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围绕着构建碳中和社会,中国正在进行一场深刻的能源革命。数据显示,电力行业二氧化碳排放量占我国能源行业排放总量的近50%,是减排的重点领域,同时,电力是非化石能源最重要的应用模式,电力行业是最具深度低碳潜质的行业。国际能源署(IEA)研究成果显示,超过90%的能源排放可以通过终端高比例电气化、发展可再生能源以及提高能效加以解决。因此,能源转型的关键在电力,电力的低碳转型是能源、甚至是全社会脱碳的核心环节。
与此同时,根据国际可再生能源机构(IRENA)的测算,到 2050 年全球能源碳排放下降70%,其中一半以上的减排贡献来自可再生能源。在新能源成为主体能源的过程中,电力系统的运行平衡机制和统筹规划机制,将发生“质”变,一个可以适配以新能源为主体的新型电力系统应运而生。
7月14日,以“数字赋能,全程减碳”为主题的施耐德电气中国2022创新峰会在云端拉开帷幕。峰会上,施耐德电气正式发布《绿色之径——新型电力系统行业洞察》白皮书,对未来电力发展的需求与“新型电力系统”的图景进行了深入解析,并围绕 “电力需求侧”发力对于构建新型电力系统的重要性进行了重点阐述,以期通过深挖“电力需求侧”减碳潜力,为推进电力转型、能源转型,以及“双碳”目标的最终达成提供借鉴。
四大特征显现,应对新能源大规模接入
2021年3月15日,中央财经委员会第九次会议上提出实现碳达峰、碳中和的基本思路和主要举措——构建以新能源为供给主体的新型电力系统。随后,“构建新型电力系统”日益成为社会各方的共同关切与行动指南。
施耐德电气认为,发展新型电力系统的过程,本质是适应新能源大规模接入的过程。为了适应新能源发电比例和终端电气化率的快速提升,新型电力系统将呈现出清洁低碳、安全灵活、数字化及市场化四大特征,进而实现电力流、信息流和价值流的“三流合一”,以支撑“双碳” 目标的达成。
首先,以新能源为主体是新型电力系统的核心,伴随风电、光伏为代表的新能源装机量、发电量将逐步增加,电力的清洁低碳程度将大幅度提升。
而新能源发电的波动性和间歇性要求电力系统必须具备灵活性,新能源大规模应用需要以安全灵活为基础。2020 年,我国风电 + 光伏发电量占比约 9.5%,弃风率 3.5%,弃光率 2%。为了应对新能源发电的波动性和间歇性特征,新型电力系统需要通过扩大调节电源规模、增加储能容量、挖掘需求侧需求等方式,进一步强化灵活性,可靠性,连续性,以提升消纳能力,实现有序安全用电。
同时,新型电力系统需要大量的信息采集和运行分析,以确保电网的安全稳定和可靠供电,数字化则为新型电力系统注入灵魂。数字化浪潮正在影响各行各业,以新能源为主体的新型电力系统同样需要在发、输、变、配、用、储等各个环节应用如人工智能、云计算、5G 等数字化技术,进行信息采集和运行分析,将“无序”数据转化为有价值信息,同时结合微电网、智能网关等手段,不断提升运维管理效率,及“可观、可测、可控”水平,进而持续优化电网安全性及灵活性。
此外,市场化将为辅助电力系统运转提供新动力。在新型电力系统的电力供需平衡过程中,电价政策和机制将成为市场配置资源的基础,可以有效调动各环节的积极性,提升系统灵活性。
需求侧全面重塑,复杂挑战不断叠加
新型电力系统发展的四大趋势日益显著,而作为电力系统中重要的一环,需求侧脱碳量占到全球减排量的一半,且涉及面更加广泛。随着越来越多的需求侧企业参与到这场变革中,在配电与用电两个环节,也出现了诸多迫切需求和潜在机遇。
面向碳中和社会,施耐德电气认为,未来电力需求侧将呈现全新画像。未来新型电力系统的需求侧系统,将是一个个拥有多种形式分布式能源、储能基础设施、柔性智能配电网络和可观可控负荷的“源网荷储”一体化的微型电力生态系统。它通过数字化终端设备、绿色能源管理体系和新型电力电子技术,系统优先利用本地分布式清洁能源,促进平衡消纳,实现削峰填谷,并可与电网或其他微型电力生态系统进行电力流、信息流、价值流实时交互、灵活响应,相互支撑,实现清洁低碳、节能高效、成本最优、安全可靠的目标。
