近年來，隨著更大規(guī)模新能源的建設(shè)，資源富集區(qū)與資源消耗區(qū)的遠(yuǎn)距離分離矛盾越加凸顯，大規(guī)模消納一直是個(gè)焦點(diǎn)，如何在保證電網(wǎng)安全的基礎(chǔ)上更好地消納新能源，除了加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，儲(chǔ)能建設(shè)之外，源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化和多能互補(bǔ)技術(shù)成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。
2021年3月，國家發(fā)展改革委、國家能源局正式發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)電力源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化和多能互補(bǔ)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，明確提出了“多能互補(bǔ)實(shí)施路徑”“推進(jìn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化，提升保障能力和利用效率”“推進(jìn)多能互補(bǔ)，提升可再生能源消納水平”的指導(dǎo)思想，指明了“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”和“多能互補(bǔ)”發(fā)展對(duì)于促進(jìn)我國能源轉(zhuǎn)型和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要意義。
在以風(fēng)光電為主的新能源項(xiàng)目高速發(fā)展的趨勢(shì)下，為保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，保障大規(guī)模新能源可以順利、充分消納，“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”模式應(yīng)運(yùn)而生。
源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化
電力系統(tǒng)是一個(gè)需要接近于實(shí)時(shí)維持在供需平衡狀態(tài)的能量系統(tǒng)，在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，通過按照需求側(cè)負(fù)荷的變化進(jìn)行各上網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的有功和無功調(diào)整，從而保持整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，該類型的電力平衡調(diào)節(jié)方式通常稱為“源隨荷動(dòng)”。
“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”其本質(zhì)為構(gòu)建一個(gè)新型的電力系統(tǒng)，將一張大電網(wǎng)分解成多個(gè)層級(jí)，形成以大電網(wǎng)為主導(dǎo)，區(qū)域(省)級(jí)、市(縣)級(jí)、園區(qū)(居民區(qū))級(jí)等多層級(jí)電網(wǎng)并存的格局。側(cè)重于以負(fù)荷需求為中心，通過對(duì)電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)、儲(chǔ)能側(cè)的各項(xiàng)電能資源要素就地、就近、靈活調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)源源互補(bǔ)、源網(wǎng)協(xié)調(diào)、網(wǎng)荷互動(dòng)、網(wǎng)儲(chǔ)聯(lián)同、源荷匹配的電量交互形式，充分發(fā)揮負(fù)荷側(cè)的調(diào)節(jié)能力。
源網(wǎng)荷儲(chǔ)的基本工作機(jī)理有以下三方面內(nèi)涵：首先，對(duì)源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)的特性進(jìn)行分析，摸清源網(wǎng)荷儲(chǔ)各個(gè)環(huán)節(jié)的當(dāng)前狀態(tài)和具備的能力。其次，對(duì)發(fā)電功率、負(fù)荷功率等進(jìn)行預(yù)測(cè)。第三，制定源網(wǎng)荷儲(chǔ)的協(xié)調(diào)優(yōu)化策略，充分發(fā)揮儲(chǔ)能“查漏補(bǔ)缺、削峰填谷”作用。
面臨的問題
