解決高比例間歇性可再生能源融入電網(wǎng)的方法

下一階段，通過創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)靈活性水平的提升

2019年1月，在阿布扎比舉行的國際可再生能源署第九屆大會(huì)上，能源行業(yè)的部長和首席執(zhí)行官齊聚一堂，討論電力行業(yè)轉(zhuǎn)型問題。與會(huì)部長們普遍認(rèn)識(shí)到，創(chuàng)新是能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵推動(dòng)力，各國必須跟上最新發(fā)展，以制定適合其需要和發(fā)展情況的解決辦法。

在成本的迅速下降和可再生能源發(fā)電在全球能源結(jié)構(gòu)中的占比持續(xù)上升的背景下，大家已經(jīng)把注意力轉(zhuǎn)移至與間歇性可再生能源（VRE）電網(wǎng)融和的相關(guān)成本上，特別是在與轉(zhuǎn)型相關(guān)的成本—效益計(jì)算方面。幸運(yùn)的是，電力系統(tǒng)的靈活性不是靜態(tài)的。創(chuàng)新可以提高整個(gè)價(jià)值鏈（包括電源、輸配電和需求）的電力系統(tǒng)靈活性，同時(shí)降低系統(tǒng)總成本。

當(dāng)前和未來電力系統(tǒng)的靈活性

國際可再生能源署的綜合研究，即《可再生能源電力的創(chuàng)新藍(lán)景》，包含迄今為止最全面的間歇性可再生能源電網(wǎng)融和創(chuàng)新分析。報(bào)告中認(rèn)為，我們并非缺乏創(chuàng)新—相反，我們需要找到辦法，使最近的創(chuàng)新和公開宣布變得具有意義。本報(bào)告的目的是使指導(dǎo)成員對(duì)于這個(gè)復(fù)雜的主題更易接觸，以助于其創(chuàng)新。它確定了30種創(chuàng)新類型和11種基于這些創(chuàng)新的實(shí)際解決方案。它還確定并分析了200多個(gè)實(shí)際項(xiàng)目和應(yīng)用。研究結(jié)果不是藍(lán)圖，而是工具箱，因?yàn)閼?yīng)用這些創(chuàng)新時(shí)必須考慮每個(gè)電力系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)。

3種創(chuàng)新趨勢

國際可再生能源署認(rèn)為推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型的3大趨勢：終端能源部門的數(shù)字化、分散化和電氣化。這些趨勢是由強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益推動(dòng)的。正如我們所知，它們一起可以改變能源行業(yè)。

結(jié)合三種創(chuàng)新趨勢提高靈活性

終端用戶部門的電氣化

上一節(jié)詳細(xì)討論了可再生能源電氣化是終端用戶部門（運(yùn)輸、建筑和工業(yè)）脫碳化的基石。例如，電動(dòng)汽車（EV）提供了新的靈活性來源，2019年初已有560萬輛電動(dòng)乘用車上路。在全球約10億輛汽車中，中國和美國形成了最大的市場，兩國分別擁有260萬和110萬輛電動(dòng)汽車。供暖的電氣化也在增長。預(yù)計(jì)截止2017年底，歐洲已安裝超過1000萬臺(tái)熱泵。

在消費(fèi)端連接的分布式能源（DERs）的出現(xiàn)正在使電力系統(tǒng)分散化。它們包括屋頂太陽能光伏、微型風(fēng)力渦輪機(jī)、電表后端電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、熱泵和插電式混合動(dòng)力汽車（PHEV）。值得注意的是，目前占全球發(fā)電量約1%的屋頂光伏發(fā)電正在加速增長。基于分布式能源的分散化是靈活性的重要來源，比如采用需求響應(yīng)措施。例如，非洲的公司利用即用即付模式向肯尼亞和烏干達(dá)的家庭提供太陽能家庭系統(tǒng)。移動(dòng)支付系統(tǒng)用于收集付款。這些國家為60多萬戶家庭提供了電力，使家庭能夠擁有照明、手機(jī)充電器以及電視和冰箱等家用電器。

電力部門的數(shù)字化

數(shù)字化是能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵“放大器”，能夠管理大量數(shù)據(jù)，并且對(duì)具有許多小型發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。增強(qiáng)的溝通、控制基于區(qū)塊鏈技術(shù)的自動(dòng)化智能合約允許分布式能源資源由"集合商"捆綁在一起。智能電表和傳感器的廣泛應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的應(yīng)用以及通過人工智能對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，為系統(tǒng)提供新的服務(wù)創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。

數(shù)字技術(shù)以多種方式支持電力部門的轉(zhuǎn)型，包括：更好地監(jiān)測資產(chǎn)及其業(yè)績；更精細(xì)的操作和控制更接近現(xiàn)實(shí)時(shí)間；實(shí)施新的市場設(shè)計(jì)；以及新業(yè)務(wù)模式的出現(xiàn)。據(jù)估計(jì)，全球已經(jīng)安裝了7億多臺(tái)智能電表，僅在中國就有4億臺(tái)左右。到2025年，全球預(yù)計(jì)將有750億臺(tái)電器通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，為消費(fèi)者、制造商和公用事業(yè)提供商提供豐富的信息。例如，2018年，德國電池解決方案公司Sonnen提供電網(wǎng)服務(wù)，并參與了該國的電力平衡市場。電網(wǎng)服務(wù)由3萬戶家庭聯(lián)網(wǎng)家庭儲(chǔ)能系統(tǒng)提供。

