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全球能源转型探讨——智能的绿色电气化

光伏系统工程  来源:中国电力  作者:洪博文  2020/6/24 11:12:51  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:编者按:当前推进能源转型进程中新能源是非常重要的一环。国网能源院新能源与统计研究所紧抓能源革命时代机遇,围绕能源转型、国内外新能源政策信息动态展开持续跟踪和深入研究。本专栏将围绕国内外能源转型评价、新能源接入、配额制、可再生能源电力消纳等,结合相关研究成果与思考与读者共赴一场思想盛宴。

(来源:微信公众号“中国电力”ID:ELECTRIC-POWER)

文章导读:能源作为全球经济的晴雨表和助推器,其转型发展对经济社会影响重大而深远,尤其是在当前全球经济一些不确定因素的影响下,如何审视和评估全球能源转型的路径成为国际社会广泛关注的问题。“君子务本,本立而道生”,要看清楚纷繁复杂的变化,关键是找出变化的规律,看出其中不变的趋势。数字化、电气化和清洁化的能源转型就是讲这个趋势,具体地说,就是越来越高的可再生能源占比、越来越多的终端电力消费,以及越来越多的数字化应用。本文将围绕这一趋势,就能源转型的现状、路径和前景等问题展开初步探讨。

全球能源转型探讨(一)——智能的绿色电气化

执笔人 洪博文

国网能源院新能源与统计研究所

Asami MIKETA 国际可再生能源署

1智能的绿色电气化

由于可再生能源中有大量分布式能源,包括分布式光伏和分散式风电等,国际上一些机构常使用分散化或去中心化(Decentralization)一词代替清洁化。类似的,国际上通行的数字化,我们常冠以智能化或两者兼用。这也是我们标题中使用“智能的绿色电气化”一词的原因。

先说一下“绿色电气化”。

对此,很多学者和机构都做了大量研究,仅政府间气候变化专门委员会(IPCC)研究汇总的1.5°C温升能源转型场景就多达85个,国际应用系统分析学会(IIASA)也提出了6种全球能源-经济建模框架下的转型场景,欧盟委员会气候行动总司(CLIMA)则建立了8种场景来分析电力、氢能和燃料电池等的组合效果。中国国家可再生能源中心、国网能源院、中国石油经济技术研究院等针对我国电气化场景也开展了深入研究。这些工作中体现了“量”的差异,更反映了“势”的相同。例如,这些研究普遍认为建筑部门的电气化潜力最大,2050年达到50%~80%,其次是工业部门(34%~52%),再次是交通部门(10%~52%)。又如,在IPCC提供的大量场景中,电气化基本都被视为深度脱碳的必然选择。

当然,我们也不能忽视绿色电气化在不同行业或领域推进的专业差别和特殊性。例如,在工业领域,大量能源消费集中于金属和化工等能源密集行业,通过生产流程的电气化并与绿电相结合,有望快速实现深度脱碳。在交通领域,风光绿电波动性与电动汽车充电灵活性的组合,使交通电气化几乎成为绿色电气化的一条理想途径。在建筑领域,为更好地利用绿电,则需要兼顾不同供暖方式与节能措施的特点,同时考虑当地资源禀赋与管网基础设施条件等。例如,居民建筑如改用热泵供暖,效率为其他供暖形式的3~4倍,是实施绿色电气化的一种理想方式;而电锅炉和电炉等传统供暖方式,从经济性考虑,在气候温和地区和隔热较好的建筑中也不失应用价值。我国在推进清洁供暖的过程中,提出坚持从实际出发,宜电则电、宜气则气、宜煤则煤、宜热则热,这给各地因地制宜开展清洁取暖提供了重要指导,也反映出建筑领域推进绿色电气化的复杂性和多样性。

