把碳達峰碳中和納入生態(tài)文明建設整體布局，以經濟社會發(fā)展全面綠色轉型為引領，以能源綠色低碳發(fā)展為關鍵，構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是新時期黨和國家賦予能源領域的重要使命。建設多能互補綜合能源系統(tǒng)，就是以“橫向多能互補、縱向源網荷儲協(xié)調”的核心思想和綜合化的發(fā)展理念、智能化的發(fā)展手段、準中心化的發(fā)展模式，保障以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)高質量構建，推動我國能源系統(tǒng)清潔化轉型的同時兼顧能源供應的可靠性和經濟性，最終實現全社會、全產業(yè)鏈的經濟脫碳與安全脫碳。
來源：微信公眾號“能源研究俱樂部” 作者：華北電力大學 曾鳴 劉英新
一、綜合能源系統(tǒng)助力破解能源“不可能三角”問題
大力發(fā)展風電、太陽能發(fā)電，構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是實現“雙碳”目標的重要抓手，而推動能源綠色低碳發(fā)展，勢必會對能源系統(tǒng)運行的經濟性、可靠性帶來挑戰(zhàn)，而清潔化、經濟性、可靠性三者均是能源系統(tǒng)不可忽視的方面。
能源供應安全和降低社會用能成本的戰(zhàn)略要求，使得能源系統(tǒng)清潔化轉型任務愈加艱巨。能源安全是關系國家經濟社會發(fā)展的全局性、戰(zhàn)略性問題，保障能源供應安全更是能源安全戰(zhàn)略的重中之重，而隨著以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設步伐的不斷推進，穩(wěn)定可控的火電機組裝機占比和有效利用時間將不斷減少，大規(guī)模波動性、間歇性新能源發(fā)電的接入將使得電力供應安全面臨嚴峻挑戰(zhàn)。此外，國家層面提出繼續(xù)推動降低全社會用能成本，要求能源系統(tǒng)在清潔化轉型的同時必須更加注重降本增效，建設清潔低碳安全高效能源體系的任務愈加艱巨。
能源系統(tǒng)的清潔化和供能可靠性要求，使得社會綜合用能成本的降低面臨較大壓力。風電、太陽能發(fā)電與傳統(tǒng)煤電相比其發(fā)電成本仍然較高，且為了保障波動性、間歇性較強的風電、太陽能發(fā)電出力的順利并網，還需要配套建設大量的抽水蓄能、儲能電站等調峰資源以保障系統(tǒng)運行的安全性，較高的成本使得風電、太陽能發(fā)電仍不具備取代煤電的經濟性。同時，我國風、光等自然資源與負荷中心存在顯著的逆向分布特征，大量的新能源電力需要通過特高壓通道從西北地區(qū)輸送至中東部消納，大規(guī)模的輸電通道投資和固有的輸電損耗也進一步降低了風電、太陽能發(fā)電項目的經濟性。
能源系統(tǒng)的清潔化和用能成本約束，使得電力系統(tǒng)運行可靠性面臨諸多挑戰(zhàn)。風速、光照輻射存在固有的隨機性，導致風電、太陽能發(fā)電具有明顯的波動性和間歇性特征，大規(guī)模風電、太陽能發(fā)電機組的接入將使得電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定、功率平衡等面臨較大壓力。而我國現有電力系統(tǒng)靈活性調峰資源的缺失和柔性控制與協(xié)調調度能力的短板難以應對大規(guī)模波動性、間歇新新能源接入帶來的嚴峻挑戰(zhàn)。為保障系統(tǒng)運行的可靠性，必須投入大量資金用于系統(tǒng)靈活性資源的建設、改造，以及電網、調度基礎設施的升級。而投入的增加會帶來用能成本的變化，亟需從系統(tǒng)層面協(xié)調大規(guī)模新能源接入與用能成本、系統(tǒng)運行可靠性三者之間的問題。
綜合能源系統(tǒng)的顯著特征是“橫向多能互補，縱向源網荷儲協(xié)調”，能夠助力破解能源“不可能三角”問題。建設多能互補綜合能源系統(tǒng)，就是要打破多異質能源子系統(tǒng)之間及能源子系統(tǒng)內部各環(huán)節(jié)的壁壘障礙，整合石油、煤炭、天然氣和電力等多種能源資源，實現傳統(tǒng)化石能源與風、光等新能源協(xié)調規(guī)劃、優(yōu)化運行、協(xié)同管理、交互響應和互補互濟，在滿足多元化用能需求的同時有效提升能源利用效率。一是通過電源、電網、需求側及儲能各環(huán)節(jié)的協(xié)調互動，平抑風電、太陽能發(fā)電出力的波動性和間歇性，提高系統(tǒng)運行可靠性；二是通過加強煤電、水電與風電、太陽能發(fā)電的互補出力，以較低的煤電、水電對沖風電、太陽能發(fā)電成本較高的難題，降低社會用能成本；三是通過多種能源的互補出力和源網荷儲的協(xié)調互動，提高系統(tǒng)運行可靠性和經濟性的同時支撐大規(guī)模新能源并網消納。
