在碳减排中,新型电力系统带来哪些积极作用,又该如何去构建?

星球能量站 2023-10-30
3463 字丨阅读本文需 8 分钟

围绕着构建碳中和社会,中国正在进行一场深刻的能源革命。数据显示,电力行业二氧化碳排放量占我国能源行业排放总量的近50%,是减排的重点领域,同时,电力是非化石能源最重要的应用模式,电力行业是最具深度低碳潜质的行业。国际能源署(IEA)研究成果显示,超过90%的能源排放可以通过终端高比例电气化、发展可再生能源以及提高能效加以解决。因此,能源转型的关键在电力,电力的低碳转型是能源、甚至是全社会脱碳的核心环节。

碳减排呼唤新型电力系统

据中电联预测,2025年、2030年、2035年我国全社会用电量分别达到9.5万亿、11.3万亿、12.6万亿千瓦时,“十四五”“十五五”“十六五”期间年均增速分别为4.8%、3.6%、2.2%。

我国能源燃烧占全部碳排放的88%左右,电力碳排放占全社会碳排放四成左右。随着全社会电气化水平的提升,更多碳排放从终端用能行业转移到电力,电力行业碳减排压力将持续加大。“在此背景下,加快构建以新能源为主体的新型电力系统,是电力工业促进自身碳减排、支撑全社会碳减排的必由之路,是实现电力工业高质量发展的必然选择。”杨昆说。

据悉,以新能源为主体的新型电力系统,包括新能源为主体的电源结构,高弹性的数字化、智能化电网,源网荷储、多元互动,及以电为中心的综合能源服务体系等,通过统一高效、有机协调的电力市场,实现电力系统各环节紧密链接、稳定有序,为经济社会发展提供源源不断的动力支持。

具体来看,加快形成以新能源为主体的电力供应格局,就是要保持风电、太阳能发电快速发展,积极推进水电、核电、气电电源的开发。比如,以大规模开发利用推动风电、光伏发电技术进步和成本降低,完善新能源发电服务体系,不断提升新能源发电的竞争力;以西南地区主要河流为重点,加快推动流域调节作用强的龙头电站开发,安全有序发展核电,合理布局、适度发展气电。

建设高弹性、数字化、智能化电力系统,就是要打造多元融合高弹性电网,持续开展煤电机组灵活性改造,大力加强储能体系建设。比如,要适应高比例新能源、高比例电力电子设备需要,促进系统各环节全面数字化、智能化。加强源网荷储多向互动,多能互联,推进多种能源形式之间的优化协调,提高电力设施利用效率,提升整体弹性。比如,煤电功能定位由主体电源逐步转变为调节电源,30万千瓦、60万千瓦亚临界机组优先实施灵活性改造,加快抽水蓄能建设,完善电动汽车参与系统调节的激励机制。

新型电力系统带来的积极作用

第一、发挥我国资源优势,促进清洁低碳技术革新

新型电力系统转型是实现“双碳”目标的重要途径。目前,我国化石能源主导的能源电力系统存在诸多问题,包括环境污染、能源及经济安全隐患、科技创新水平不高、能源市场机制滞后、缺乏国际话语权等。而我国拥有世界领先的新能源全产业链和供应链制造能力,资源储备丰富、分布范围广。由此可见,构建新型电力系统将最大程度发挥我国制造业的强大优势,实现能源的充足、安全、可靠供应,抵御各种突发的地缘政治风险,保障我国能源安全。同时,新型电力系统可以实现电力行业清洁低碳转型,因地制宜发展新能源和其他非化石能源发电,推进“电—能—材—化”转换。在电力、工业、交通、建筑等“两高”行业中,利用新型低碳、零碳、负碳技术,可以有效提升电气化技术水平,促进能源经济社会转型。

第二、满足对电力行业碳排放监管工作的需要

减碳的根本途径在于清洁能源对煤炭发电的稳步替代,同时减少化石能源开采、运输、加工和消费带来的土地沉降、水质污染、大气污染、噪声污染等一系列生态环境问题,满足于政府部门对电力行业碳排放管理工作的需要。这一方面将加速电力行业的减污降碳,充分发挥工业、建筑、交通等行业电气化过程中的减排效益。另一方面将重塑全社会的生产方式和用能方式,推动电、电基燃料及原料全面代替煤炭、石油和天然气。

不仅将促进电力行业有序放开输配以外的业务,调动市场活力,还原电力能源如电力现货、碳期货等商品属性,还能建立起合理的成本分摊机制和利益共享机制。随着绿电消费激励约束机制逐步完善,绿电、绿证的市场化、金融化属性将逐步凸显,并发挥出绿色低碳的价值导向,将大力推动碳市场和绿证交易市场的建设,促进两个市场有机融合,使得化石能源在环境社会责任(ESG)当中实现社会成本内部化,体现可再生能源、清洁能源的绿色溢价。

第三、通过数智赋能,提升碳市场数据质量和管理水平

以数字信息技术为驱动,利用大数据、云计算、人工智能、数字孪生等服务于电力系统的管理和运维全链条监管,能够提升数字化、网络化和智能化水平,从而促进电力系统源网荷储协同互动。充分利用好新型电力系统对碳市场管理信息的采集和共享,推进建成一个高效运转的全国碳市场,并做好与可再生能源消纳责任制、大气污染防治、能源消费总量控制等政策的协同和融合,以减少政策之间负面的影响,形成合力共同推动我国能源经济转型,为实现绿色可持续发展发挥重要作用。