然后说一下“智能”,以及为何需要“智能的绿色电气化”。

这首先需要从绿色电气化面临的挑战说起。这种挑战首先来自占比日益增加的波动性绿电对能源供需平衡的新要求。法国燃气配气商GrDF的数据显示,巴黎冬季的电、气综合负荷需求为夏季的4倍;英国的一项研究也显示,热泵在工业制热和居民供暖中的大规模应用将带来严重的冬季电力短缺。而电动汽车的影响可能更为显著,麦肯锡未来出行中心做过一个研究,如果在一个居民小区里电动汽车比例达到25%,小区的峰值负荷将增加30%,如果采用分时电价引导电动汽车有序充电,可使峰值负荷增幅降至16%。我国很多学者和机构对电动汽车做过类似的研究,以北京市为例,2019年夏季峰值负荷约2千万千瓦,数值上相当于3百万辆电动汽车同时慢充的功率(约为北京机动车保有量的50%),或者说33万辆电动汽车的快充功率(约6%),后者已经接近北京市目前的电动汽车保有量。根据国际可再生能源署(IRENA)的预测,2050年的电动汽车总量将达到10亿辆,其中4亿辆可能在中国,很难想象,没有电动汽车的智能充电策略来引导有序用电那结果会如何。

2用户侧资源价值凸显

实际上,这也是前面提到的“去中心化”在新的终端用能形态中的体现,即用户参与大系统的价值日益凸显,从更宽泛的视角这也符合现代社会经济与文化大众化、网络化的发展潮流,越接近用户价值越大。

国家电网有限公司和IRENA的联合研究也显示,随着绿色电气化的不断深入,用户灵活性资源的价值将日益凸显。

一方面,由于分布式能源资源(DER,包括布式电源、储能、电动汽车、可控负荷等)越来越广泛地进入居民家庭,产消者(pro-consumer)模式出现并将深刻影响传统供/用能方式。早期研究者习惯将降低网损、提高供电可靠性、延缓电网建设作为DER的优势,而忽略了它的前提。例如,当分布式电源大量接入农网,就可能带来网损大、供电质量差、电网改造成本高等问题。

另一方面,解铃还须系铃人,用户侧蕴藏着巨大的灵活性资源潜力,有效利用可有效降低系统成本,对于实现可再生能源的高质量发展具有重大的现实意义。这方面,国内外都有很多成功经验,如国网公司在江苏、上海、河北、天津等地广泛建设的虚拟电厂,不仅降低了用电高峰期的负荷,还为用户开辟了新的盈利模式,产生了较好的经济社会效益。

诸如此类的智能应用还很多,它们和绿色电气化一道广泛存在于工业、交通、建筑等各个终端用能领域。

在工业领域,在通过绿色电气化实现深度脱碳的过程中,采用更为灵活智能的工业生产流程作用显著。例如,德国铝业公司TRIMET Aluminium SE和新西兰能源企业Energia Potior共同改进了铝生产流程,实现25%的用电调节能力,总体效果基本等同一个中等规模的抽水蓄能电站。

在交通领域,前面已经讲到电动汽车智能充电的例子。实际上,由于车辆实际行驶时间仅为10%,使智能充电策略不仅可行,而且几乎是与交通绿色电气化的理想搭档。欧洲道路交通研究咨询委员会(ERTRAC)研究发现,电动汽车智能充电系统可使可再生能源比重增加一倍;欧洲环境署(EEA)的研究也得出类似的结论,认为电动汽车智能充电策略对缓解欧盟电网改造压力、保障能源系统安全具有重要作用。

在建筑领域,智能家居的推广和智能电表的广泛应用将为开发家庭用户的灵活性提供基础支撑。

3变化的是形势,不变的是趋势

面临当今日益增加的资源环境压力和复杂多变的国际形势,全球绿色能源转型的大趋势却不会改变。我国历来高度重视能源清洁化、数字化技术的开发应用,可再生能源发展的成就有目共睹,电气化水平也基本与欧美发达国家总体持平,数字化技术大潮更是汹涌澎湃。未来,在“四个革命,一个合作”的能源安全新战略指引下,我国能源行业在绿色技术和数字化应用等领域与国际同行有望进一步深化合作、共享成果;在积极推动用能终端的智能绿色电气化过程中,不断引领和提升能源互联网建设水平,推动形成全球能源“命运共同体”建设的新格局,实现全球能源、经济、社会和环境的和谐脉动。


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