和新型电力系统建设。

至今为止,我国已基本形成了碳达峰、碳中和“1+N”政策体系,并明确了具体的时间表、路线图和施工图。

实现碳达峰,关键中的关键

如今业界已经达成了一种共识,实现碳达峰的关键在于促进可再生能源发展,促进可再生能源发展的关键在于消纳,保障可再生能源消纳的关键在于电网接入、调峰和储能。

事实上,清洁能源的消纳问题一直较为突出。

新能源虽拥有生态环境友好的优势,但由于其先天的波动性和间歇性,企业很难准确预测可再生能源的出力情况。以甘肃和山西两地为例,根据相关机构的统计数据,其风电和光伏单点预测准确率平均水平分别为41%和78%。

某能源企业负责人则表示,如果依靠现货市场来实现百分之百消纳新能源的话,单点功率预测准确率必须达到100%,否则就会出现两种情况:一种是预测高了,实际出力达不到履约要求,新能源企业有可能要花高价购电来执行合同,否则就受到偏差考核;另一种则是预测低了,实际出力超出合同约定额度,超出偏差减免的部分同样要接受考核。据了解,新能源超额回收费用巨大,一座5万千瓦规模风电场,一个月有可能就会被罚80万元。

市场机制与实际测准的偏差,在新旧能源转换之间,拉开了一个巨大的鸿沟,阻碍着新能源的并网规模。

近日,安永发布的《双碳背景下中国能源行业转型之路》报告提到,风电、光伏发电等新能源具有随机性、间歇性、波动性特征,电力系统“双高”“双峰”的特性明显,伴随着碳中和政策带来的更大规模并网,为电网安全稳定运行和电力电量平衡带来了极大考验。

政策层面也在加快破解这一关键问题。今年8月,国家发改委和国家能源局联合发布《关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模的通知》,鼓励通过市场化机制引导市场主体多渠道增加可再生能源并网规模,明确可再生能源发电企业通过自建、合建、购买调峰和储能能力来增加可再生能源并网规模。

此项政策的出台在业内引发了广泛的关注,这也从侧面说明,当前约束可再生能源进一步发展和消纳的主要因素,不是消纳机制的问题,而是调节能力和调节技术不足。

国家发展改革委能源研究所研究员奀茂璨表示,提升可再生能源并网消纳能力,需要多方持续发力增加电力系统灵活性。在全国范围内尤其是可再生能源占比较高的地区继续提升风光在电力系统中的渗透率,必须在电源侧、电网侧、用户侧各方都采取有效措施,通过合理配置调峰和储能设施、推进火电灵活性改造、加快电网基础设施建设等方式,持续提升电力系统灵活性,增加系统调节能力。

同样,近期国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》也特别强调在加快建设新型电力系统方面,大力提升电力系统综合调节能力,加快灵活调节电源建设,引导自备电厂、虚拟电厂等参与系统调节,建设坚强智能电网,提升电网安全保障水平。

事实确是如此,随着我国可再生能源的迅猛发展,电力系统灵活性不足、调节能力不够等短板日益突显,正在制约着更高比例和更大规模的可再生能源发展。市场亟需更科学有效的灵活技术和多能互补的智能管理模式,来推动我国清洁能源的规模发展。

瓦锡兰能源迎来本土化关键窗口期

近期,瓦锡兰发布了一则“关于中国能源市场愿景”的视频,瓦锡兰基于在可再生能源领域的长期努力,希望参与到中国能源脱碳的行动之中,与中国的合作伙伴共同建设一条清洁、低碳、可持续的道路。

视频指出,每个国家、每个城市、每个客户都有自己的脱碳之路,瓦锡兰会帮助客户找到最适合自己的道路。迄今,瓦锡兰已为全球各地180个国家交付了74Gw电厂容量和80多套储能系统,用行业领先的灵活技术助力合作伙伴可再生能源并网,构建可持续的低碳能源未来。

 

瓦锡兰(中国)市场发展总经理周秦声表示,中国在新能源领域有着巨大的潜力,有望加快速度大规模整合可再生能源,同时需要应用多种灵活发电技术来平衡电网。而瓦锡兰高效灵活的燃气内燃机发电厂和储能解决方案在填补电力供应缺口和调频调峰方面可发挥重要作用。

