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杜忠明:從我國能源電力轉型看智能電網發展
(時間:2019-12-5 8:22:04)
   智能電網是新時代電網乃至電力工業高質量發展的具體體現,應結合能源電力轉型的大趨勢把握電網智能化發展的方向。電力發展現狀,能源電力的轉型趨勢,以及“十四五”全國電力發展整體方向,可為智能電網發展提供一個初步的思考。
   1“十三五”電力發展簡析
   (一)我國“十三五”期間用電需求保持剛性增長
   2018年,全國全社會用電量達6.9萬億千瓦時,同比增速8.4%,連續三年保持增速上漲,“十三五”前三年年均增速約6.6%。全國人均用電量達4945千瓦時,從世界水平橫向比較,我國人均用電量僅為韓國的1/2、略超美國的1/3,還有很大的增長潛力。
   (二)電力供給側結構性改革取得積極進展
   “十三五”以來,在保障電力供應安全的前提下,全國電源結構顯著優化。煤電化解產能過剩風險取得初步成效, 2018年煤電裝機占比為53%,較2015年下降7個百分點?!笆濉鼻叭晏蘊贗B浜竺旱綺?000萬千瓦以上,完成節能改造規劃任務,形成了全球最大的清潔煤電供應體系。新能源呈跨越式發展,占比達到19%,較2015年上升5個百分點,已成為第二大電源。同時有效解決了消納問題。2018年,風電平均利用率達到93%,光伏平均利用率達到97%。
   在電源供應充足的基礎上,電力資源優化配置能力持續增強,西電東送規模已達2.4億千瓦,目前已明確的輸電通道投產后,規模將進一步上升至2.9億千瓦左右,其中清潔能源輸送規模占比達45%左右,將有力支撐清潔能源發展。
   (三)電力在能源的中心地位日益明顯
   “十三五”前三年,電能替代總量累計超過3900億千瓦時,純電動汽車保有量211萬輛,北方地區推廣電采暖面積5億平方米以上。電能占終端能源消費比重達到25.5%,電氣化水平持續提升,達到世界先進水平。
   (四)電力科技裝備水平進一步提升
   隨著全球長度最長、容量最大的準東-華東特高壓直流工程順利投產,全球首個特高壓管廊“蘇通GIL綜合管廊”順利投產,全球在建規模最大、單機容量最大的白鶴灘水電站和具有完全自主知識產權的“華龍一號”核電機組首堆建成在即,無論在發電領域還是輸電領域,近年來電力行業的科技裝備水平正在整體穩步提升。
   (五)電力市場化改革進入深水區
   國家持續推進電力的體制改革,電力市場的主體范圍進一步的擴大。2018年,八省份開始了現貨市場試點與結算試運行,全國市場化交易電量達到2萬億千瓦時,約占全社會用電量的30%。配售電業務加快放開,售電側市場機制逐步完善,電力交易中心股份制改造進入快車道。在取得這些成績的基礎上,電力體制改革下一步還將繼續深化。
   (六)電力“一帶一路”國際合作逐步展開
   近年來,我國與30多個國家成立“一帶一路”能源合作伙伴關系,與有關國家、國際和地區組織建立能源合作機制近40項,簽署能源合作文件100余份。
   2能源電力轉型趨勢分析
   (一)我國將步入更高水平電氣化時代
   電力是能源發展的中心,隨著一些新產業新業態和電能的緊密結合,電能在終端消費的比重預計還將持續地提高。根據電規總院的預測,到2035年這個比例將達到35%左右,成為能源消費的主體。
   一是隨著我國經濟結構的不斷升級,能源和經濟發展的關聯度會持續地降低,但電力和經濟發展的關聯度不會降低,聯系還會更加緊密。電力今后仍然是經濟轉型的重要支撐。
    二是從終端能源消費和利用的角來看,電能和氫能是互相補充的關系??悸塹降緦ひ翟諼夜諧て詰幕?,它的產業布局與建立有長期的積累與沉淀。與之相比,氫能產業剛剛起步,全產業體系的建設還需要較長時間。因此,電能與氫能之間應當是相互補充的關系。氫能作為新型二次能源,短期內尚無法取代電力在能源領域中的中心地位。
   (二)新時代我國電力消費增長仍具潛力
