國家電投黨組書記、董事長錢智民表示,中國新能源裝機從2003年的55萬千瓦增至當前的9億千瓦,20年內增長了1636倍。在最新一輪能源轉型過程中,我國已搶占先機。“據相關統計,全球十大光伏生產企業中我國占8個,全球十大風機整機生產企業我國占6個,全球十大動力電池的生產企業我國也占6個。”
“電力行業持續低碳轉型,當前非化石能源裝機14.6億千瓦,占總裝機的比例為52.4%。其中,水電裝機4.2億千瓦,風電近4億千瓦,太陽能發電5.2億千瓦,連續多年位居全球第一。”中電聯黨委書記、常務副理事長楊昆介紹。
“從低碳環保角度而言,從地下開采到使用燃燒,化石能源均產生巨大污染。同時,煤炭、石油的儲量有限且分布極不均勻。比如,全世界煤炭儲量前五位的國家占據了全球煤炭總量的74%。與之相比,可再生能源分布相對均勻,但主要問題是間歇性和不穩定性,因此未來的能源安全,特別是我國的能源安全要靠科技創新來解決。”錢智民說。
未來,新型電力系統的建設目標是由火電為基礎的電源轉為風光水核為基礎的電源,風光發電占電源的80%,占電量的70%,且集中式和分布式電源相結合。在這樣的電力系統中,可統一調度的電源容量不足是電網面臨的最大問題。
中國工程院院士、清華大學建筑節能研究中心主任江億舉例,在新型電力系統的電源結構中,我國中東部地區可統一調度的火電、水電僅占電源容量的10%左右,僅為最大負載的30%左右;能夠維持基荷的“核電+外來電”不超過最大負載的15%-20%,抽水蓄能、空氣壓縮、集中的液流電池僅可提供最大負載的20%。“尚缺少相當于最大負載約30%的可調節電源,缺少50%風光電峰值的消納。”
除了主電網,配電網同樣面臨挑戰。“在分布式光伏快速發展階段,配電系統線路、變壓器反向過負荷,節點過電壓等問題日益加劇,如何應對未來更高比例的分布式電源接入?當前,新型儲能系統快速發展,共享儲能等應用模式積極探索,如何經濟可行、技術可靠地解決配電系統線路、節點等局部面臨的問題?未來全社會用電量將翻倍,配電系統建設改造難度顯著加大,如何通過提升配電系統資產利用率水平,避免再造一張網以便滿足負荷需求?”中國工程院院士、天津大學電氣自動化與信息工程學院院長王成山連續發問。也有專家指出,隨著電動汽車快速發展、續航里程加大,未來“超充”將成為用戶的追求,也將給配電網帶來極大挑戰。
多重挑戰之下,我國能源安全亟需各類創新技術。當前,一大批新型能源技術正加快發展,以人工智能、5G大數據為代表的新一代信息技術、新材料技術、新能源技術正與電力技術融合發展。
針對主電網電源容量不足,江億分析,目前負荷周邊的火電、水電都可以作為旋轉備用電源,其容量十倍于負載側+風光點的不確定功率。“‘光儲直柔’+充電樁可有效補充可調電源不足的問題。到2050年,我國將有3億輛以上的非商用電動車,日儲電量可達150億千瓦時。同時將‘光儲直柔’配電接入建筑配電的充電樁系統,可實現柔性用電,也可補足旋轉備用電源不足的缺口。”
配電網則可利用微電網的廣泛應用場景驅動。“分布式光伏快速發展,要求配備大量儲能 (10%-20%),將儲能系統與光伏、負荷組成各種層級的微電網,在幾乎不增加建設成本的情況下,可大幅提高光伏接納能力,緩解波動影響,降低電網建設投資。”王成山認為,在多種積極因素驅動下,微電網將進入快速發展期,多能互補、交直流混聯、微電網集群等都將快速發展。以微電網為基本單元的新型配電系統末來可期,裝備模塊化、接口標準化、控制芯片化、運維智能化將是微電網市場化的關鍵。