“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”是建立新型電力系統(tǒng)的要求，這一模式將各類能源，尤其新增的諸多新能源從“單干”走向“抱團(tuán)”，建立起牢固可靠的保障電力供需平衡的系統(tǒng)性機(jī)制。但在現(xiàn)階段，在發(fā)展源網(wǎng)荷儲(chǔ)，尤其是大基地式源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化方面，還存一系列問題。
項(xiàng)目建設(shè)成本較高
現(xiàn)階段，大基地式源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化項(xiàng)目儲(chǔ)能主要以源端配置10~20%裝機(jī)比例、時(shí)長一般不少于1小時(shí)的電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備為主，壓縮空氣、飛輪儲(chǔ)能、高溫熔鹽蓄熱等大多新型儲(chǔ)能技術(shù)仍處于示范應(yīng)用或推廣階段。在今年磷酸鐵鋰電池價(jià)格上漲的背景下，儲(chǔ)能系統(tǒng)電力市場(chǎng)價(jià)格機(jī)制尚未形成，前期投資評(píng)價(jià)過程中儲(chǔ)能系統(tǒng)商業(yè)模式仍不明確，全生命周期收益率很難測(cè)算。
尤其是以新能源配套儲(chǔ)能為主的“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”項(xiàng)目，還面臨光伏組件成本上漲的投資壓力。以風(fēng)光電項(xiàng)目配置10%比例、1小時(shí)的電化學(xué)儲(chǔ)能為例，按1.8元/Wh的儲(chǔ)能系統(tǒng)造價(jià)計(jì)算，將導(dǎo)致風(fēng)光電項(xiàng)目單位投資直接增加近5%。且從目前來看，除了有棄風(fēng)棄光地區(qū)、以儲(chǔ)能比例作為新能源指標(biāo)競(jìng)配的地區(qū)以外，電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備的投入并不能給項(xiàng)目帶來直接收益。
市場(chǎng)價(jià)格機(jī)制尚未形成
目前實(shí)施的示范項(xiàng)目均以小型的園區(qū)(居民區(qū))級(jí)為主，如何打通四個(gè)環(huán)節(jié)橫向壁壘、如何均勻分配收益仍需探索，我國公平公正有效的價(jià)格定價(jià)和結(jié)算機(jī)制仍在持續(xù)推進(jìn)建設(shè)過程中。
一是在造價(jià)明顯高于其他電源的情況下，“同網(wǎng)同價(jià)”的輸配電價(jià)對(duì)于就近消納、輸配電距離較短的大基地式源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化項(xiàng)目尚不公平，從輸配電價(jià)格方面就影響了其經(jīng)濟(jì)性。
二是在儲(chǔ)能方面，除負(fù)荷側(cè)儲(chǔ)能利用峰谷電價(jià)差套利以及抽水蓄能收益外，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能、電源側(cè)儲(chǔ)能及負(fù)荷側(cè)輔助調(diào)頻等服務(wù)尚無有效的定價(jià)方式及商業(yè)模式，參與電網(wǎng)需求響應(yīng)的結(jié)算機(jī)制仍未統(tǒng)一建立。
三是因參與電網(wǎng)需求響應(yīng)的“虛擬電廠”沒有明確的地理邊界和電網(wǎng)分界點(diǎn)，在缺乏針對(duì)“虛擬電廠”的市場(chǎng)機(jī)制的情況下，通過需求側(cè)管理的“虛擬電廠”推進(jìn)荷側(cè)互動(dòng)調(diào)節(jié)的難度較大。
傳統(tǒng)能源深受影響
風(fēng)光電的出力存在一定的季節(jié)性和波動(dòng)性，與終端負(fù)荷特性匹配度不高，新能源占比快速提高，給電網(wǎng)電量平衡調(diào)度能力帶來新的挑戰(zhàn)，必須要依靠其他常規(guī)電源來調(diào)節(jié)。而因煤炭、天然氣等價(jià)格高企，煤電、氣電企業(yè)原本就已經(jīng)虧損，還再要給新能源讓路，反應(yīng)較為強(qiáng)烈。
電網(wǎng)對(duì)源網(wǎng)荷儲(chǔ)的態(tài)度還不夠積極
“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)“網(wǎng)”仍牢牢掌握在電網(wǎng)企業(yè)手中，當(dāng)前多地電網(wǎng)企業(yè)對(duì)于其他投資方統(tǒng)一開發(fā)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”持謹(jǐn)慎態(tài)度，尤其增量配網(wǎng)業(yè)務(wù)市場(chǎng)還沒有充分放開。
相關(guān)技術(shù)細(xì)則以及標(biāo)準(zhǔn)仍有不健全
