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新型電力系統(tǒng)建設下電力多元化服務發(fā)展機遇分析

能源新媒發(fā)布時間:2022-10-11 15:31:33  作者:封紅麗

  隨著大規(guī)模集中式、分布式新能源逐步接入,電力系統(tǒng)在供需平衡、清潔能源消納等方面面臨重大挑戰(zhàn)。改變以火電為主的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)運行方式,主動構建適應新能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng),是“雙碳”戰(zhàn)略目標指引下實現(xiàn)能源電力領域綠色低碳轉型的必由之路。

  發(fā)展綜合服務是支撐新型電力系統(tǒng)構建的重要舉措。綜合能源服務可以在多能協(xié)同互補、分布式能源開發(fā)利用、微電網(wǎng)建設應用等方面發(fā)揮積極作用,推動源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動,提高終端電氣化及能效水平,是加快能源產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化轉型的重要路徑,是提升能源系統(tǒng)效率和可再生能源比重的重要手段,有利于電力系統(tǒng)安全高效運行。

  市場環(huán)境變化

  在新型電力系統(tǒng)建設背景下將面臨很多新的環(huán)境變化,主要涉及政策、市場、技術、用戶端變化。

  一是政策趨勢變化:低碳化成為必然趨勢。《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》提出,“十四五”期間可再生能源在一次能源消費量增量中占比超過50%,可再生能源發(fā)電量增量占比超過50%的目標。這意味著可再生能源將成為能源消費增量主體,必然要求推動構建新型的電力系統(tǒng),這為綜合能源服務開展多能互補、源網(wǎng)荷儲一體化提供了新的商機。

  二是市場變化:全國統(tǒng)一電力市場體系建設提速。這將打破跨省跨區(qū)交易壁壘,現(xiàn)貨市場、綠電交易將迎發(fā)展新機遇,為綜合能源服務發(fā)展開拓了新的市場。

  三是技術變化:數(shù)字技術與能源技術深度融合。根據(jù)《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》,到2025年,數(shù)字經(jīng)濟核心產(chǎn)業(yè)增加值占國內(nèi)生產(chǎn)總值比重達到10%。數(shù)字化與能源技術融合,成為今后綜合能源服務業(yè)務的重點拓展方向。

  四是用戶需求變化:從“以生產(chǎn)為中心”向“以用戶為中心”轉變。新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)要求必須構建源網(wǎng)荷儲友好互動體系,倒逼綜合能源服務提高用戶滿意度,重點在節(jié)能等服務環(huán)節(jié)上提高核心競爭力。

  面臨的新挑戰(zhàn)

  同時,針對新型電力系統(tǒng)的高滲透可再生能源、高比例電力電子設備、高增長的電力負荷需求特點,同樣面臨著諸多挑戰(zhàn):一是能源供應。新能源“小發(fā)電量、弱穩(wěn)定性”特點突出,冬夏期間電力需求存在較大缺口。二是安全運行。系統(tǒng)運行特性日趨復雜,電壓、頻率調(diào)節(jié)能力方面面臨嚴峻考驗。三是清潔消納。新能源出力與負荷存在反調(diào)峰特性,系統(tǒng)調(diào)峰能力明顯不足。

  就電網(wǎng)而言,由于其“雙高”、“雙峰”特性明顯,備用容量明顯不足。極端情況下,2030年電網(wǎng)備用容量缺口將達到2億千瓦。新型電力系統(tǒng)背景下,電網(wǎng)將面臨更大挑戰(zhàn):

  一是電網(wǎng)傳統(tǒng)同步穩(wěn)定和新形態(tài)穩(wěn)定問題交織。高比例新能源機組連鎖脫網(wǎng)加大了故障沖擊,高比例電力電子設備帶來寬頻振蕩、無法實現(xiàn)鎖相同步等問題,對電網(wǎng)頻率穩(wěn)定造成威脅。

  二是電壓控制和電壓穩(wěn)定問題突出。大規(guī)模新能源并網(wǎng)地區(qū)電壓調(diào)節(jié)壓力顯著增加,直流集中饋入地區(qū)電壓調(diào)節(jié)性能下降,存在直流與新能源的電壓協(xié)調(diào)控制問題,交流短路容量不足時,協(xié)調(diào)控制十分困難。

  三是頻率調(diào)節(jié)和頻率穩(wěn)定問題突出。直流及新能源替代常規(guī)電源,系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)能力顯著下降。單一直流故障、多回直流同時換相失敗,對送受端電網(wǎng)產(chǎn)生巨大有功功率沖擊。