二、綜合能源系統(tǒng)“四化”路徑支撐“雙碳”目標順利實現
建設多能互補綜合能源系統(tǒng)，是以清潔化的發(fā)展目標、綜合化的發(fā)展理念、智能化的發(fā)展手段、準中心化的發(fā)展模式全面推動以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設，為“雙碳”目標的順利實現提供切實可行的“四化”實現路徑。
貫徹清潔化發(fā)展目標。建設新型電力系統(tǒng)，就是通過大力推動風能、太陽能等新能源發(fā)展，逐步降低我國化石能源消費占比，并最終實現電力系統(tǒng)的清潔化轉型。為實現“雙碳”目標，到2030年我國非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右，風電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億千瓦以上。為此我國非化石能源消費比重與新能源發(fā)電裝機容量在未來九年需分別保持5%和10%以上的年發(fā)展增速，風能、太陽能等新能源發(fā)電將進入倍速發(fā)展階段。同時，未來我國還將適度發(fā)展核電、水電，積極探索風光儲氫等清潔化能源發(fā)展路徑，持續(xù)開展煤電超低排放與節(jié)能改造工作，改善我國以化石能源為主的能源消費結構，全面提升電力系統(tǒng)的清潔化水平。
堅持綜合化發(fā)展理念。一方面，綜合能源系統(tǒng)立足于供能可靠性提高、綜合能效提高及用能成本降低、碳排放降低和其他污染物排放降低的“兩高三低”目標對不同品類能源的生產、消費進行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理調配，通過集成儲能、需求響應資源等各類靈活性調峰資源和系統(tǒng)內的能源轉換基礎設施，為風、光等新能源的消納提供充足的靈活性資源與輔助服務，提升系統(tǒng)對波動性風電、太陽能發(fā)電的接入和調控能力，助力能源系統(tǒng)供給側的清潔化轉型。另一方面，依托以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設，在需求側開展綠色低碳的綜合能源服務，通過清潔能源與化石能源的互補替代，推動傳統(tǒng)的能源消費理念向 “能源+服務”的綜合消費理念過渡，發(fā)掘需求側消納綠色電力、節(jié)能增效管理以及購買綠證等多樣化需求，在滿足用戶能源消費需求的同時充分發(fā)揮和調動需求側消納新能源的潛力與積極性，提升風、光等新能源在消費端的結構占比，助力能源系統(tǒng)需求側的清潔化轉型。
創(chuàng)新智能化發(fā)展手段。大規(guī)模發(fā)展風能、太陽能等新能源，必將涉及多種能源的協(xié)同控制和多元能源主體利益協(xié)調等問題，而多種能源出力特性的差異導致運行調控的復雜性遠遠超過現有系統(tǒng)的調度能力，同時，多元能源主體相互獨立導致系統(tǒng)層面的優(yōu)化管理存在困難。因此，需要深化云計算、大數據、物聯(lián)網、移動通信、人工智能、區(qū)塊鏈和邊緣計算等現代數字信息技術在能源領域的融合應用，在實現能源生產、傳輸、交易、消費多環(huán)節(jié)即時化感知與監(jiān)測的基礎上，促進能源信息的流動與共享，充分發(fā)掘能源大數據作為新時期重要生產要素的潛在價值，為能源系統(tǒng)源網荷儲各環(huán)節(jié)的運行及管理優(yōu)化提供重要支撐。
探索準中心化發(fā)展模式。未來的能源電力系統(tǒng)將呈現準中心化的發(fā)展模式，即以電力為中心，以電網為樞紐，以集中式和分布式新能源為重要能源供應主體的新型發(fā)展模式。一方面，在規(guī)劃運行層面推行能源電力系統(tǒng)準中心化調度，以智能調度運行平臺和區(qū)域智慧能源管理系統(tǒng)等技術應用，推動實現集中式新能源的廣域調度優(yōu)化決策、大電網與分布式微能網的雙向互動以及分布式節(jié)點的協(xié)同自治，有效提升能源系統(tǒng)中跨區(qū)跨省能源調配和就近能源資源配置消納的綜合效率；另一方面，在體制機制層面推動能源行業(yè)準中心化發(fā)展，借鑒平臺經濟與共享經濟思維，創(chuàng)新準中心化的新機制、新模式與新業(yè)態(tài)，圍繞電力系統(tǒng)核心樞紐建設互惠共贏能源生態(tài)圈，通過數字手段和共享機制打通系統(tǒng)中各節(jié)點、各主體間的服務流、信息流、資金流，實現生態(tài)共榮與產業(yè)共建。
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