未來，電力系統和能源系統可能是兩套體系並存：一個是以大電網為基礎的「電-氫」體系，另一個是「分佈式新能源+儲能微網系統」。
文 | 何勇健
發展綜合智慧能源是推動能源轉型升級、創新發展模式的重要方向之一。新常態下，綜合智慧能源發展面臨著機遇和挑戰，需要不斷地創新突破和政策支持。
新能源發展面臨的挑戰
挑戰一：目前，新能源已經沒有「護城河」技術，行業競爭加劇，從過去的藍海變成了現在的紅海
國內外新能源發展非常迅速，經過近一二十年的發展，整個產業鏈已沒有「卡脖子」的技術。全球新能源風、光、儲十大龍頭企業中，絕大多數都是中國企業。
隨着技術的進步，新能源的開發成本也在逐年降低，資金壁壘已經消失。往回看十年，光伏成本下降了90%，風電下降了50%左右，儲能也下降了90%以上。預計光伏的成本還將再降60%～70%，一度電一毛錢，甚至一度電一美分，是指日可待的。但是「雙碳」目標確立後，群雄逐鹿，加之政策的不確定性，導致新能源行業惡性競爭的狀況愈加嚴重。
挑戰二：新能源開發的底層邏輯發生了變化，給整個行業的發展帶來新挑戰
過去，中國新能源電量優先收購、帶補貼電價高於火電。但短短十餘年間，新能源從補貼退坡到平價上網，再到馬上進入電力現貨市場，電價呈下行趨勢，甚至出現負電價，這也是正常的競爭規律，因為新能源的不穩定性導致其無法實時響應電網或者用戶側需求，在電力現貨市場中缺乏競爭力。
今年5月1～2日，山東電力現貨市場出現了連續22個小時的負電價，價格區間為-0.085元/千瓦時至-0.032元/千瓦時。這種情況在發達國家電力現貨市場屢見不鮮，未來在我國也會成為常態。過去新能源電量和電價都是確定的，很容易確定它的回報率，但現在新能源量、價，以及未來政策邊界都存在較大的不確定因素，改變了新能源發展的底層邏輯。新能源企業要實現可持續發展，必須從單純的項目開發商向綜合智慧運營商轉型。
國際案例也帶給我們這方面的啟示。例如，著名的美國加州電網凈負荷「鴨子曲線」，反映了不斷增長的光伏裝機容量帶來的挑戰，導致白天的凈需求減少（鴨子的腹部），日落時急劇增加（鴨子的頸部），腹部越來越深，頸部每年都變得越來越陡峭。從那時起，電力行業一直在努力改善電網在鴨子曲線下的運行方式，因為「腹部」會導致過度發電問題和可再生能源棄電，而「頸部」會讓電網企業提供非常高的出力響應速度。更靈活的供電能力對於應對這些挑戰至關重要。近三年來，這種狀況並未得到緩解。最近，加州電網白天太陽能大發時段的凈負荷已達到零或變為負值，「鴨子曲線」已經加劇成「峽谷曲線」。
當然，也有化解的方式。從宏觀上看，通過V2G（車網互動）技術能夠比較好地緩解這個問題。可以算一筆賬：如果全國3000萬輛電動車通過V2G均衡地為電網調峰，大約能提供3億千瓦時的調節能力，目前全國最大的用電負荷為13.39億千瓦，一般的峰谷差就是30%～40%，理論上可以通過3000萬輛電動車的調峰能力平抑當前峰谷量。
從微觀上，如果加州每家每戶配置10千瓦時的儲能，就能比較好地平抑「鴨子曲線」，因為白天可以多儲多用，晚上把儲存的電釋放出來，可以在很大程度上減少對電網的衝擊。
挑戰三：我國能源資源與需求逆向分佈，需要通過特高壓遠距離輸送，對電網安全穩定運行提出更高要求
目前我國已建成特高壓線路35條，每年送電超過9000億千瓦時，佔全社會用電量不到11%，其中輸送風電、光伏電量更少，大概只有1500億千瓦時，佔全社會用電量不到2%。
