圍繞著構建碳中和社會,中國正在進行一場深刻的能源革命。數據顯示,電力行業二氧化碳排放量占我國能源行業排放總量的近50%,是減排的重點領域,同時,電力是非化石能源最重要的應用模式,電力行業是最具深度低碳潛質的行業。國際能源署(IEA)研究成果顯示,超過90%的能源排放可以通過終端高比例電氣化、發展可再生能源以及提高能效加以解決。因此,能源轉型的關鍵在電力,電力的低碳轉型是能源、甚至是全社會脫碳的核心環節。
與此同時,根據國際可再生能源機構(IRENA)的測算,到 2050 年全球能源碳排放下降70%,其中一半以上的減排貢獻來自可再生能源。在新能源成為主體能源的過程中,電力系統的運行平衡機制和統籌規劃機制,將發生“質”變,一個可以適配以新能源為主體的新型電力系統應運而生。
7月14日,以“數字賦能,全程減碳”為主題的施耐德電氣中國2022創新峰會在云端拉開帷幕。峰會上,施耐德電氣正式發布《綠色之徑——新型電力系統行業洞察》白皮書 ,對未來電力發展的需求與“新型電力系統”的圖景進行了深入解析,并圍繞 “電力需求側”發力對于構建新型電力系統的重要性進行了重點闡述,以期通過深挖“電力需求側”減碳潛力,為推進電力轉型、能源轉型,以及“雙碳”目標的最終達成提供借鑒。
四大特征顯現,應對新能源大規模接入
2021年3月15日,中央財經委員會第九次會議上提出實現碳達峰、碳中和的基本思路和主要舉措——構建以新能源為供給主體的新型電力系統。隨后,“構建新型電力系統”日益成為社會各方的共同關切與行動指南。
施耐德電氣認為,發展新型電力系統的過程,本質是適應新能源大規模接入的過程。為了適應新能源發電比例和終端電氣化率的快速提升,新型電力系統將呈現出清潔低碳、安全靈活、數字化及市場化四大特征,進而實現電力流、信息流和價值流的“三流合一”,以支撐“雙碳” 目標的達成 。
首先,以新能源為主體是新型電力系統的核心,伴隨風電、光伏為代表的新能源裝機量、發電量將逐步增加,電力的清潔低碳程度將大幅度提升。
而新能源發電的波動性和間歇性要求電力系統必須具備靈活性,新能源大規模應用需要以安全靈活為基礎。2020 年,我國風電 + 光伏發電量占比約 9.5%,棄風率 3.5%,棄光率 2%。為了應對新能源發電的波動性和間歇性特征,新型電力系統需要通過擴大調節電源規模、增加儲能容量、挖掘需求側需求等方式,進一步強化靈活性,可靠性,連續性,以提升消納能力,實現有序安全用電。
同時,新型電力系統需要大量的信息采集和運行分析,以確保電網的安全穩定和可靠供電,數字化則為新型電力系統注入靈魂 。數字化浪潮正在影響各行各業,以新能源為主體的新型電力系統同樣需要在發、輸、變、配、用、儲等各個環節應用如人工智能、云計算、5G 等數字化技術,進行信息采集和運行分析,將“無序”數據轉化為有價值信息,同時結合微電網、智能網關等手段,不斷提升運維管理效率,及“可觀、可測、可控”水平,進而持續優化電網安全性及靈活性。
此外,市場化將為輔助電力系統運轉提供新動力。 在新型電力系統的電力供需平衡過程中,電價政策和機制將成為市場配置資源的基礎,可以有效調動各環節的積極性,提升系統靈活性。
需求側全面重塑,復雜挑戰不斷疊加
新型電力系統發展的四大趨勢日益顯著,而作為電力系統中重要的一環,需求側脫碳量占到全球減排量的一半,且涉及面更加廣泛。隨著越來越多的需求側企業參與到這場變革中,在配電與用電兩個環節,也出現了諸多迫切需求和潛在機遇。
面向碳中和社會,施耐德電氣認為,未來電力需求側將呈現全新畫像 。未來新型電力系統的需求側系統,將是一個個擁有多種形式分布式能源、儲能基礎設施、柔性智能配電網絡和可觀可控負荷的“源網荷儲”一體化的微型電力生態系統。它通過數字化終端設備、綠色能源管理體系和新型電力電子技術,系統優先利用本地分布式清潔能源,促進平衡消納,實現削峰填谷,并可與電網或其他微型電力生態系統進行電力流、信息流、價值流實時交互、靈活響應,相互支撐,實現清潔低碳、節能高效、成本最優、安全可靠的目標。