   全國人均用電量約4950千瓦時,與世界發達國家水平相比還有較大差距。未來,我國需要處理好人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分發展之間的矛盾,還需要繼續堅持經濟的高質量發展,這些都需要電力的支撐。根據電規總院的測算,雖然未來全國用電增速會逐漸回落,但未來用電增長仍有較大潛力。預計2035年用電量達到12.2萬億千瓦時,人均用電量達到8500千瓦時。
   (三)新時代電力發展需要安全與綠色并重
   目前,電力安全保障體系的建設仍有短板和不足,未來應當在保持規模持續增長的同時,向更加清潔、綠色的方向轉變,有力支撐經濟社會可持續發展,保障電力安全可靠供應。一是需要從現在就要開始研究“十四五”電力安全的保障體系的問題。二是需要研究在電力能源轉型的過程中,如何既能支撐新能源大規模的消納、并網,同時還能保證電力系統的安全穩定運行,這兩個挑戰從中長期來看是不可忽視的。預計到2035年新能源裝機將達到12億千瓦左右,如此大規模的新能源裝機意味著未來電力系統對儲能的巨大需求,這將對未來電力系統運行安全和可控帶來一定的挑戰。
   (四)新時代電力高質量發展需要科技創新的驅動
   科技創新是電力工業高質量發展的強大動力。電力工業仍有部分關鍵裝備技術亟待突破,提升自主化水平,同時,一批新興技術仍需要加快自主創新,提升行業國際話語權。傳統電力與前沿技術集成融合,將引領能源電力更高質量發展。在科技創新方面,電力將是未來的重點領域。智能電網又將是我國電網領域甚至是電力整個領域科技創新的重要體現。
   (五)新時代電力國際合作前景廣闊
   在電力建設、投資、裝備、科技、研發等方面,我國與“一帶一路”的沿線國家都有較好的互補性。據統計,“一帶一路”沿線國家電力發展相對落后,2015年人均用電量、人均裝機分別為1633千瓦時/人、409瓦/人,均僅為世界平均水平的55%左右。沿線國家人均裝機水平如達到世界平均水平,新增裝機潛力近10億千瓦;若達到我國人均裝機水平,新增裝機潛力18億千瓦左右,超過目前全國裝機規模;若達到德國人均裝機水平,新增裝機潛力更高達48億千瓦左右,市場前景十分可觀。
   3能源電力轉型趨勢分析
   (一)智能電網是電力安全保障體系的重要組成部分
   “十四五”電力工業安全保障要從過去的主要考慮供應側保障向更加注重電力的產供銷綜合保障體系建設轉變,這也是電規總院圍繞“十四五”電力發展提出的一個重大命題。電網既連接著電源,又連接著用戶,在電力系統中處于樞紐地位,所以加強智能電網建設將成為電力安全保障體系構建的核心。
   從未來電力需求來看,還有很大的消費增長潛力。一是根據預測,2035年電動車保有量將達到2億輛,2050年大概率突破5億輛,這對用電量的拉動是巨大的。二是隨著數字中國、數字經濟的建設,大數據中心的用電量也會呈現顯著增長。據測算,2025年全社會用電量預計達到約9.5萬億千瓦時,年均增速約4.7%,人均用電量6500千瓦時/人左右。預計南方五?。ㄇ┤緇嵊玫緦吭?.7萬億千瓦時,年均增速約5.0%。
   在此預測基礎上,未來需要更加重視電力產供銷全環節的需求,特別是要更加重視需求側管理的效果。從規劃長時間尺度來看,主要任務將是削減系統尖峰負荷。很多省份最大負荷持續利用小時數不足一百小時,若為了短時的負荷增加大量的裝機,顯然是不經濟的,所以在“十四五”期間就要加強研究如何保證電力系統產供儲各環節合理的需求,抑制不合理的用電消費。從運行的尺度來看,需要通過智能電網的建設,通過分層分級調控手段,為大規模分布式電源和靈活負荷運行提供重要支撐。
   (二)智能電網是實現電力綠色轉型關鍵環節
   “十四五”是電力綠色低碳轉型的關鍵時期,新能源比重還將持續增加,電力系統將加快從旋轉型設備向電力電子型設備的轉變。增加靈活調節手段(儲能、FACTS),突破性提升智能調控水平,打造綠色能源高效配置的智能電網平臺成為推動電力綠色轉型的關鍵。預計2025年全國新能源裝機將達到8億千瓦左右,非化石能源裝機占比近半,非化石能源消費占比提高至18%左右。電網需通過持續加強系統調節能力建設、強化省間互濟等手段,充分發揮新能源消納平臺作用。