在省級大電網消納新能源同樣面臨很大的困難。當風電、光伏總發電量佔比超過30%～40%時，大電網系統的頻率、電壓、功角穩定極限及高昂的成本決定了其消納新能源的天花板。從一些發達國家的經驗來看，新能源佔比最高僅能達40%左右，這個比例很難再提上去，在技術、經濟和安全上都會有很大的難度和挑戰。
從經濟性的角度看，也面臨很大的挑戰。新能源平價上網不等於平價利用，除新能源場站成本外，新能源利用成本還包括靈活性調峰電源投資、系統調節運行等系統成本。隨着新能源規模快速增長，系統調節成本將顯著提高。據國家電網公司測算，新能源電量佔比超過10%以後，每提升5個百分點將增加消納成本0.088元/千瓦時，因此，需要科學合理地疏導相關成本。如果我國新能源佔比達到像德國40%以上，那麼單是電網的消納成本就將高達0.5元/千瓦時以上，新能源就沒有競爭力了，這顯然是不可持續的。
大規模間歇性可再生能源併網使得供應側的可控性逐漸降低，電力系統的基本運行特徵也由需求側單側隨機系統轉變為供需雙側隨機波動系統。過去，在可再生能源上網電量規模還不是特別大的情況下，消納問題在電網方面的協調下可以得到相應解決，而當可再生能源電量超出一定規模後，僅靠電網來協調解決問題就非常困難或者成本巨大。一般來說，當風、光發電量佔到整個電力系統的40%以上時，傳統電網的調節方式便難以為繼。
挑戰四：來自技術上的挑戰
雖然我國新能源企業在全球處於主導地位，但從聚合技術，尤其是能源和其他工業、交通領域的融合來看，與國外先進國家相比，如美國、日本和德國，還有一定差距。根據中國21世紀議程管理中心對科技研發的相關判斷，實現碳中和的三大核心技術是低碳、零碳和負碳技術，目前已進入商業運營的技術僅佔30%左右，未來實現碳中和目標的大多數先進技術還在研發中，部分還處在概念設計階段。
「十四五」是我國實現碳達峰的關鍵期、窗口期，隨着「雙碳」目標向縱深推進，希望有更多、更好的技術能被研發出來，為碳中和服務。
挑戰五：綠電的零碳價值未得到體現，潛在價值有待挖掘
隨着新能源進入全面平價或溢價上網時代，如何開拓除了售電以外的綠色資產變現渠道，成為業界關心的話題。近日，國家發展改革委、財政部、國家能源局聯合發佈通知提出，進一步健全完善可再生能源綠色電力證書（綠證）制度，明確綠證適用範圍，規範綠證核發，健全綠證交易，擴大綠電消費，實現綠證對可再生能源電力的全覆蓋。未來，應該進一步把自願綠證交易市場變成強制性的綠證交易市場，讓風電、光伏發揮應有的零碳價值，並且與碳市場做好銜接。
挑戰六：國際貿易出口碳關稅帶來的挑戰
在促進可再生能源消納方面，可再生能源配額制、綠電綠證交易等體系，與國家核證自願減排量（CCER）體系都能夠促進可再生能源的發展，但需要進行統籌協調，避免對可再生能源形成重複激勵等問題。同時，應儘快推動綠證國際互認互通，實現綠證交易體系、價格與國際市場接軌，增強新能源及相關承載能產業海外市場的競爭力。未來，應在建立統一規範的綠電認證與交易體系基礎上，加強CCER和綠電、綠證等系統的信息流互通，為CCER項目發電量、減排量核證提供準確的數據憑證。
綜合智慧能源發展機遇
一是「雙碳」目標帶來的機遇。未來3年，全國電力需求仍將保持剛性增長，預計2025年全社會用電量將達到9.8萬億～10.2萬億千瓦時。到2060年，綠色低碳循環發展的經濟體系和清潔低碳安全高效的能源體系全面建立，能源利用效率達到國際先進水平，非化石能源消費比重達到80%以上。