  市場發(fā)展機遇及市場潛力預測

  新型電力系統(tǒng)建設下,挑戰(zhàn)與機遇并存,既需要我們重點解決當前新能源消納與系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不足的矛盾、各領域高耗能、高污染的困境,又需要我們順應數(shù)字化、電力市場化大趨勢,提前籌劃布局并挖掘新的市場潛力。

  靈活調(diào)節(jié)資源市場亟待建立

  當前,國內(nèi)可再生能源發(fā)展迅猛,社會用電短期峰值負荷不斷攀升,新能源消納與系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不足的矛盾越發(fā)凸顯,系統(tǒng)靈活性提升的重要性也日益提升。據(jù)統(tǒng)計,截至2020年底,全國靈活調(diào)節(jié)電源占比達到18.5%。而《十四五現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出,到2025年,靈活調(diào)節(jié)電源占比達到24%左右。在全國統(tǒng)一電力市場體系頂層設計下,具備靈活調(diào)節(jié)能力的火電、儲能、抽蓄、用戶側需求響應等或優(yōu)先受益。

  開展需求響應是近期提升電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力的重要途徑,潛力大、前景好。

  新型電力系統(tǒng)具有多元化、小型資源化、分散化的特點,通過以綜合能源服務商或VPP身份參與需求響應是支撐新型電力系統(tǒng)用好的有效手段。隨著可再生能源大規(guī)模接入,電網(wǎng)“雙高”、“雙峰”特性明顯,備用容量不足。有專家預計中國2030年可再生能源裝機將達16.5億千瓦,這意味著電力系統(tǒng)也需要相應地加速提升靈活調(diào)節(jié)能力,但僅僅依靠煤電靈活性改造是無法完全滿足未來新型電力系統(tǒng)的靈活性需求的。

  預計“十四五”期間電網(wǎng)負荷最大日峰谷差率將達到36%,“十五五”期間將達到40%,電網(wǎng)調(diào)峰壓力持續(xù)增加。預計2025年、2030年全社會用電最大負荷將達到15.7、17.7億千瓦,需構建可調(diào)負荷資源庫約分別為7850萬千瓦、10620萬千瓦,測算屆時投資規(guī)模規(guī)模分別至少約為785億元、1062億元。

  抽水蓄能是當前技術最成熟、經(jīng)濟性最優(yōu)、最具大規(guī)模開發(fā)條件的綠色低碳清潔的電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)電源,與風電、太陽能發(fā)電、核電等聯(lián)合運行效果最好。

  為落實新型電力系統(tǒng)要求,構建以抽蓄作為儲能主體推動風光大規(guī)模發(fā)展的重要舉措迎來發(fā)展新局面。截至2021年底,全國已建抽水蓄能裝機容量3639萬千瓦,同比增長15.6%。2021年9月,國家能源局發(fā)布《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》,到2025年抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模達到6200萬千瓦以上;到2030年投產(chǎn)總規(guī)模達到1.2億千瓦左右。據(jù)此測算,“十四五”期間投資額約為3700億元,投資增幅達150%,之后投資增速逐漸下降,至2040年總投資約2.1萬億元。

  新型儲能是建設新型電力系統(tǒng)、推動能源綠色低碳轉型的重要裝備基礎和關鍵支撐技術,也是實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的重要支撐。

  “十三五”以來,我國新型儲能實現(xiàn)由研發(fā)示范向商業(yè)化初期過渡,實現(xiàn)了實質(zhì)性進步。電化學儲能、壓縮空氣儲能等技術創(chuàng)新取得長足進步,2021年底新型儲能累計裝機超過400萬千瓦。根據(jù)2021年4月國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布的《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》指出,到2025年,實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?;l(fā)展轉變,裝機規(guī)模達3000萬千瓦以上;到2030年,實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展。據(jù)此測算,到2025年,電化學儲能新增投資約520億元。

  近中期煤電運行靈活性改造仍舊是2021-2030年電力系統(tǒng)脫碳過渡時期的重要靈活性資源。

  由于目前我國火電占比較高,且火電機組靈活性改造具有調(diào)峰能力提升顯著、單位調(diào)節(jié)容量投資小、周期短見效快等優(yōu)點,因而實施火電靈活性改造是提升電力系統(tǒng)靈活性較為現(xiàn)實可行的選擇。2021年10月,國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《關于開展全國煤電機組改造升級的通知》。通知提出,存量煤電機組靈活性改造應改盡改,“十四五”期間完成靈活性改造2億千瓦,可增加系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力3000-4000萬千瓦。