   南方電網未來除水電消納外,海上風電的消納需求也將出現大幅增長。預計2025年南方五省區新能源規劃裝機約8300萬千瓦,非化石能源裝機占比約53%。其中,廣東省海上風電規劃裝機6680萬千瓦,“十四五”期間預計投產約1600萬千瓦。為提高系統消納能力、提高海風利用效率,需集中建設240萬千瓦抽蓄電站,同時布局約400萬千瓦儲能電站。如何利用系統內的調節能力以適應大規模海上風電的消納,也是“十四五”期間南方電網需重點研究的問題。
   (三)智能電網是促進資源優化配置的創新手段
   過去電力資源優化配置的相關研究主要以煤電與水電基地外送問題為主,在“十四五”期間,研究重點將轉向國家綜合能源基地外送問題。具體來看,“十四五”期間電力資源優化配置面臨存量調整、增量優化的新形勢,跨省區輸電規?;菇徊嚼┐?,清潔能源輸送比重還需持續提升。大規模新能源匯集送出(陸上、海上)、多回大規模直流輸電通道建設等場景,都需要創新柔性多端直流輸電、交直流混聯大電網運行控制等技術手段,加快智能輸電網建設。
   “十四五”電力流向將逐步形成穩定西電東送,增加北電南送的電力資源配置新格局。預計將新增跨省跨區電力流規模約8000萬千瓦,至2025年全國跨省跨區資源配置能力將達到約3.6億千瓦左右。為適應這樣一個大規模的電力資源配置格局,需要電力技術手段進一步創新。
   近幾年,南方電網一直在加快直流輸電技術的研發步伐,目前烏東德特高壓柔性混合直流是世界上第一條大型柔性多端直流輸電工程。未來,為滿足粵港澳大灣區及深圳先行示范區用能需要,在考慮烏東德直流投產后,“十四五”期間還需考慮引入北方綜合能源基地電力流,在現有電力流基礎上還需增加2000萬千瓦左右外來電力,需對南方電網主網架進一步優化調整。
   (四)智能電網是提升電力普遍服務能力的重要途經
   “十四五”是提升電力服務水平的重要時期。目前,城市供電可靠性仍有待進一步提升,農村電網供電質量亟待加強,電能替代范圍還需進一步擴大。智能配電網通過應用高可靠性配電網自愈控制、直流配電網、農網低電壓精準治理、智能用電等技術,全面提升電力服務水平。
   在國家《配電網建設改造行動計劃(2015—2020年)》取得顯著成效的基礎上,“十四五”期間將重點解決電網區域發展不平衡不充分問題,提升電網全景感知、智能決策及互動用電水平。從南方電網的實踐來看,“十四五”期間,南方電網應繼續推進昆明、貴陽、南寧、廣州、???、深圳先行區等高可靠性城市電網建設,加強20個智能電網示范區建設,開展智能配電重大技術攻關,實現安全、可靠、低碳的用能保障。
   (五)智能電網是構建能源共享經濟的重要平臺
   “十四五”期間,隨著能源轉型的加速推進,以及“云大物移智”等新技術的不斷成熟應用,共享經濟將向能源電力領域拓展。智能電網將和綜合能源、多能互補、分布式能源等用能形式融合發展,催生出智慧綠色建筑、智慧交通、智慧能源等具有共享經濟特點的新業態、新模式,如雄安智慧能源城市建設。整體來看,通過建設智能電網可為能源共享經濟搭建一個重要的平臺。從電網企業的角度,未來還需要進一步加大在電網資產增值、數據資產價值挖掘、能源互聯網創新服務等領域的拓展,創新企業價值。
   (六)智能電網是電網企業提質增效的重要抓手
   “十四五”期間,電網企業還需要適應電力體制改革,創新發展模式,促進提質增效。智能電網以數字化手段實現物理系統的全景感知和模擬運行,通過深入挖掘資產的數據價值,提升智能決策水平,降低運行維護成本,提高資產利用效率,同時構建智能電網產業生態圈,帶動產業創新發展,這也是電網企業下一步重點的一個方向。(杜忠明 作者系電力規劃設計總院黨委書記、院長,國家電力規劃研究中心副主任)
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