事实上,瓦锡兰在中国市场深耕已久,并在中国迈向能源转型道路上发挥实效。

2019年,瓦锡兰在江苏启动了研究如何优化中国江苏省电力系统的项目。这项题为“增强电力系统灵活性:芬兰经验在江苏的应用”的研究,旨在探索江苏向更多可再生能源转型的最佳路径以及确保电网稳定所需的灵活技术。

该项目是中芬能源合作平台下的重点项目。而中芬能源合作是两国领导人共同推动和见证下的务实成果。2018年两国能源主管部门签署《中芬能源合作工作计划》,明确电力系统灵活性是下一步重点合作领域之一。基于瓦锡兰拥有先进的高效灵活内燃机技术并已在世界多个国家和地区成功应用,可以为中国发电侧灵活性提供新的技术选项。

基于此,瓦锡兰与中国电力规划设计总院展开了此项市场研究,经过长达一年时间的市场调研和建模分析,去年,双方共同发布了《中国江苏正迈向高可再生能源的未来》白皮书,并指出通过对电力系统建模,显示了江苏省将从可再生能源份额的增加和电力系统灵活性的提高当中受益。数据显示,提高可再生能源占比将为江苏电力系统节约近640亿元人民币的总成本,到2030年,总碳排放量将减少25%以上。

据了解,瓦锡兰在江苏省开展的电力系统建模分析,目的有三:其一,理解电力系统的运用及基本要素,以阐明能源系统在未来可能遇到的挑战;其二,量化不同电厂在系统层面的效益,理解灵活性在电力系统中的价值,以达到优化电力系统总成本,找出优化能源组成结构;其三,理解和推广高质量建模,以帮助能源与运营储备可以协同优化,并积极开发新的建模方法。

周秦声介绍到,我们的系统建模预测了三种场景:第一种是基准(低可再生能源),要求在现有发展规划的基础上,到2030年新增风电装机容量与太阳能发电装机容量均为30吉瓦;第二种是中等可再生能源,到2030年,新增风电装机容量将达到50吉瓦,新增太阳能发电装机容量60吉瓦;还有一种是高再生能源,到2030年,要求新增风电装机容量85吉瓦、新增太阳能发电装机容量80吉瓦。随着我国“双碳”目标的实施,瓦锡兰认为,我们在系统建模中预测的第三种高再生能源场景是完全可以实现的。

通过建模结果可以看到,到2030年的装机结构、抽水蓄能都有良好表现。未来,随着可再生能源大规模的接入,电网对于调峰调频的需求也会越来越显著。

中国电力规划设计总院国际合作部负责人王顺超博士描述了从该电力系统建模研究中得到的启示,可再生能源并网可以在减少碳排放量和降低整体能源成本方面带来巨大效益。需求侧响应、储能技术和内燃机等灵活发电选项将为可再生能源创造更多空间,也为江苏电力系统提供可观的经济、环境和运营效益。

“像江苏这样的省份已经是一个很大的电力市场,多种各具优势的灵活技术在这里都有广阔的发展空间。电池中储存的电力可以在几秒钟内加到系统中,储能成本不断降低。瓦锡兰的燃气内燃机发电厂可以在两分钟内启动,并可扩展至提供数百兆瓦的电力,能够极大地满足灵活性需求。”周秦声认为,储能技术与高效灵活的燃气内燃机发电厂的结合将为江苏省部署可再生能源提供必要的调峰和调频支持,在增加能源产出的同时减少碳排放。

值得关注的是,去年底,瓦锡兰集团与中国华能集团子公司华能江苏能源开发有限公司签订了战略合作框架协议,双方将基于内燃机技术,研发出更可持续且更加灵活的发电方式。

周秦声表示,未来随着更多的可再生能源并入江苏电网系统,一些灵活技术例如燃气内燃机发电厂可以迅速启动,以满足平衡间歇和波动发电所需的快速响应需求,确保电网的稳定和可靠。当可再生能源电力恢复工作时,这些内燃机也可以快速被关停。

据了解,瓦锡兰长期致力于提高内燃机效率,成功研制出了现有原动机中效率最高的内燃机。其中一个关键便在于开发了集成内燃机功能,实现了低排放和高内燃机效率。

近日,瓦锡兰启动了氢氨无碳燃料测试项目。测试结果非常令人鼓舞,其中一台测试的内燃机在典型的船舶负载范围内在使用70%氨含量的燃料时运行良好,另一台纯氢运行的内燃机测试也非常成功。据瓦锡兰相关工作人员介绍,燃料测试将在未来几年继续进行,目的是为发电厂和海洋应用确定最可行的内燃机的解决方案,实现向绿色燃料脱碳未来的转型。在能源市场,预计到2025年瓦锡兰将有纯氢运行的内燃机和电厂,预计在2023年可以推出纯氨燃料内燃机。