  據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計,煤電靈活性改造單位千瓦調(diào)峰容量成本約在500-1500元。根據(jù)國家規(guī)劃及中電聯(lián)所統(tǒng)計的單位成本進行測算,“十四五”期間煤電靈活性改造投資額約為 150-600億元。

  節(jié)能市場是長期奮斗戰(zhàn)場

  工業(yè)領域由于其巨大的能耗占比,成為首當其沖的節(jié)能對象。目前,工業(yè)部門能源消費占全國總終端能耗的65%,工業(yè)碳排放接近全國排放總量的40%左右,是我國最主要的碳排放部門之一,其中鋼鐵生產(chǎn)占15.2%,為全國第二大排放源和工業(yè)領域第一大排放源。

  根據(jù)2022年6月工信部等六部門印發(fā)的《工業(yè)能效提升行動計劃》提出,到2025年,重點工業(yè)行業(yè)能效全面提升,數(shù)據(jù)中心等重點領域能效明顯提升,綠色低碳能源利用比例顯著提高,節(jié)能提效工藝技術裝備廣泛應用,標準、服務和監(jiān)管體系逐步完善,鋼鐵、石化化工、有色金屬、建材等行業(yè)重點產(chǎn)品能效達到國際先進水平,規(guī)模以上工業(yè)單位增加值能耗比2020年下降13.5%。重點持續(xù)提升用能設備系統(tǒng)能效,實施電機、變壓器、鍋爐等設備能效提升計劃,加強重點用能設備系統(tǒng)匹配性節(jié)能改造和運行控制優(yōu)化。

  公共機構節(jié)能推廣是目前較易推廣的重要節(jié)能領域。一是國家對公共機構節(jié)能率先垂范有要求。二是開展公共機構的節(jié)能業(yè)務風險相對較小,公共機構用能費用靠國家財政撥付,用能穩(wěn)定。據(jù)統(tǒng)計,全國目前有158.6萬家公共機構(由中央或地方財政全部或部分支出運行成本的公共建筑,包括政府機關、醫(yī)院、學校、場館設施),2020年能源消費總量1.64億噸標煤,占全國總能耗3%左右,預計公共機構能源托管業(yè)務市場規(guī)模在5000億元以上。公共機構用能也是參與需求響應、實現(xiàn)綠電交易的負荷資源,節(jié)能和能效服務市場空間和潛力大。據(jù)國家發(fā)改委、能源局今年5月發(fā)布的《關于促進新時代新能源高質(zhì)量發(fā)展的實施方案》提出,到2025年,公共機構新建建筑屋頂光伏覆蓋率力爭達到50%。

  數(shù)據(jù)中心、5G基站等新型基礎設施將成為今后最具節(jié)能潛力市場的新寵。數(shù)據(jù)中心是高耗能的行業(yè),電力成本占數(shù)據(jù)中心營運成本50%以上。隨著云計算、5G、虛擬貨幣等技術迅猛發(fā)展,數(shù)據(jù)需求呈幾何級增長,數(shù)據(jù)中心的數(shù)量及用電規(guī)模也急劇攀升。國家能源局數(shù)據(jù)顯示,2020年中國數(shù)據(jù)中心耗電量突破2000億千瓦時,創(chuàng)歷史新高,耗能占全國總用電量2.7%,預計到2030年數(shù)據(jù)中心用電量可能在2020年基礎上增一倍。另外,隨著我國的5G技術迅猛發(fā)展,5G基站的能耗同樣驚人。截至2021年底,我國累計建成并開通5G基站142.5萬座,基本實現(xiàn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)以上覆蓋。值得注意的是,2021年5G網(wǎng)絡整體能耗約250億度,碳排放超過1500萬噸。預計2026年4G全部升級為5G后,基站耗電量將占全社會用電量的2.1%,運營商將承擔較大的電費成本。

  數(shù)字化市場成為未來主攻方向

  數(shù)字化是能源領域重點發(fā)展方向,未來市場規(guī)模更大?!?ldquo;十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》的出臺為我國數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展提供了良好的政策和資金保障。預計未來5年數(shù)字經(jīng)濟相關的總投資在15-20萬億元人民幣。

  根據(jù)彭博新能源財經(jīng)(BNEF)的數(shù)據(jù),數(shù)字技術在能源領域應用廣泛,2017年的市場規(guī)模達到520億美元,約占全球數(shù)字技術應用市場的44%。在這520億美元中,有46%(240億美元)用于化石能源電廠的運行管理(如傳感器、數(shù)字采集和解析以提高電廠效率),35%用于智能電表(180億美元)。

