把碳達峰碳中和納入生態(tài)文明建設整體布局，以經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型為引領，以能源綠色低碳發(fā)展為關鍵，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是新時期黨和國家賦予能源領域的重要使命。建設多能互補綜合能源系統(tǒng)，就是以“橫向多能互補、縱向源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)”的核心思想和綜合化的發(fā)展理念、智能化的發(fā)展手段、準中心化的發(fā)展模式，保障以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)高質(zhì)量構(gòu)建，推動我國能源系統(tǒng)清潔化轉(zhuǎn)型的同時兼顧能源供應的可靠性和經(jīng)濟性，最終實現(xiàn)全社會、全產(chǎn)業(yè)鏈的經(jīng)濟脫碳與安全脫碳。
來源：微信公眾號“能源研究俱樂部” 作者：華北電力大學 曾鳴 劉英新
一、綜合能源系統(tǒng)助力破解能源“不可能三角”問題
大力發(fā)展風電、太陽能發(fā)電，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是實現(xiàn)“雙碳”目標的重要抓手，而推動能源綠色低碳發(fā)展，勢必會對能源系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性、可靠性帶來挑戰(zhàn)，而清潔化、經(jīng)濟性、可靠性三者均是能源系統(tǒng)不可忽視的方面。
能源供應安全和降低社會用能成本的戰(zhàn)略要求，使得能源系統(tǒng)清潔化轉(zhuǎn)型任務愈加艱巨。能源安全是關系國家經(jīng)濟社會發(fā)展的全局性、戰(zhàn)略性問題，保障能源供應安全更是能源安全戰(zhàn)略的重中之重，而隨著以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設步伐的不斷推進，穩(wěn)定可控的火電機組裝機占比和有效利用時間將不斷減少，大規(guī)模波動性、間歇性新能源發(fā)電的接入將使得電力供應安全面臨嚴峻挑戰(zhàn)。此外，國家層面提出繼續(xù)推動降低全社會用能成本，要求能源系統(tǒng)在清潔化轉(zhuǎn)型的同時必須更加注重降本增效，建設清潔低碳安全高效能源體系的任務愈加艱巨。
能源系統(tǒng)的清潔化和供能可靠性要求，使得社會綜合用能成本的降低面臨較大壓力。風電、太陽能發(fā)電與傳統(tǒng)煤電相比其發(fā)電成本仍然較高，且為了保障波動性、間歇性較強的風電、太陽能發(fā)電出力的順利并網(wǎng)，還需要配套建設大量的抽水蓄能、儲能電站等調(diào)峰資源以保障系統(tǒng)運行的安全性，較高的成本使得風電、太陽能發(fā)電仍不具備取代煤電的經(jīng)濟性。同時，我國風、光等自然資源與負荷中心存在顯著的逆向分布特征，大量的新能源電力需要通過特高壓通道從西北地區(qū)輸送至中東部消納，大規(guī)模的輸電通道投資和固有的輸電損耗也進一步降低了風電、太陽能發(fā)電項目的經(jīng)濟性。
能源系統(tǒng)的清潔化和用能成本約束，使得電力系統(tǒng)運行可靠性面臨諸多挑戰(zhàn)。風速、光照輻射存在固有的隨機性，導致風電、太陽能發(fā)電具有明顯的波動性和間歇性特征，大規(guī)模風電、太陽能發(fā)電機組的接入將使得電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定、功率平衡等面臨較大壓力。而我國現(xiàn)有電力系統(tǒng)靈活性調(diào)峰資源的缺失和柔性控制與協(xié)調(diào)調(diào)度能力的短板難以應對大規(guī)模波動性、間歇新新能源接入帶來的嚴峻挑戰(zhàn)。為保障系統(tǒng)運行的可靠性，必須投入大量資金用于系統(tǒng)靈活性資源的建設、改造，以及電網(wǎng)、調(diào)度基礎設施的升級。而投入的增加會帶來用能成本的變化，亟需從系統(tǒng)層面協(xié)調(diào)大規(guī)模新能源接入與用能成本、系統(tǒng)運行可靠性三者之間的問題。
綜合能源系統(tǒng)的顯著特征是“橫向多能互補，縱向源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)”，能夠助力破解能源“不可能三角”問題。建設多能互補綜合能源系統(tǒng)，就是要打破多異質(zhì)能源子系統(tǒng)之間及能源子系統(tǒng)內(nèi)部各環(huán)節(jié)的壁壘障礙，整合石油、煤炭、天然氣和電力等多種能源資源，實現(xiàn)傳統(tǒng)化石能源與風、光等新能源協(xié)調(diào)規(guī)劃、優(yōu)化運行、協(xié)同管理、交互響應和互補互濟，在滿足多元化用能需求的同時有效提升能源利用效率。一是通過電源、電網(wǎng)、需求側(cè)及儲能各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)互動，平抑風電、太陽能發(fā)電出力的波動性和間歇性，提高系統(tǒng)運行可靠性；二是通過加強煤電、水電與風電、太陽能發(fā)電的互補出力，以較低的煤電、水電對沖風電、太陽能發(fā)電成本較高的難題，降低社會用能成本；三是通過多種能源的互補出力和源網(wǎng)荷儲的協(xié)調(diào)互動，提高系統(tǒng)運行可靠性和經(jīng)濟性的同時支撐大規(guī)模新能源并網(wǎng)消納。
