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高峰:能源数字化转型是实现碳中和的必要手段

日期:2020-12-24    来源:能见  作者:大飞

国际节能环保网

2020
12/24
08:50
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关键词: 碳中和 能源数字化转型 碳减排

当前,中国已被看作全球最具潜力的“碳减排”市场。

习近平主席继9月22日宣布“力争2030年前二氧化碳排放达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”后,12月12日再次宣布,到2030年,非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。

即将进入平价时代的可再生能源,将迎来爆发式增长。业内普遍预计,如果在2060年前实现碳中和的目标,我国电力系统需再增加60亿千瓦的可再生能源装机。

但是,只发展可再生能源是远远不够的。由于风电、光伏等可再生能源的不连续性,中国曾发生严重的弃风、弃光问题,如2015年和2016年,弃风、弃光率分别超过了15%和10%。

对传统电网来说,实现20%、30%的可再生能源接入已经难度很大了。但清华大学能源互联网创新研究院副院长高峰接受专访时表示,“能源互联网可以实现可再生能源的高比例接入,将来电力系统中80%、90%都可能是可再生能源。”

高峰长期从事能源互联网政策机制、战略规划及技术研究,同时担任国家能源互联网产业及技术创新联盟副秘书长。他表示,碳中和目标的提出让中国能源革命有了更明确的时间表,而能源互联网是能源革命的具体载体,其目标就是落实能源革命。

能源互联网是一种将互联网理念、技术与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的新型生态化能源系统。它以电力为基础,以可再生能源利用为优先,通过多种能源协同、供给与消费互动、集中与分布并举,大众广泛参与,实现能量流、信息流、业务流、资金流、价值流的优化配置,促进能源系统更高质量、更有效率、更加公平、更可持续、更为安全。

解决可再生能源高比例接入

2019年风、光发电量仅占我国总发电量的8.5%,电网企业能够通过一些手段做到很好消纳。但未来风、光大规模开发,高比例并入电网后,消纳问题该如何解决,系统安全如何保证?

中国工程院院士郭剑波认为,随着新能源发电的技术进步、成本进一步降低,预期新能源必将迎来持续较长时间的高速发展期,将从局部地区开始逐渐形成一个新能源电力和电量高占比的电力系统。该系统电力电量总量充盈与时空不平衡矛盾突出,新能源消纳和电力系统安全的矛盾突出,将对电力系统的市场机制设计、规划设计、生产管理、运行控制带来巨大挑战。

为了应对能源转型给电力系统带来的挑战,国家电网公司确立了“具有中国特色国际领先的能源互联网企业”战略目标,制定了《能源互联网技术研究框架》。研究框架由“能源网架、信息支撑和价值创造”3大体系构成,重点布局20个技术领域,共182项关键技术,为构建能源互联网提供了基础支撑和技术储备。

单纯用储能来平衡风、光等可再生能源的波动性,成本高昂且不易实现。高峰表示,数字化转型是能源互联网的核心抓手,我们现在做的就是利用数字化的手段,打通源网荷储各个环节,例如把海量的分布式储能通过数字化手段形成一个虚拟的大型能源调节中心,进而助力可再生能源的高比例接入和使用,来实现清洁、低碳的目的。

智能电网时代,虽然已经具有智能化调控能力,但无法满足未来需要。高峰用打电话约车来形象比喻,“早期我们在北京约车,大家都往96103打电话。96103总台统一发布消息,司机再应单对接。虽然也能实现叫车,但是效率非常低,满足不了海量并发的这种需求。而能源互联网相当于升级版的打车软件,可以应对海量的用户侧接入,实现更大比例的生产,这是传统智能电网的集中调度、管控的方式难以应对的。”

高峰表示,能源互联网即“互联网+智慧能源”,希望能源像互联网平台一样,可以拉近供需之间的距离,让供需之间尽量匹配,集中调度只需要调度变化的部分即可。他表示,通过需求侧响应和源网荷储的协同,能尽最大可能接入新能源,容纳新能源的波动性。未来理想状态下可以直接购买任一个地方的风电,点对点去匹配,从而最大化减小电网所受到的用电侧和新能源发电侧的波动性影响。