創(chuàng)新的4個(gè)維度

正如國際可再生能源署的工作所證實(shí)的，沒有一個(gè)單一能改變游戲規(guī)則的創(chuàng)新。任何孤立的創(chuàng)新都不可能產(chǎn)生重大影響，而是需要伴隨著電力所屬部門的創(chuàng)新。國際可再生能源署調(diào)查了大量創(chuàng)新的前景，這些創(chuàng)新可促進(jìn)將高份額間歇性可再生能源融入到電力系統(tǒng)中，確定并集合了30項(xiàng)變革性創(chuàng)新，包括支持技術(shù)、業(yè)務(wù)模型、市場設(shè)計(jì)和系統(tǒng)操作。

創(chuàng)新的4個(gè)維度

支持技術(shù)：電池儲(chǔ)能、需求端管理和數(shù)字技術(shù)正在改變電力行業(yè)，為釋放系統(tǒng)靈活性的新應(yīng)用敞開大門。終端用戶部門的電氣化正在成為可再生能源的一個(gè)新市場，但如果以智慧的方式應(yīng)用，也可以提供其他靈活需求的方法（第4節(jié)進(jìn)一步闡述）。

商業(yè)模式：創(chuàng)新的商業(yè)模式是使這些技術(shù)創(chuàng)造的新價(jià)值貨幣化的關(guān)鍵。在消費(fèi)者方面，許多創(chuàng)新的商業(yè)模式正在出現(xiàn)，同時(shí)，創(chuàng)新計(jì)劃允許在選擇有限的地區(qū)（如離網(wǎng)或人口稠密地區(qū)）提供可再生電力供應(yīng)。

市場設(shè)計(jì)：使市場設(shè)計(jì)適應(yīng)不斷變化的模式——轉(zhuǎn)向擁有高間歇性可再生能源份額的低碳電力系統(tǒng)—對(duì)于實(shí)現(xiàn)價(jià)值創(chuàng)造和充足的收入流至關(guān)重要。

系統(tǒng)運(yùn)營：隨著新技術(shù)和健全的市場設(shè)計(jì)到位，系統(tǒng)運(yùn)行也需要?jiǎng)?chuàng)新，并且對(duì)更高份額的間歇性可再生能源融入電網(wǎng)進(jìn)行相應(yīng)。其中包括適應(yīng)不確定性的創(chuàng)新以及系統(tǒng)集成分布式能源（DER）的創(chuàng)新運(yùn)營。

創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的轉(zhuǎn)型

在過去十年中，創(chuàng)新使可再生能源技術(shù)成本大幅下降，太陽能光伏發(fā)電成本在2009~2018年間下降了近75%，而陸上風(fēng)電成本也下降了近25%。因此，可再生能源發(fā)電的業(yè)務(wù)案例在目前非常強(qiáng)勁。從現(xiàn)在起，重點(diǎn)應(yīng)轉(zhuǎn)向降低這些技術(shù)的融入電網(wǎng)的成本。

根據(jù)國際可再生能源署的分析，為了在2015~2050年實(shí)現(xiàn)深度脫碳的投資水平，應(yīng)加強(qiáng)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、儲(chǔ)能和靈活的傳統(tǒng)發(fā)電建設(shè)以實(shí)現(xiàn)間歇性可再生能源融入電網(wǎng)，該方面的投資規(guī)模與其他可再生能源發(fā)電技術(shù)所需的總投資規(guī)模相似。在與《巴黎協(xié)定》目標(biāo)一致的情景中，假設(shè)只完成有限的靈活性，在2015年至2050年期間，這些投資或?qū)⒏哌_(dá)18萬億美元。

這一預(yù)測強(qiáng)調(diào)了創(chuàng)新在提高電力系統(tǒng)靈活性方面的重要性。德國漢堡市給出了創(chuàng)新可以降低此類成本的一個(gè)例子，在大規(guī)模采用電動(dòng)汽車之后，電網(wǎng)面臨瓶頸。在高需求期間（如同時(shí)為數(shù)千輛電動(dòng)汽車充電）或緊急負(fù)載條件下（例如相鄰線路停止使用時(shí)）滿足所需負(fù)載，為需要加固約10000公里的0.4千伏電纜線路。作為替代方案，漢堡斯特羅姆內(nèi)茨與西門子合作，試圖通過使用數(shù)字技術(shù)測試智能解決方案，減少在同一地區(qū)電網(wǎng)上同時(shí)充電的電動(dòng)汽車數(shù)量。該解決方案的成本估計(jì)為200萬歐元，僅為加固電網(wǎng)常規(guī)解決方案成本的10%，其中包括安裝30個(gè)控制單元和私人充電基礎(chǔ)設(shè)施負(fù)載監(jiān)控設(shè)施。

此案例表明，具有實(shí)際影響的實(shí)際解決方案來自創(chuàng)新的組合。正確的組合和最佳解決方案對(duì)于每個(gè)國家可能不同，但許多國家都有共同點(diǎn)。將這4個(gè)維度的創(chuàng)新相結(jié)合所產(chǎn)生的解決方案降低了電力系統(tǒng)成本。國際可再生能源署已詳細(xì)闡述了11種解決方案，以提高電力系統(tǒng)的靈活性，以說明如何結(jié)合創(chuàng)新，從而在針對(duì)間歇性可再生能源集成的定制方法中產(chǎn)生效果。

靈活性解決方案

翻譯＆編輯：Mirakuru＠ERR能研微訊團(tuán)隊(duì)