碳中和目标下,新能源如何实现跨越式发展?
发布者:admin | 来源:国际能源网 | 0评论 | 1297查看 | 2021-03-01 15:56:36    

碳中和目标描绘了人类与自然共生的美好图景,也意味着人类从自然获取和利用能源的方式,未来三十年内要发生革命性转变。如何以科技和创新开启未来能源世界?


宁夏银川东南17公里,黄河东岸,一排排整齐的蓝色光伏板下,一树树“红宝”——宁夏千年特产枸杞正在奋力生长。这里是治理荒漠化土地后建起来的大型农光互补电站。光伏板减少了30%-40%的水分蒸发,给枸杞生长创造了更有利条件。而华为为这个农光互补电站提供了逆变器和全套智能解决方案,融合平单轴自动跟踪技术,太阳能板可以像向日葵一样逐光而动;依托大数据的智能诊断技术,则令运维时间从原来以月为单位,变成以分钟为单位,15分钟内就能自动生成百MW电站的故障诊断报告,实现无人上站巡检,让运维效率提升了50%以上。华为预计,到2025年全球90%的光伏电站将实现全面数字化,光伏电站80%以上工作可以无人化。


行业以外,很少有人关注到,华为这个全球知名的ICT巨头八年前就已布局智能光伏业务,将数字信息技术引入光伏发电领域,其融入数字技术的组串式逆变器出货量已多年位居全球前列。近年华为更是打出“重构光伏”口号,不仅向“光伏+”全面进军,还开始向家庭推出一种“家庭24小时绿电解决方案”——给别墅屋顶装上光伏组件,再配上储能,让别墅成为能量,开启零碳新生活。


雄心壮志想要发动和参与能源革命的远不止华为。在能源互联网、全球绿色转型、碳中和等概念带动下,加之政策支持,新能源领域已经掀起过好几波热潮。人类历史也是一部能源史,前两次工业革命都与能源息息相关。2007年提出“第三次工业革命”概念的经济学家里夫金(Jeremy Rifkin)正是将可再生能源与互联网结合,作为第三次工业革命的基础:每栋建筑都可以就地利用自己产生的能源生产,互联网技术将电网转化为能源共享网络,供求双方在这张开放的双向网络上实现交易、节约成本。人类摆脱对化石能源的依赖、控制争夺,挽救自身于气候危机,传统集中式、等级化的经济活动也让位于以节点为单位的扁平化权力。


伴随新能源和互联网日新月异的发展,里夫金描绘的图景正在走进现实。随着欧盟、日韩等主要经济体明确碳中和时间表,拜登在上台第一天就宣布重返巴黎协定,世界朝着能源革命加速前进。2020年,中国也历史性地宣布,将在2030年前实现二氧化碳达峰,2060年前实现碳中和。研究一般预测,2050年,非化石能源在中国一次能源消费中的比重将从目前的16%左右提升至80%左右。也就是说,未来三四十年,中国能源结构要发生根本性跃迁。较之已经达峰的发达国家,中国面临的挑战和冲击更大。但“倒逼机制”的启动也意味着巨大的转型机遇:以技术和创新回应、引领能源变革,进一步壮大蓬勃的新产业,重塑经济结构和生活方式,创造持续繁荣和更好的世界。


重构能源


根据IEA(国际能源署)分析,从2021年到2030年,可再生能源要满足80%的全球电力需求增量。而光伏和风电将在增量中扮演主要角色。2020年底,中国可再生能源发电装机达到9.34亿千瓦,同比增长约17.5%。由于要赶在新能源电价补贴退坡前并网,2020年风光发电新增装机量远超预期,风电新增并网装机7167万千瓦,同比增长178%;光伏新增装机4820万千瓦,同比增长60%,连续八年全球第一。


尽管经历了补贴退坡、电网消纳难导致的“弃风弃光”等冲击,“十三五”期间,在总体的政策利好下,中国新能源发展迅猛。以光伏为例,“十三五”期间完成的光伏装机是原规划的两倍多。据中国光伏行业协会披露,光伏制造端各环节均实现翻倍增长,其中多晶硅增长134%,硅片增长202.1%,电池片增长187.8%,组件增长133.6%;成本则快速下降,多晶硅价格五年来下降24.9%,硅片、电池片、组件价格均下降超过50%,系统价格下降47.2%。据国家发改委能源研究所测算,“十四五”初期,绝大多数省份的集中式光伏电站都能实现低价或平价上网。按照全额上网模式,10多个省份的屋顶分布式光伏电站已经具备经济性,而若采用自发自用余量上网模式,在自用电量达到20%的情况下,大部分省份都具备经济性。分布式光伏目前占光伏总装机量的三成左右,但贴近用户,又避免了远距离输电损耗,未来想象空间巨大。一部分分布式发电项目已经通过“隔墙售电”模式,参与电力市场交易,将电卖给配电网内就近的电力用户。


新的能源形态已经显现。“光伏+农业”“光伏+渔业”“光伏+建筑”“光伏+新基建”“光伏加新能源车”等各类“光伏+”方兴未艾,实现了应用场景的有效融合和资源的多维开发。光热互补、风光水多能互补等示范项目,开启了超越风光能源不稳定性、综合利用可再生能源的新尝试。智能电网、微电网等试点,则向重塑电网发起探索。


这些探索离我们并不遥远。北京大兴国际机场是国内使用可再生能源比例较高的机场,综合能源服务系统由太阳能光伏发电、浅层地热、污水源热量、烟气余热、储能等形式组成。货运区、东跑道、公务机区的屋顶都铺有光伏板,机场投运时已并网发电,每年可向电网提供610万千瓦时的绿色电力,相当于每年节约1900吨标煤,减排966吨二氧化碳,减少14.5吨二氧化硫排放,并同步减少了其他大气污染物的排放。


