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“新型电力系统”与储能

返回列表来源:柏艾斯 发布日期:2021-03-23 13:23:53浏览:-查看手机网址
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01 新型电力系统是适应高占比新能源的系统 


3月15日,中共中央总书记、国家主席、中央军委主席、中央财经委员会主任习近平主持召开中央财经委员会第九次会议,研究促进平台经济健康发展问题和实现碳达峰、碳中和的基本思路和主要举措。 


会议指出,要构建清洁低碳安全高效的能源体系,控制化石能源总量,着力提高利用效能,实施可再生能源替代行动,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。新能源在未来电力系统中的主体地位,首次得以明确。


 这是一个至关重要的定义。此前能源电力行业包括国家能源局的提法是,构建适应高比例可再生能源发展的新型电力系统,也就是新一代电力系统。此次会议则进一步定调,称为构建以新能源为主体的新型电力系统。


 构建以新能源为主体的新型电力系统,意味着风电和光伏将是未来电力系统的主体,煤电降成辅助性能源。


 去年12月12日,习近平在气候雄心峰会上表示,到2030年,中国风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。而业内则普遍预测,12亿千瓦只是下限。主要智囊机构预测,到2030年风电和光伏装机可能在16-18亿千瓦左右。


 但是如此之高的新能源装机,对于电力系统构成了史无前例的巨大挑战,因此需要构建新型电力系统。


 02 传统电力系统的特点 


我们知道,电力系统是一个超大规模的非线性时变能量平衡系统,电能以光速传播,发电、输电、用电瞬时完成,而且要时刻保持平衡。 


而传统电力系统采取的生产组织模式是“源随荷动”,简单说叫发电跟着用电走。在发电侧,常规发电机组,比如火电,可以进行精准的控制;在用电侧,千家万户的用电无法自由控制。传统电力系统,是根据日常经验的积累、大数据的分析、天气预报和节假日及不同季节负荷特性,对第二天用电趋势做出一个比较准确的预测,这个预测准确率一般高于95%。用一个精准可控的发电系统,去匹配一个基本可测的用电系统,并在实际运行过程中滚动调节,可以实现电力系统安全可靠运行。 


03 高占比新能源所面临的挑战


新能源大规模接入后改变了这一切。应该说从根本上改变了“源随荷动”的运行模式。在新能源高占比电力系统中,因为集中式的风电、光伏大规模接入,发电侧的新能源随机性、波动性影响巨大,“天热无风”、“云来无光”,发电出力无法按需控制。同时在用电侧,尤其是大量分布式新能源接入以后,用电负荷预测准确性也大幅下降。这意味着,无论是发电侧还是用户侧都完全不可控,所以传统的技术手段和生产模式,已经无法适应高占比新能源电网的运行需求。


 同时,新能源本质上是电力电子设备,不具备传统发电机的机械转动惯量,本身抗扰动性能就差,而整个系统转动惯量下降后,全系统抗故障冲击的能力也大大降低。


 国家电网调度部门给过一个形象的比喻——过去电网像一艘航空母舰,现在改成了一个小吨位的货轮加上无数艘小帆船来运行,大海里边一个大浪过来,首先小帆船就翻了,小吨位货轮也会产生大幅摇摆,对电网安全造成巨大的影响。 


因此,需要对传统电力系统进行革命,构建新型电力系统。


 04 储能的使命 


电力即产即用的特性,任何时候生产量和需求量都需要严格匹配。像光伏如果白天发的电如果太多,不能及时存储下来并网就只能白白浪费,这也是“弃光”严重的原因之一。而要解决“弃光”的问题,很重要的一个手段就是储能。仅从2019年上半年看,弃风较为严重地区:新疆、甘肃和内蒙古,弃风率分别为17.0%、10.1%和8.2%。而目风电、光伏的发电量占比还处于个位数阶段,预计2030年将提升至25%,到那时候,这个矛盾会更加凸显。


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 简单理解,储能的重要性就相当于吃饭为什么需要碗——如果把电力比做“工业粮食”,光伏、风电是“生产机”(帮忙生产更多粮食),特高压电网是“大运河”(帮忙输送了更多粮食),储能就相当于“大粮仓”(帮忙存储更多粮食)。


 而在各种储能方式中,锂电池储能无疑是最方便的,但缺点到也很明显:贵。每度电储能成本高达0.6~0.8元,这个价格比电价还高了一倍。这就直接导致多发出来的电与其存起来,还不如弃掉划算。但如果能够大幅降低储能成本,“弃风弃光”就可以得到解决。 


怎么降低锂电池的成本?一个叫莱特定律的公式可以帮助解决这个问题。


 1936年,西奥多-莱特在研究生产成本时,发现飞机生产数量每累计增加一倍,制造商就会实现成本按百分比持续下降,比如生产第2000架飞机的成本比生产第1000架飞机的成本低15%,生产第4000架飞机的成本,比生产第2000架飞机的成本低15%。


 锂电池也符合这个定律:电池产量每次翻倍,其成本会下降28%。随着电动车爆发带来的推动,储能成本正持续下降,新能源电站+锂电池储能成本会不断降低,根据GTM数据,2012年到2017年电化学储能电站成本大幅下降78%。而且未来到2030年,储能成本会下降到1000元/kWh,我国大部分地区风储光储结合就能实现平价。


 储能解环新型电力系统对发输配用的即时性,并形成在新能源高占比的电力系统的“生产-传输-储存-利用”的闭环,逐步实现自我造血,不断正向加强。 


在国家电网公司发布“碳达峰、碳中和”行动方案中,明确加强系统调节能力建设,大力推进抽水蓄能电站和调峰气电建设,推广应用大规模储能装置,提高系统调节能力。未来5年,国家电网将年均投入超过700亿美元,推动电网升级,促进能源清洁低碳转型,助力实现碳中和目标。


 国网能源研究院预计,中国新型储能(所谓新型储能,即为抽水蓄能之外的各类储能总称)在2030年之后会迎来快速增长,2060年装机规模将达4.2亿千瓦(420GW)左右。而截至2019年,我国中国的新型储能累积装机规模为2.1GW。这意味着,2060年中国新型储能装机规模将飙升近200倍。 


构建以新能源为主体的新型电力系统,是实现碳达峰、碳中和最主要举措之一,储能必将肩负重任。未来,新型电力系统的规划建设需要建立多层次,集中式与分布式并举,调频调峰与削峰填谷高渗透的储能系统。


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