二是加强区域电网的互联互通,发挥相邻电网的“间接储能系统”作用,优化资源利用,减少系统总体成本。
三是提高电力需求侧的灵活性,主要是综合运用储能、热泵、电动汽车、智能电表等技术手段,提高负荷的可调节性。
四是发展可再生能源供热、增加储热装置,增加电厂灵活度。与储电相比,储热在技术上更加易于实现,成本也相对要低廉得多。
五是在生产侧、电网侧和用户侧采用储能技术,提高这些环节灵活性。
目前,除了煤电机组的灵活性改造,电化学储能成本高之外,其余四种途径在我国都因为存在各种障碍,要么没动作,要么效果非常有限,导致目前电力系统的灵活性还是很差。当然,更重要的是多年来电源开发与电网规划不匹配,因而才出现了处于能源转型初级阶段、风光电无法上网的比重高企的局面。
其次,火电机组的大型化与电力系统灵活性的内在矛盾。
目前,很多电力政策思路基本上不考虑能源转型的影响。最典型的就是电力行业节能减排和淘汰落后产能的政策中一直推崇、并被推广到其他行业的“上大压小”政策。此后,关停小火电机组的标准不断提高。目前,已经要求20万及其以下千瓦火电机组必须关闭,并鼓励上大机组。据统计,60万千瓦及其以上火电机组占全部机组的比重已经占到44%以上。
然而,不断提高火电机组规模,本质上不利于提高电力系统灵活性。因为随着可再生能源发电机组比例的进一步提高,火电机组未来将从基荷电源转变为备用电源。也就是说,在风光电发电高峰,大量的火电机组就要停下来或者低负荷运转让风光电机组优先发电;当风光电出力掉下来时,火电机组要马上顶上去。这就要求火电机组有足够的灵活性。显然,机组规模越大,灵活性越差。而且,60万千瓦的超临界机组如果低负荷运行,煤耗和排放都要大幅度增加,节能减排的目的也无法完全实现。
第三,输网强、配网弱的电网结构无法适应用户侧变革的需要。
能源转型对电力系统来说,至少会产生两个重大的方向性变化:一是随着大量分布式光伏、小型生物质电站、多能互补的微电网等在用户侧出现,电力系统电能将从生产端向消费端的单向流动,转变为双向流动(用户端也生产电能——即产消者,prosumer);二是电网从纵向一体化的集中式电网向分布式扁平电网转变。
这两个转变,都需要一个数字化、智能化水平高和本地平衡能力强的本地配电网。无论是出于大量小型的分布式电站“集成”的需要,还是大量储能设备、电动企业等分布式接入对配电网优化运行和控制的需要,加快实现配电网转型都迫在眉睫。
我国的输电网的技术水平被业内认为是世界领先的,但长期以来,我国投资都是“重输轻配”,导致电网结构薄弱,自动化水平低;基础数据分割严重无法共享,信息化水平低,远不能应对电力系统转型的过程所带来的挑战,也不能适应未来智慧城市和低碳发展的要求。
电力结构未来的趋势
电力结构未来发展趋势从两个角度阐述,一个是按照能源转型的要求,对未来电力结构的一个“情景分析”,二是能源转型从结构方面导致电力系统的变化,即电力系统转型。
未来电力结构(供给或消费结构)低碳达到何种程度,各家机构有自己不同的看法。总体上看,可再生能源研究机构基本上是倾向乐观预测,而化石能源集团发布的各种报告基本上是保守估计。无论乐观还是保守,其实它们仅仅是反映了既定条件下的“情景分析”而已。重要的是如何能达到实现这个情景的条件。
这里引用中国电力规划院对我国2035年电力结构的一个情景分析。分析分为基准情景(NPS)和可持续发展情景(SDS)。
从图6可以看到,与基准情景相比,可持续发展情景的装机结构中,光伏发电比重增加8%,风电增加4%,核电增加1%,而燃气发电和燃煤发电分别减少1%和12%。发电结构方面,可持续发展情景中,光伏发电量增加了8%,风电增加了6%,水电增加了4%,核电增加了4%,燃气发电不变,而燃煤发电则大幅减少24%。
对情景分析的过度关注,容易导致一种倾向:把电力转型简单理解为不断增加发电结构中可再生能源的比重,从而会倾向于采取传统的“大干快上”(比如我国建风电三峡)的方式,短期内大幅提高可再生能源比重。可再生能源比重比较小的时候,化石能源与可再生能源之间的矛盾不大,但随着可再生能源比重的进一步提高,两者之间的利益矛盾必然导致可再生能源发展面临种种障碍。正如目前我们所面临的问题一样:电网先假定自己不需要做大的变革,并把出现冲突的原因归于可再生能源发电方。
电力系统转型的方向。
电力系统转型,关键在电网转型。无论是上游的可再生能源发电,还是下游因可再生分布式能源和微电网等电力系统新生力量的进入,以及能源转型所推动的电力行业的技术创新与商业模式创新,都主要发生在用户侧。因此,一个与未来分布式扁平化发展趋势方向完全不同的传统电网,必须要尽快转型来实现这一变革趋势。一方面要通过技术变革和投资方向的调整来实现转型,另一方面需要通过电力体制改革,真正实现一个能够“管住”的“中间”,使“中间”真正成为一个单纯的输送通道,而不是上下游的“关键”。否则,“中间”管不住的结果,就是“两边”被“中间”管住了。