  預計到2025年,全球能源領域的數(shù)字化市場規(guī)模將增長到640億美元,該數(shù)字技術應用包括大數(shù)據(jù)、機器學習/人工智能、云計算、區(qū)塊鏈等。其中,電網(wǎng)自動化預計將占100億美元,家庭用能系統(tǒng)的規(guī)模也將達到110億美元,超過風電光伏運行以及間歇性接入60億美元的市場規(guī)模。

  從業(yè)務拓展方向看,重點推動5G、云計算、邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字技術在節(jié)能提效領域的研發(fā)應用,積極構建面向能效管理的數(shù)字孿生系統(tǒng)。推動企業(yè)深化能源管控系統(tǒng)建設,基于能源管控系統(tǒng)探索實施數(shù)字化碳管理,協(xié)同推進用能數(shù)據(jù)與碳排放數(shù)據(jù)的收集、分析和管理。推動重點用能設備、工序等數(shù)字化改造和上云用云。推廣以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為載體、以能效管理為對象的平臺化設計、智能化制造、網(wǎng)絡化協(xié)同等融合創(chuàng)新模式。這將成為今后開展綜合能源服務重點開拓領域。

  能源交易市場是未來重要的新興市場

  全國統(tǒng)一電力市場的建設提速,將打破跨省跨區(qū)交易壁壘,現(xiàn)貨市場、碳市場、綠電交易將迎發(fā)展新機遇。

  電力現(xiàn)貨市場化交易電量占比將大幅提升,輔助服務費用或破千億。目前中國已經(jīng)初步建立了覆蓋中長期、現(xiàn)貨、輔助服務交易的電力市場體系。2022年上半年,全國各電力交易中心組織完成市場交易電量2.48萬億千瓦時,市場交易電量占全社會用電量的比重約為60.6%。現(xiàn)貨市場試點逐步推廣,現(xiàn)貨電量比重或進一步提升。預計到2023年底,市場化交易電量占比將達到80%左右,參與交易的市場主體數(shù)量將增加到800多萬戶,是之前的80倍,屆時綠色電力交易占比也將逐漸提高。

  同時,輔助服務市場機制逐漸完善,用戶側參與費用分攤,市場規(guī)模有望擴大,預計到2025年輔助服務費用或突破千億元規(guī)模。屆時,大量用戶入市有望帶來售電公司第二曲線,技術型售電公司、負荷聚合商、虛擬電廠等新業(yè)態(tài)有望脫穎而出。

  全國統(tǒng)一碳市場將帶來千億級市場規(guī)模。目前我國碳排放總量超100億噸/年,以2025年納入碳交易市場比重30%-40%測算,未來中國碳排放配額交易市場規(guī)模將在30億噸以上,與歐盟總排放量水平相當?;谥袊颊搲癐CF國際咨詢公司共同發(fā)布的《2020中國碳價調(diào)查》的研究結果,2025年全國碳排放交易體系內(nèi)碳價預計將穩(wěn)定上升至71元/噸,全國碳排放權配額交易市場市值總規(guī)模將達到2840億元。全國碳市場首批以2225家發(fā)電行業(yè)起步,預計“十四五”期間,石油、化工、建材等八大行業(yè)控排企業(yè)大約有8000-10000家。

  未來綠電需求或至萬億千瓦時,高耗能行業(yè)將成為綠電交易重點市場。根據(jù)中電聯(lián)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,2021年度全國各電力交易市場綠色電力交易量達6.3億千瓦時,2022年一季度綠色電力交易量已經(jīng)達到21.7億千瓦時。

  隨著全國碳市場擴大及歐盟碳稅啟動,將有更多鋁冶煉、化工、鋼鐵、水泥、石化加工、互聯(lián)網(wǎng)等高碳高耗能企業(yè)進入綠電市場。據(jù)國際能源署(IEA)預測,若要達成“雙碳”目標,中國在2020-2060年期間,電力行業(yè)快速低碳轉型的同時用電量將增加130%,2030年和2060年的用電量將分別超過9萬億千瓦時、16萬億千瓦時,其中可再生能源電力比重將從2020年的約25%上升到2030年的40%和2060年的80%。據(jù)此推算2030年來自可再生能源發(fā)電的綠電將超過3萬億千瓦時,與2021年我國新能源年發(fā)電量1萬億千瓦時相比,未來9年,綠電交易具有巨大的增長空間。(作者:封紅麗)

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