在颠覆旧传统,重塑新秩序的过程中,需求侧同样面临多重复杂挑战。除了履行自身社会责任,企业还要面对众多外部压力,如因能耗双控、产业结构调整等造成的用电困难,“碳税”制度,以及整个供应商体系和产业链的碳管理能力等。同时,企业承受的碳排放成本将持续增长,且随着碳排放配额制度的逐步成熟,企业综合用能成本也将随之提高。此外,规模化接入分布式新能源、更大比例应用电力电子元件应用,以及设备交互性的提升,将使用电负荷更复杂多样,峰谷差更显著,使供电连续性和波动性风险增加。最后,我国包括芯片、半导体、精密制造等众多高科技行业蓬勃发展,厂房内使用的大量精密仪器、高端设备等对电能质量要求极为苛刻,因而如何适应新能源的大量接入,确保供电可靠性和连贯性,同样值得高度关注。
破局三步走:理念先行、能力创建、按图索骥
面对机遇与挑战,对于需求侧企业而言,以碳中和为目标的绿色转型已刻不容缓。要取得最终成功,绝非一蹴而就,需要循序渐进,以先进理念作为战略指导,以创新能力配合适当工具,以成功案例引导落地执行。
第一步,理念先行。企业必须在思想层面、理念层面建立新的认知,与碳中和规划一道,设计10年乃至更长时间的转型规划。企业可以通过以下三步,从全局角度,运用系统性的方法梳理实现清洁低碳、用能成本降低和安全可靠不同目标的优先级,集中有效资源,快速实现目标。
摸现状、做规划、留接口:结合企业现状与发展阶段制定详细规划,构建以清洁电力为主体的、多样化能源供应结构,同时做好系统开放性设计,提高系统兼容性,以便在未来吸纳新技术。
构建系统级架构:打造微型电力生态,构建清晰的系统级架构,在四个方面形成改变——从分散管理,到集中调控;从单一的电能,到多种能源综合利用;从系统内部管理,到与外部互通互联;从就地管理,到云端应用与分析。
全生命周期考量:在系统建设过程中,将关注点聚焦在全生命周期成本与效果的考量。同时,利用数字化手段,建立资产管理平台,优化资产管理水平,设备全生命周期使用及人力成本。
第二步,能力创建。为将美好愿景转化为现实,企业需要匹配创新能力,打造适合的工具,其中涵盖提高绿电应用能力和比例、提升自身数字化运营能力、强化配电网的智能化属性等。
拥抱绿电,低碳转型:除了购买绿电、绿证等交易行为,企业还可通过建设分布式新能源,使用储能设施等实现清洁低碳与用电成本降低,并利用软件系统辅助电力供需平衡、自产自消。此外,企业还可通过使用“绿色”电气设备,如无六氟化硫开关柜等电气设备,有效降低设备对环境造成的影响。
数字运营,降本增效:一方面,通过搭建数字化能量管理系统,实现不同用电环节间的负荷分配,改善能源结构,优化成本。另一方面,通过数字化节能增效方式,让能耗数据透明可控,并进行趋势预测,确保电能的最大使用效率以及设备的最优使用,并给出更加优化和完整的节能方案建议,形成持续优化。
配电升级,安全可靠:越来越多分布式新能源发电建设,以及交互性更强的终端的应用等,都要求配电网更加智能化,如利用更多新型电力电子设备,应对复杂多样的电能质量问题,保障供电连续性;利用数字孪生技术,辅助电网设计、运维、调度等,提高配网弹性;通过对智能电网技术的应用,逐步形成新形态电网与大电网高度协同的未来。
第三步,按图索骥。实现低碳转型、降本提效、安全可靠三大目标,已成为每个需求侧企业的当务之急。对此,施耐德电气认为,利用清洁电气化与数字化技术所产生的叠加效应,进行端到端的能源管理,全面推动能源管理升级,是达成企业发展目标,最终实现“双碳”愿景的最佳方法。
基于这一认知,施耐德电气提出绿色能源管理理念,并通过“创新产品”“软件端到端”“源网荷储一体化”三位一体的关键创新,打造出绿色高效、安全可靠的能源管理解决方案,一方面在融合新能源的接入和使用的同时,保证能源系统与电能质量的稳定可靠,最大化实现新能源的消纳,另一方面以强大数字化能力,让各个环节能源的使用和表现透明可见,有效发现系统风险,优化构架提高能源利用率,从而帮助不同行业客户减少最多50%的碳足迹,节省高达60%和75%的资本及运营支出,提升50%设备可用性和25%场所安全性,并节约30%的成本。
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