大基地式源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化項(xiàng)目的“抱團(tuán)”模式，對(duì)能源細(xì)分行業(yè)的整合度要求進(jìn)一步提升，對(duì)項(xiàng)目的規(guī)劃、審批、開發(fā)、建設(shè)、運(yùn)營都提出了更高要求。面對(duì)大基地式源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化項(xiàng)目巨大的發(fā)展空間，國內(nèi)外在綜合能源系統(tǒng)、多能互補(bǔ)、火電機(jī)組靈活性改造等方面開展了大量研究和實(shí)踐，形成了一系列研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但在系統(tǒng)性的規(guī)劃設(shè)計(jì)和調(diào)度機(jī)制上沒有相應(yīng)的實(shí)施細(xì)則。
另外，大基地式源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化項(xiàng)目的相關(guān)實(shí)施技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)仍有匱乏，亟需建立健全規(guī)劃建設(shè)、調(diào)度運(yùn)行機(jī)制去實(shí)現(xiàn)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”的可靠運(yùn)行，然后逐步推廣應(yīng)用。
發(fā)展建議
大基地式新能源項(xiàng)目裝機(jī)容量較大，現(xiàn)有的項(xiàng)目一般都以源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化、多能互補(bǔ)項(xiàng)目等模式進(jìn)行開發(fā)建設(shè)，有的還結(jié)合新能源制氫、新能源供熱等。為了能更加順利開展大基地式源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化項(xiàng)目的開發(fā)和運(yùn)營，我們認(rèn)為應(yīng)在以下幾方面加強(qiáng)力度以促進(jìn)項(xiàng)目實(shí)施：
規(guī)劃引領(lǐng)、加強(qiáng)協(xié)調(diào)，完善體制機(jī)制建設(shè)
建議國家有關(guān)部門一要盡快組織開展規(guī)劃建設(shè)新型能源體系工作，提出指導(dǎo)方針和實(shí)施意見，制訂完善相應(yīng)的國家和地方能源發(fā)展計(jì)劃，從全局考慮出發(fā)，優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)布局，加強(qiáng)資源區(qū)與受電端的電力輸送規(guī)劃和建設(shè)，優(yōu)化區(qū)域內(nèi)各項(xiàng)目間的規(guī)劃整合。
二要因地制宜，綜合考慮“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”多場(chǎng)景和典型化配置方式和運(yùn)行方式，努力在各項(xiàng)目源端實(shí)現(xiàn)風(fēng)光互補(bǔ)，根據(jù)負(fù)荷側(cè)變化趨勢(shì)，更加合理地規(guī)劃設(shè)計(jì)電網(wǎng)側(cè)輸送容量，更加合理地規(guī)劃設(shè)計(jì)電源及儲(chǔ)能的裝機(jī)配比規(guī)定，在儲(chǔ)能方面適宜發(fā)展“啞鈴式”模式，即在源端建設(shè)一部分，以調(diào)節(jié)發(fā)電出力，在荷端也要建設(shè)相應(yīng)配套的儲(chǔ)能，更好地適應(yīng)需求側(cè)負(fù)荷變化，進(jìn)一步增加供電可靠性。
三要進(jìn)一步完善儲(chǔ)能調(diào)度機(jī)制，完善儲(chǔ)能參與并網(wǎng)運(yùn)行、輔助服務(wù)的相關(guān)規(guī)則，最大程度發(fā)揮儲(chǔ)能系統(tǒng)作用。
四要建立強(qiáng)有力的上下協(xié)調(diào)機(jī)制，明確各有關(guān)部門、各級(jí)的協(xié)調(diào)責(zé)任制，要實(shí)事求是規(guī)范地方政府在出讓資源時(shí)動(dòng)輒要求數(shù)億級(jí)的產(chǎn)業(yè)配套等不合理訴求，并加強(qiáng)對(duì)電力源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化項(xiàng)目建設(shè)過程的監(jiān)督和協(xié)調(diào)，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的問題要及時(shí)督促有關(guān)部門解決。
先行先試、分層實(shí)施，保障示范項(xiàng)目成效