而如果来到山东蓬莱对面的长岛,海岛山坡上绵延的大风车定会给游人留下深刻的印象。长岛包含32座孤岛,原先岛上的电力供应主要靠烟台通过架空线路和海底电缆传过来,电网十分脆弱。2012年,山东在长岛建设智能微电网项目,即便海底电缆出现问题,长岛的电力仍然可以通过微电网提供。2020年长岛又实现了智能微电网群互联工程试运行,拟通过微电网群能量管理系统对光伏、储能、柴油发电机等各类型分布电源协同控制,并使多个海岛子微网系统协同、柔性互联,全面提升各海岛子微网之间的功率友好交互支撑能力,提升海岛电网的供电可靠性和可再生能源消纳能力,为未来可再生能源渗透率配电网的建设运行提供示范。


2020年7月,国内目前最大的5G智能电网示范项目——青岛5G智能电网项目一期工程交付投产。项目由国网山东省电力公司青岛供电公司、中国电信青岛分公司和华为联合开发,可实现智能分布式配电、变电站作业监护及电网态势感知、5G基站削峰填谷供电等应用。华为正在将光伏应用于5G基站,以大幅降低基站设备能耗。即将于上海2021世界移动大会期间举办的“共联互荣”论坛上,如何利用数字技术建设绿色低碳社会,也成为行业关注的方向。


“30,60”目标的提出,无疑是能源加速转型的一剂强心针。国家发改委能源研究所研究员时璟丽最近在参加一个行业论坛时表示,“十三五”期间光伏政策是以消纳定发展,具备电网消纳空间是项目建设的前置条件,“十四五”则将转向以消纳支撑发展需求,以支持“30,60”目标如期实现。


据中国光伏行业协会测算,真正要实现到2030年“非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右”的目标,未来十年中国风光发电平均每年有望新增120GW以上,大大高于“十三五”。


冲破阻力


过去,由于新能源发电成本较高,同一些发达国家一样,补贴在中国新能源发展中发挥了巨大作用。但随着成本快速下降以及补贴资金难以为继,中国对新能源发电补贴已经全面退坡。2021年,除户用光伏,中国光伏发电将全面进入无国家补贴平价上网时代。2021年新核准的陆上风电项目,也将全面实现平价上网。


在平价上网时代,新能源靠什么继续实现跨越式发展?


一方面,仍要依靠企业和企业家精神。国家应对气候变化战略研究和国际合作中心战略规划部主任柴麒敏曾指出,中国在可再生能源领域市场份额、投资规模近年来始终居于全球第一,技术竞争力不断增强,可再生能源专利已占全球57%以上,远超排名第二、三的美国(15.6%)和日本(4.3%)。可再生能源发电成本下降速度非常快。风电、光伏度电成本较十年前分别下降69%和90%。


2020年,可再生能源发电成本仍在继续下降。比如,光伏系统价格同比下降12.3%,组件价格同比下降10.3%。这一切离不开企业的创新。技术的进一步突破、效率的进一步提升、成本的进一步下降,仍要最大限度地为企业发展和发挥企业家精神创造宽松、有利的环境。


另一方面,要理顺利益关系,为触发和深化能源系统变迁创造机制。由于风光发电不稳定性,给电网带来很大挑战,造成电网消纳难。电网如何适应大规模的可再生能源接入,是必须绸缪的问题。这方面,丹麦、德国等先行国家或可提供一些经验。


丹麦堪称能源转型样板,经过几十年时间,从石油进口重度依赖国,成功转型为风车大国。上世纪70年代,丹麦逾90%的能源依赖进口,1973年第一次石油危机爆发后,丹麦经济遭受重创。如今丹麦一半的电力来自风能和太阳能。就职于丹麦国家电网公司的陈思曾撰文介绍丹麦电网应对风电大规模并网经验。高效的电力市场扮演了关键角色。建设北欧电力市场、泛欧水平的大型电力市场,通过国与国或者大区域之间的电力交易,实现大区域间的供需平衡,提高整个系统的可靠性与安全性;同时,丹麦还整合不同能源领域,比如电能与热能,电能与燃气,使用热、气作为电力储存方式;改进电力市场,使得更多的电力生产方和消纳方参与其中,通过市场机制激励各方参与者帮助弥补风电本身的不足;通过市场化的电力消费平台,令普通用户也有为环境做贡献的机会与积极性等等。最终,风电的波动性和间歇性可能导致的供需不平衡,通过多个市场的交易被一级一级以更有效、更经济的方式消除。


能源基金会清洁电力项目主任徐一凡认为,要为可再生能源的快速发展建立新的经济理性,要进一步建立和完善可再生能源配额制和绿色电力消费机制的组合,适度探索与碳市场的对接;探索促进高比例可再生能源消纳的机制,包括扩大平衡范围、挖掘消纳潜力、完善疏通成本分担机制等;推动分布式可再生能源发展,围绕价格和利益分配,开展研究和试点、跟踪和评估、总结和建议等工作。


他表示,必须推进电力市场改革进一步深化。在可再生能源发展中遇到的很多问题,最后都归结为没有一个完善的市场。要么是说不清谁在受益,要么是找不到谁该付钱、该付多少钱。能否建立一个可再生能源的优势得以充分体现及其带来的“系统成本”得以合理承担的电力市场,关系中国能源转型成败。


非常重要的是,让消费者也参与能源市场,让消费者感受到清洁和不清洁的的价值区别,忙时和闲时用电价格区别。最终,让每个消费者都成为改变的推动者。

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