小到一个社区或者工业园区,大到一个城市一个省份一个国家,都可以通过能源互联网的集中式和分布式协同来实现负载平稳,降低电网的调节压力。高峰表示,目前技术已经不是障碍,难点是机制和模式。“通过相关机制来调动用户意识非常重要,要让用户参与进来。以江苏为例,通过给用户发短信等方式,告诉用户现在电网压力很大,如果愿意把空调制冷温度调高或者制热温度调低一两度,可以给予电费减免红包,肯定有人会愿意,中间根本没有技术难度。”

现在有观点认为,煤电仍是不可或缺的,可再生能源的大比例接入离不开煤电的灵活性调节。高峰认为,从目前来看,煤电的灵活性改造是必需的,完全不依赖煤电不太现实,碳中和的概念并不是说零排放。“将来为了能够更好地接入可再生能源,可能偶尔需要煤电出力大一点,碳排放多一点,但从整体系统性来考虑,接入可再生能源更多,总体排放是减少的”。

“能源转型的过程就是把煤电从传统的基础性能源变成备用的调节型能源,随着高比例可再生能源的接入,煤电灵活性变的更为重要。但通过能源互联网,能在负荷自身中找到很多灵活性的能源,最大限度利用储能,从而减少对煤电灵活性的依赖”,高峰说到。

数字化助力节能、提效

除了大力发展可再生能源外,节能、提效也是早日实现碳中和目标的重要手段。

中国工程院院士杜祥琬表示,在以化石能源消费为主的今天,我国降碳主要举措包括“提能效、降能耗”、“能源替代”和“碳移除”三个方面,其中“提能效、降能耗”应是首要举措,主要集中在建筑、交通、工业、电力节能领域。

而能源互联网在“节能、提效”方面优势明显。高峰表示,通过数字化的手段可以很好的助力“节能、提效”,“首先搞清楚哪些环节有问题,哪些需要改进,在行业内目前处于什么水平,这些都可以用数字来说话,显而易见”。

施耐德电气提供的相关数据显示,通过其智能配电解决方案在数字化方面的加持,不同行业客户能够实现最高85%的能耗降低,节约约30%的成本,通过利用节省的最高达60%和75%的资本及运营支出来推动生产力提升,此外还能提升最高50%和25%的设备可用性和场所安全性,并有效降低碳足迹最多达50%。

这都是源于数字化的力量。高峰认为只有靠数字化的手段,才能更好地实现规划、建设、运行、管理、调控,再靠人工智能来进一步提升效能。“人的决策是基于固有知识下做出的一些反应,在复杂的情况下不一定能做到最优,想要更好的节能减排,就需要数字化的手段”。

传统做节能和能效服务,是想在同样输入情况下如何输出更多,或者输出相同的情况下如何让输入的能量更小。但在使用数字化手段之后,就不再是数字大小的问题,更多的是强调系统性思维。

高峰举例说明,“如果负载是一个刚性的,你虽然用得能量少,但是在没有电或者电有波动的时候,要想保证输入,必须启动火电来支撑,最后反而并没有做到低碳;但如果特别灵活,能耗可能高一点,但是可以随着外部的变化随时应对,波动性的风电也可以一直用,是零碳排的。所以能效是建立在总体目标之下的能效,要符合碳中和的目标才行。”

能源互联网还体现在新模式的应用上,如用电储能成本比较高,可能就会选择热储能的方式,目的就是节能降耗,其中会涉及到多方合作的模式。“这就要考虑,多方合作到底应该怎么合作,企业内部数据怎么打通,内部、外部各层之间的多方数据怎么去协同,如何让用户参与到需求侧,参与到可再生能源波动的调节,如何让用户有获得感等等,这都需要有机制来保障技术的实现。”

利用数字化手段,还可以满足多种需求。高峰以园区建设为例,“如何建设分布式能源,如何最大化资源的利用,如何最大化设备和资金的利用,包括将来进行碳交易,当地政府有哪些碳强度和碳排放强度要求等等,都涉及到数字化的手段。”

碳中和目标提出后,所有新建项目都要考虑碳排放的问题,数字化、智慧能源已经成了基础条件。“数字化是围绕项目全生命周期的,包括政策、规划、建设、运行等等,都需要数字化,现在到了新时代阶段更不可能丢下了”,高峰说道。


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