抓住開頭幾年的發(fā)展機(jī)遇期，加大示范項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)力度，最好遵照“從小到大”分層實(shí)施，園區(qū)(居民區(qū))級(jí)源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化項(xiàng)目以分布式電源開發(fā)建設(shè)和就近接入消納為切入點(diǎn)，是最容易實(shí)施的一類項(xiàng)目，是整個(gè)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”體系綜合優(yōu)化的試驗(yàn)田。
可以針對(duì)園區(qū)(居民區(qū))級(jí)源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化項(xiàng)目在規(guī)劃、審批、設(shè)計(jì)、建設(shè)、管理、運(yùn)維、結(jié)算等全方面暴露的問題開展研究，并據(jù)此建立規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、方案等，從而為后續(xù)上層的市(縣)級(jí)、區(qū)域(省)級(jí)大基地式源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化項(xiàng)目規(guī)劃、構(gòu)建和實(shí)施積累經(jīng)驗(yàn)。
加大力度、重點(diǎn)攻關(guān)，解決系統(tǒng)技術(shù)困境
《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》和《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》中將“電力系統(tǒng)仿真分析及安全高效運(yùn)行技術(shù)”“交直流混合配電網(wǎng)靈活規(guī)劃運(yùn)行技術(shù)”“規(guī)模化儲(chǔ)能系統(tǒng)集成及優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)”、“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化和多能互補(bǔ)集成設(shè)計(jì)及運(yùn)行技術(shù)”“電網(wǎng)智能調(diào)度運(yùn)行控制與智能運(yùn)維技術(shù)”“多元用戶友好智能供需互動(dòng)技術(shù)”“智慧系統(tǒng)集成與綜合能源服務(wù)技術(shù)”等作為當(dāng)前需要攻關(guān)解決的重點(diǎn)技術(shù)任務(wù)，科工企業(yè)也要抓住這一時(shí)機(jī)，主動(dòng)開展相關(guān)研究，爭(zhēng)取“網(wǎng)”端技術(shù)和協(xié)調(diào)控制技術(shù)領(lǐng)域的突破，積極參與有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定，在源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化的技術(shù)層面也能夠占得先機(jī)、獲得主動(dòng)。
鼓勵(lì)創(chuàng)新、百花齊放，促進(jìn)設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新
堅(jiān)持科技是第一生產(chǎn)力、創(chuàng)新是第一動(dòng)力，深入實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略。除了系統(tǒng)性技術(shù)突破以外，先進(jìn)的設(shè)備性技術(shù)突破也是促進(jìn)大基地式源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化快速發(fā)展的必備條件之一，尤其是新型儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展。
當(dāng)前風(fēng)光儲(chǔ)項(xiàng)目大多都采用磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能，但其安全性仍是技術(shù)的突破重點(diǎn);液流電池也取得突破性發(fā)展，其安全性較好，但能量密度和成本方面還需要提升;百兆級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)已開始示范應(yīng)用，系統(tǒng)效率將從70%進(jìn)一步提升;制氫儲(chǔ)氫也正取得積極進(jìn)展。
同時(shí)還可加強(qiáng)終端能效提升、能源綜合利用等技術(shù)裝備研制，推進(jìn)科技示范工程建設(shè)，全面提升國產(chǎn)電工電氣裝備技術(shù)水平，通過智能調(diào)控，達(dá)到能源多樣化、電網(wǎng)智能化、負(fù)荷平均化、儲(chǔ)能安全化的目的。
本文首發(fā)于《能源》雜志2022年第12期能源產(chǎn)業(yè)欄目 作者：申曉剛、陳紅官、姜國濤、李建、楊秀方、王海軍、武曰杰)
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