在顛覆舊傳統,重塑新秩序的過程中,需求側同樣面臨多重復雜挑戰 。除了履行自身社會責任,企業還要面對眾多外部壓力,如因能耗雙控、產業結構調整等造成的用電困難,“碳稅”制度,以及整個供應商體系和產業鏈的碳管理能力等。同時,企業承受的碳排放成本將持續增長,且隨著碳排放配額制度的逐步成熟,企業綜合用能成本也將隨之提高。此外,規?;尤敕植际叫履茉?、更大比例應用電力電子元件應用,以及設備交互性的提升,將使用電負荷更復雜多樣,峰谷差更顯著,使供電連續性和波動性風險增加。最后,我國包括芯片、半導體、精密制造等眾多高科技行業蓬勃發展,廠房內使用的大量精密儀器、高端設備等對電能質量要求極為苛刻,因而如何適應新能源的大量接入,確保供電可靠性和連貫性,同樣值得高度關注。
破局三步走:理念先行、能力創建、按圖索驥
面對機遇與挑戰,對于需求側企業而言,以碳中和為目標的綠色轉型已刻不容緩。要取得最終成功, 絕非一蹴而就,需要循序漸進,以先進理念作為戰略指導,以創新能力配合適當工具,以成功案例引導落地執行。
第一步,理念先行。 企業必須在思想層面、理念層面建立新的認知,與碳中和規劃一道,設計10年乃至更長時間的轉型規劃。企業可以通過以下三步,從全局角度,運用系統性的方法梳理實現清潔低碳、用能成本降低和安全可靠不同目標的優先級,集中有效資源,快速實現目標。
摸現狀、做規劃、留接口: 結合企業現狀與發展階段制定詳細規劃,構建以清潔電力為主體的、多樣化能源供應結構,同時做好系統開放性設計,提高系統兼容性, 以便在未來吸納新技術。
構建系統級架構: 打造微型電力生態,構建清晰的系統級架構,在四個方面形成改變——從分散管理,到集中調控;從單一的電能,到多種能源綜合利用;從系統內部管理,到與外部互通互聯;從就地管理,到云端應用與分析。
全生命周期考量: 在系統建設過程中,將關注點聚焦在全生命周期成本與效果的考量。同時,利用數字化手段,建立資產管理平臺,優化資產管理水平,設備全生命周期使用及人力成本。
第二步,能力創建。 為將美好愿景轉化為現實,企業需要匹配創新能力,打造適合的工具,其中涵蓋提高綠電應用能力和比例、提升自身數字化運營能力、強化配電網的智能化屬性等。
擁抱綠電,低碳轉型: 除了購買綠電、綠證等交易行為,企業還可通過建設分布式新能源,使用儲能設施等實現清潔低碳與用電成本降低,并利用軟件系統輔助電力供需平衡、自產自消。此外,企業還可通過使用“綠色”電氣設備本,如無六氟化硫開關柜等電氣設備,有效降低設備對環境造成的影響。
數字運營,降本增效: 一方面,通過搭建數字化能量管理系統,實現不同用電環節間的負荷分配,改善能源結構,優化成本。另一方面,通過數字化節能增效方式,讓能耗數據透明可控,并進行趨勢預測,確保電能的最大使用效率以及設備的最優使用,并給出更加優化和完整的節能方案建議,形成持續優化。
配電升級,安全可靠: 越來越多分布式新能源發電建設,以及交互性更強的終端的應用等,都要求配電網更加智能化,如利用更多新型電力電子設備,應對復雜多樣的電能質量問題,保障供電連續性;利用數字孿生技術,輔助電網設計、運維、調度等,提高配網彈性;通過對智能電網技術的應用,逐步形成新形態電網與大電網高度協同的未來。
第三步,按圖索驥。 實現低碳轉型、降本提效、安全可靠三大目標,已成為每個需求側企業的當務之急。對此,施耐德電氣認為,利用清潔電氣化與數字化技術所產生的疊加效應,進行端到端的能源管理,全面推動能源管理升級,是達成企業發展目標,最終實現“雙碳”愿景的最佳方法。
基于這一認知,施耐德電氣提出綠色能源管理理念,并通過“創新產品”“軟件端到端”“源網荷儲一體化”三位一體的關鍵創新,打造出綠色高效、安全可靠的能源管理解決方案 ,一方面在融合新能源的接入和使用的同時,保證能源系統與電能質量的穩定可靠,最大化實現新能源的消納,另一方面以強大數字化能力,讓各個環節能源的使用和表現透明可見,有效發現系統風險,優化構架提高能源利用率,從而幫助不同行業客戶減少最多50%的碳足跡,節省高達60%和75%的資本及運營支出,提升50%設備可用性和25%場所安全性,并節約30%的成本。
欲了解更多信息,請訪問施耐德電氣《綠色之徑——新型電力系統行業洞察》白皮書:
https://go.schneider-electric.cn/China_LVC_CN_202207_Power-System-Whitepaper_MFLP.html?sDetail=WP-Power-System-SE.cn_CN