与此同时,瓦锡兰近期对外宣布了其“2030”承诺,从自身的碳中和行动出发,支持客户的脱碳之旅,从而为海洋和能源行业塑造可持续的未来。

“江苏样本”的落地为瓦锡兰能源业务入局中国创造了一个可复制且高标准的转折点。瓦锡兰的灵活发电技术和储能解决方案,能够帮助中国能源行业在大规模并网的同时维持电网的稳定性,并且在未来,燃气内燃机发电厂可以过渡到使用合成燃料发电。随着我国实现“双碳”目标进程的增速,瓦锡兰也迎来了进军中国能源市场的“关键窗口期”。

构建新型电力系统的“底层逻辑”

作为世界第一大能源生产国和消费国,如期实现碳达峰、碳中和目标是一场硬仗,更是一场大考。

近两年,不仅传统五大发电企业及诸多地方电力企业提出了宏大的清洁能源发展计划,钢铁、化工及部分互联网企业也将支持清洁能源发展作为落实“双碳”目标的重要举措。

今年3月,中央财经委员会指出,“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期,要构建清洁低碳安全高效的能源体系,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。

国家能源局党组书记、局长章建华指出,构建以新能源为主体的新型电力系统,首先要坚持创新驱动发展战略,加强技术和政策支撑保障,大力提升电力系统灵活调节能力,加强抽水蓄能、天然气发电等调峰电站建设,推进煤电灵活性改造,优化电网调度运行方式。

同时要加强电网建设,优化全国电网格局,完善区域主网架,开展配电网智能化升级改造,鼓励用户投资建设以消纳新能源为主的智能微电网。并且需要加强源网荷储协同发展,推动风光互补、水火互济等多能互补,推进新能源电站与电网协调同步,充分发挥储能系统双向调节作用。

此外还要深化电力体制改革,推动完善电价和电力调度交易机制,加强电力辅助服务市场建设,推进电力市场化交易,不断完善符合新型电力系统运行的配套机制和市场模式。

新型电力系统的构建,倒逼着各行各业从高碳技术路线切换到低碳、零碳技术路线,这需要投入大量的技术创新成本与用能方式转换成本。客观来看,目前,我国在关键装备、关键技术方面还存在着一定的差距,如风电大兆瓦级主轴承、氢能利用、气候预测、灵活性资源等核心装备技术上需要加快补齐。另一方面,需要全力推动包括能源流、电力流、灵活性资源流在内的多流高度耦合,充分发挥数字化技术解决方案的赋能作用。

技术革新将为新型电力系统的建设带来新的突破。而毋庸置疑的是,灵活发电技术已经成为构建新型电力系统的重要支撑。

周秦声表示,建设新型的电力系统需要中国的电网在未来拥有更多的灵活性。无论是灵活的天然气、储能的应用,还是灵活的调节资源都非常的关键。

据了解,瓦锡兰能够通过优化客户的能源系统和对其资产进行未来规划,帮助客户释放能源转型的价值,产品包括灵活的发电厂、能源管理系统和储能系统,以及包括GEMS 能源管理平台确保提高效率和保证性能的生命周期服务。

写在最后

随着中国提出雄心勃勃的碳达峰、碳中和目标。瓦锡兰认为,基于中国取得的成就和其实现碳中和目标的意愿,我们有充分的理由相信,中国将成为可再生能源转型的世界领导者。

可以看到,从呼唤到回应,从模糊到清晰。随着政策、资本与技术等多方的加持与协同,一个越来越具象的新型电力系统正稳步向我们走来,这必然会是一个具有中国特色,能够灵活适应国家碳达峰、碳中和不同发展阶段需要的新时代中国电力系统。

参考资料

[1] 国务院.2030年前碳达峰行动方案.

[2] 发改委.国家能源局.关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模的通知.

[3] 瓦锡兰.中国江苏正迈向高可再生能源的未来白皮书.

[4] 林华.国家电力投资集团有限公司市场营销中心主管.现货场景下的新能源消纳.

[5] 翟永平.亚洲开发银行首席能源官.改革开放的中国是发展中国家能源发展与转型的范本.

[6] 中国电力规划设计总院.中国能源发展报告2020.