第四、促进新能源等灵活性资源合理配置及供应

根据北京大学能源研究院发布的《新能源为主体的新型电力系统的内涵与展望》报告,在构建新型电力系统的发展路径下,预计我国电力行业二氧化碳排放将于2025年左右达峰,峰值约45亿吨,2025—2028年碳排放处于峰值平台期,到2030年仍为42亿吨左右。2030年之后,我国电力行业二氧化碳排放呈加速下降趋势,若不考虑碳捕捉、利用及封存(CCUS)技术在电力行业的利用,到2035年我国电力行业碳排放约39亿吨,到2050年约20亿吨,到2060年约3亿吨。若考虑CCUS(包括BECCS和直接空气捕捉)技术在电力行业的利用,到2035年我国电力行业碳排放约35亿吨,到2050年约7亿吨,到2060年实现负排放。如果在全球范围内合理利用新型电力系统,全球净温室气体排放总量将在2032年达峰,净排放量达到497亿吨二氧化碳当量,之后逐步下降。而传统发展模式在2060年净排放仍有371亿吨二氧化碳当量,在新型电力系统的发展模式下2048年温室气体净排放量为0,全球将实现净零排放,并继续稳步向好。

破局三步走:理念先行、能力创建、按图索骥

面对机遇与挑战,对于需求侧企业而言,以碳中和为目标的绿色转型已刻不容缓。要取得最终成功,绝非一蹴而就,需要循序渐进,以先进理念作为战略指导,以创新能力配合适当工具,以成功案例引导落地执行。

第一步,理念先行。企业必须在思想层面、理念层面建立新的认知,与碳中和规划一道,设计10年乃至更长时间的转型规划。企业可以通过以下三步,从全局角度,运用系统性的方法梳理实现清洁低碳、用能成本降低和安全可靠不同目标的优先级,集中有效资源,快速实现目标。

摸现状、做规划、留接口:结合企业现状与发展阶段制定详细规划,构建以清洁电力为主体的、多样化能源供应结构,同时做好系统开放性设计,提高系统兼容性, 以便在未来吸纳新技术。

构建系统级架构:打造微型电力生态,构建清晰的系统级架构,在四个方面形成改变——从分散管理,到集中调控;从单一的电能,到多种能源综合利用;从系统内部管理,到与外部互通互联;从就地管理,到云端应用与分析。

全生命周期考量:在系统建设过程中,将关注点聚焦在全生命周期成本与效果的考量。同时,利用数字化手段,建立资产管理平台,优化资产管理水平,设备全生命周期使用及人力成本。

第二步,能力创建。为将美好愿景转化为现实,企业需要匹配创新能力,打造适合的工具,其中涵盖提高绿电应用能力和比例、提升自身数字化运营能力、强化配电网的智能化属性等。

拥抱绿电,低碳转型:除了购买绿电、绿证等交易行为,企业还可通过建设分布式新能源,使用储能设施等实现清洁低碳与用电成本降低,并利用软件系统辅助电力供需平衡、自产自消。此外,企业还可通过使用“绿色”电气设备,如无六氟化硫开关柜等电气设备,有效降低设备对环境造成的影响。

数字运营,降本增效:一方面,通过搭建数字化能量管理系统,实现不同用电环节间的负荷分配,改善能源结构,优化成本。另一方面,通过数字化节能增效方式,让能耗数据透明可控,并进行趋势预测,确保电能的最大使用效率以及设备的最优使用,并给出更加优化和完整的节能方案建议,形成持续优化。

配电升级,安全可靠:越来越多分布式新能源发电建设,以及交互性更强的终端的应用等,都要求配电网更加智能化,如利用更多新型电力电子设备,应对复杂多样的电能质量问题,保障供电连续性;利用数字孪生技术,辅助电网设计、运维、调度等,提高配网弹性;通过对智能电网技术的应用,逐步形成新形态电网与大电网高度协同的未来。

第三步,按图索骥。实现低碳转型、降本提效、安全可靠三大目标,已成为每个需求侧企业的当务之急。对此,施耐德电气认为,利用清洁电气化与数字化技术所产生的叠加效应,进行端到端的能源管理,全面推动能源管理升级,是达成企业发展目标,最终实现“双碳”愿景的最佳方法。

基于这一认知,施耐德电气提出绿色能源管理理念,并通过“创新产品”“软件端到端”“源网荷储一体化”三位一体的关键创新,打造出绿色高效、安全可靠的能源管理解决方案,一方面在融合新能源的接入和使用的同时,保证能源系统与电能质量的稳定可靠,最大化实现新能源的消纳,另一方面以强大数字化能力,让各个环节能源的使用和表现透明可见,有效发现系统风险,优化构架提高能源利用率,从而帮助不同行业客户减少最多50%的碳足迹,节省高达60%和75%的资本及运营支出,提升50%设备可用性和25%场所安全性,并节约30%的成本。

文章来源: ​工信部,经济日报,能源一号

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