電氣化發展是實現碳達峰、碳中和的有效途徑，在電氣化加速的情景下，電能占終端能源消費比重穩步提升。通過構建多元清潔電力供應體系，深入實施工業、建築、交通、農業領域的電能替代，全國電能占終端能源消費比重將從目前的26.5%提升至2060年的65%，其中工業、建築、交通、農業與鄉村居民生活的電氣化率將從2022年的27.1%、 49.5%、4.5%、39.8%分別提高至2060年的70%、80%、60%、80%，能效水平顯著提升，加強綠色低碳科技創新，深化市場化改革，可推動全社會電氣化水平持續提升。
二是發展氫能產業已經成為當前世界能源技術變革的重要方向。要實現碳中和目標，可再生能源裝機需要達到用電負荷容量的數倍。可再生能源長時間高出力給系統消納、安全和儲能帶來極大挑戰。未來電力系統靈活調節能力至關重要，直接關係著電力系統平衡與安全，決定了可再生能源的消納利用水平。發揮氫氣大規模、長時間存儲優勢，大規模部署電解水制氫儲能作為靈活性資源，在電源側和電網側跟蹤可再生能源波動性，靈活響應消納系統中多餘的風光出力，可有效提升能源供給質量、提高可再生能源消納利用水平。可再生能源制氫是未來的發展方向。
氫能可促進交通、鋼鐵、化工等領域大規模減碳。預計2060年，化工、鋼鐵、建材等行業的綠氫總需求約為3000萬噸，交通領域綠氫需求將達到1500萬噸左右。在交通領域，結合綠氫生產，氫燃料電池汽車是推動我國道路交通領域碳減排的重要途徑之一。在工業領域，結合綠氫的氫冶金技術，是鋼鐵產業綠色低碳發展的終極方向。電能和氫能替代，以及二氧化碳捕捉技術能夠顯著降低化工行業的碳排放。由此可見，氫能是優化能源消費結構、解決相關領域深度脫碳的重要解決方案。
三是「新能源+」融合發展給國家能源安全提供了巨大的保障。我國能源資源分佈不均衡，全國86%以上的煤炭資源集中在山西、內蒙古、新疆、陝西等西北部地區，東中部地區能源資源比較匱乏，能源安全問題較為突出。要加快規劃建設新型能源體系，提升非化石能源的替代能力，形成風、光、水、生、核、氫等多元化清潔能源供應體系。例如，氫能可以促進更高份額的可再生能源發展，有效減少我國對油氣的進口依存度，這是一個很有效的能源安全保障路徑。
碳中和帶來一個最深刻的改變，就是將能源從資源屬性轉變為科技屬性。能源供給將由高碳排放的化石能源為主轉變為清潔高效的可再生能源為主，能源生產從主要依靠資源轉變為更多依靠科技裝備。在新能源技術裝備方面，我國的風電和光伏處在全球領先位置。因此，要抓住能源屬性切換的歷史機遇。
新能源融合發展就是以綠色低碳發展為核心，突出跨界融合、要素融合、產業融合、區域融合，創造新模式和新業態，形成有機價值共生體系。未來，新能源的主要開發模式包括三個方面：一是「水+風+光+儲」多能互補新能源基地開發建設；二是依託科技創新和金融創新，創新分佈式能源應用新模式；三是因地制宜開展農光互補、漁光互補、光伏建築一體化（BIPV）、光伏治沙等「新能源+生態」項目，探索生態能源發展道路。
未來，電力系統和能源系統可能是兩套體系並存：一個是以大電網為基礎的「電-氫」體系，另一個是「分佈式新能源+儲能微網系統」。「電-氫」系統是藉助「清潔能源基地+特高壓+氫能與儲能」完成跨時空能源轉移供應，保障大電網體系的電力供需平衡與穩定，實現「綠能從遠方來」。「分佈式新能源+儲能系統」則通過就近取材，就地消納利用，擺脫對大電網的依賴（至多依靠大電網弱連接的備用），形成多個獨立的微電網，各個微電網之間又互相備用支撐，實現「綠能從身邊取」，保障經濟社會發展走向低碳、零碳。
本文系《中國電力企業管理》獨家稿件，作者系國家電投集團中央研究院黨委書記、董事長。
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