二、綜合能源系統(tǒng)“四化”路徑支撐“雙碳”目標順利實現(xiàn)
建設多能互補綜合能源系統(tǒng)，是以清潔化的發(fā)展目標、綜合化的發(fā)展理念、智能化的發(fā)展手段、準中心化的發(fā)展模式全面推動以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設，為“雙碳”目標的順利實現(xiàn)提供切實可行的“四化”實現(xiàn)路徑。
貫徹清潔化發(fā)展目標。建設新型電力系統(tǒng)，就是通過大力推動風能、太陽能等新能源發(fā)展，逐步降低我國化石能源消費占比，并最終實現(xiàn)電力系統(tǒng)的清潔化轉(zhuǎn)型。為實現(xiàn)“雙碳”目標，到2030年我國非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右，風電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億千瓦以上。為此我國非化石能源消費比重與新能源發(fā)電裝機容量在未來九年需分別保持5%和10%以上的年發(fā)展增速，風能、太陽能等新能源發(fā)電將進入倍速發(fā)展階段。同時，未來我國還將適度發(fā)展核電、水電，積極探索風光儲氫等清潔化能源發(fā)展路徑，持續(xù)開展煤電超低排放與節(jié)能改造工作，改善我國以化石能源為主的能源消費結(jié)構(gòu)，全面提升電力系統(tǒng)的清潔化水平。
堅持綜合化發(fā)展理念。一方面，綜合能源系統(tǒng)立足于供能可靠性提高、綜合能效提高及用能成本降低、碳排放降低和其他污染物排放降低的“兩高三低”目標對不同品類能源的生產(chǎn)、消費進行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理調(diào)配，通過集成儲能、需求響應資源等各類靈活性調(diào)峰資源和系統(tǒng)內(nèi)的能源轉(zhuǎn)換基礎設施，為風、光等新能源的消納提供充足的靈活性資源與輔助服務，提升系統(tǒng)對波動性風電、太陽能發(fā)電的接入和調(diào)控能力，助力能源系統(tǒng)供給側(cè)的清潔化轉(zhuǎn)型。另一方面，依托以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設，在需求側(cè)開展綠色低碳的綜合能源服務，通過清潔能源與化石能源的互補替代，推動傳統(tǒng)的能源消費理念向 “能源+服務”的綜合消費理念過渡，發(fā)掘需求側(cè)消納綠色電力、節(jié)能增效管理以及購買綠證等多樣化需求，在滿足用戶能源消費需求的同時充分發(fā)揮和調(diào)動需求側(cè)消納新能源的潛力與積極性，提升風、光等新能源在消費端的結(jié)構(gòu)占比，助力能源系統(tǒng)需求側(cè)的清潔化轉(zhuǎn)型。
創(chuàng)新智能化發(fā)展手段。大規(guī)模發(fā)展風能、太陽能等新能源，必將涉及多種能源的協(xié)同控制和多元能源主體利益協(xié)調(diào)等問題，而多種能源出力特性的差異導致運行調(diào)控的復雜性遠遠超過現(xiàn)有系統(tǒng)的調(diào)度能力，同時，多元能源主體相互獨立導致系統(tǒng)層面的優(yōu)化管理存在困難。因此，需要深化云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動通信、人工智能、區(qū)塊鏈和邊緣計算等現(xiàn)代數(shù)字信息技術在能源領域的融合應用，在實現(xiàn)能源生產(chǎn)、傳輸、交易、消費多環(huán)節(jié)即時化感知與監(jiān)測的基礎上，促進能源信息的流動與共享，充分發(fā)掘能源大數(shù)據(jù)作為新時期重要生產(chǎn)要素的潛在價值，為能源系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)的運行及管理優(yōu)化提供重要支撐。
探索準中心化發(fā)展模式。未來的能源電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)準中心化的發(fā)展模式，即以電力為中心，以電網(wǎng)為樞紐，以集中式和分布式新能源為重要能源供應主體的新型發(fā)展模式。一方面，在規(guī)劃運行層面推行能源電力系統(tǒng)準中心化調(diào)度，以智能調(diào)度運行平臺和區(qū)域智慧能源管理系統(tǒng)等技術應用，推動實現(xiàn)集中式新能源的廣域調(diào)度優(yōu)化決策、大電網(wǎng)與分布式微能網(wǎng)的雙向互動以及分布式節(jié)點的協(xié)同自治，有效提升能源系統(tǒng)中跨區(qū)跨省能源調(diào)配和就近能源資源配置消納的綜合效率；另一方面，在體制機制層面推動能源行業(yè)準中心化發(fā)展，借鑒平臺經(jīng)濟與共享經(jīng)濟思維，創(chuàng)新準中心化的新機制、新模式與新業(yè)態(tài)，圍繞電力系統(tǒng)核心樞紐建設互惠共贏能源生態(tài)圈，通過數(shù)字手段和共享機制打通系統(tǒng)中各節(jié)點、各主體間的服務流、信息流、資金流，實現(xiàn)生態(tài)共榮與產(chǎn)業(yè)共建。
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