淺析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)轉型問題。與會部長們普遍認識到，創(chuàng)新是能源轉型的關鍵推動力，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)電在全球能源結構中的占比持續(xù)上升的背景下，大家已經(jīng)把注意力轉移至與間歇性可再生能源（VRE）電網(wǎng)融和的相關成本上，特別是在與轉型相關的成本—效益計算方面。幸運的是，電力系統(tǒng)的靈活性不是靜態(tài)的。創(chuàng)新可以提高整個價值鏈（包括電源、輸配電和需求）的電力系統(tǒng)靈活性，同時降低系統(tǒng)總成本。

當前和未來電力系統(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。報告中認為，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。本報告的目的是使指導成員對于這個復雜的主題更易接觸，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)新的實際解決方案。它還確定并分析了200多個實際項目和應用。研究結果不是藍圖，而是工具箱，因為應用這些創(chuàng)新時必須考慮每個電力系統(tǒng)的現(xiàn)實。

3種創(chuàng)新趨勢

國際可再生能源署認為推動能源轉型的3大趨勢終端能源部門的數(shù)字化、分散化和電氣化。這些趨勢是由強大的經(jīng)濟和社會效益推動的。正如我們所知，它們一起可以改變能源行業(yè)。

結合三種創(chuàng)新趨勢提高靈活性

終端用戶部門的電氣化

上一節(jié)詳細討論了可再生能源電氣化是終端用戶部門（運輸、建筑和工業(yè)）脫碳化的基石。例如，電動汽車（EV）提供了新的靈活性來源，2019年初已有560萬輛電動乘用車上路。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110萬輛電動汽車。供暖的電氣化也在增長。預計截止2017年底，歐洲已安裝超過1000萬臺熱泵。

在消費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、微型風力渦輪機、電表后端電池儲能系統(tǒng)、熱泵和插電式混合動力汽車（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?；诜植际侥茉吹姆稚⒒庆`活性的重要來源，比如采用需求響應措施。例如，非洲的公司利用即用即付模式向肯尼亞和烏干達的家庭提供太陽能家庭系統(tǒng)。移動支付系統(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)字化是能源轉型的關鍵“放大器”，能夠管理大量數(shù)據(jù)，并且對具有許多小型發(fā)電機組的系統(tǒng)實現(xiàn)優(yōu)化。增強的溝通、控制基于區(qū)塊鏈技術的自動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用、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的應用以及通過人工智能對大量數(shù)據(jù)進行管理，為系統(tǒng)提供新的服務創(chuàng)造了機會。

數(shù)字技術以多種方式支持電力部門的轉型，包括更好地監(jiān)測資產(chǎn)及其業(yè)績；更精細的操作和控制更接近現(xiàn)實時間；實施新的市場設計；以及新業(yè)務模式的出現(xiàn)。據(jù)估計，全球已經(jīng)安裝了7億多臺智能電表，僅在中國就有4億臺左右。到2025年，全球預計將有750億臺電器通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)互聯(lián)互通，為消費者、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，并參與了該國的電力平衡市場。電網(wǎng)服務由3萬戶家庭聯(lián)網(wǎng)家庭儲能系統(tǒng)提供。

創(chuàng)新的4個維度

正如國際可再生能源署的工作所證實的，沒有一個單一能改變游戲規(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項變革性創(chuàng)新，包括支持技術、業(yè)務模型、市場設計和系統(tǒng)操作。

創(chuàng)新的4個維度

支持技術電池儲能、需求端管理和數(shù)字技術正在改變電力行業(yè)，為釋放系統(tǒng)靈活性的新應用敞開大門。終端用戶部門的電氣化正在成為可再生能源的一個新市場，但如果以智慧的方式應用，也可以提供其他靈活需求的方法（第4節(jié)進一步闡述）。

商業(yè)模式創(chuàng)新的商業(yè)模式是使這些技術創(chuàng)造的新價值貨幣化的關鍵。在消費者方面，許多創(chuàng)新的商業(yè)模式正在出現(xiàn)，同時，創(chuàng)新計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。

市場設計使市場設計適應不斷變化的模式——轉向擁有高間歇性可再生能源份額的低碳電力系統(tǒng)—對于實現(xiàn)價值創(chuàng)造和充足的收入流至關重要。

系統(tǒng)運營隨著新技術和健全的市場設計到位，系統(tǒng)運行也需要創(chuàng)新，并且對更高份額的間歇性可再生能源融入電網(wǎng)進行相應。其中包括適應不確定性的創(chuàng)新以及系統(tǒng)集成分布式能源（DER）的創(chuàng)新運營。

創(chuàng)新，以實現(xiàn)經(jīng)濟高效的轉型

在過去十年中，創(chuàng)新使可再生能源技術成本大幅下降，太陽能光伏發(fā)電成本在2009~2018年間下降了近75%，而陸上風電成本也下降了近25%。因此，可再生能源發(fā)電的業(yè)務案例在目前非常強勁。從現(xiàn)在起，重點應轉向降低這些技術的融入電網(wǎng)的成本。

根據(jù)國際可再生能源署的分析，為了在2015~2050年實現(xiàn)深度脫碳的投資水平，應加強電網(wǎng)基礎設施、儲能和靈活的傳統(tǒng)發(fā)電建設以實現(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)電技術所需的總投資規(guī)模相似。在與《巴黎協(xié)定》目標一致的情景中，假設只完成有限的靈活性，在2015年至2050年期間，這些投資或將高達18萬億美元。

這一預測強調(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例子，在大規(guī)模采用電動汽車之后，電網(wǎng)面臨瓶頸。在高需求期間（如同時為數(shù)千輛電動汽車充電）或緊急負載條件下（例如相鄰線路停止使用時）滿足所需負載，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)字技術測試智能解決方案，減少在同一地區(qū)電網(wǎng)上同時充電的電動汽車數(shù)量。該解決方案的成本估計為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個控制單元和私人充電基礎設施負載監(jiān)控設施。

此案例表明，具有實際影響的實際解決方案來自創(chuàng)新的組合。正確的組合和最佳解決方案對于每個國家可能不同，但許多國家都有共同點。將這4個維度的創(chuàng)新相結合所產(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，以說明如何結合創(chuàng)新，從而在針對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能研微訊團隊