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“新型电力系统”与储能

日期:2021-03-25    来源:智见能源

能源资讯中心

2021
03/25
13:47
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关键词: 新型电力系统 储能 碳达峰 碳中和

1、 新型电力系统是以新能源为主体的系统

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。

2、 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。

3、 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。

4、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。

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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