新型電力系統(tǒng)觀察：儲能、虛擬電廠是最佳解?

　　未來我國的能源系統(tǒng)將趨近于電力系統(tǒng)。筆者認為這是未來一個具有確定性的趨勢。在終端能源消費領域，綠電正逐步替代煤炭、石油和天然氣，通過使用硅基替代碳基，進一步提高了電能在工業(yè)、交通、建筑等領域的消費的比重。這一轉(zhuǎn)變標志著新一輪的“新電氣化”時代的開啟。

　　但是，隨著高比例的新能源電力進入電網(wǎng)和高比例電氣化設備的大量使用，這種“雙高”問題會導致我們的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行面臨非常大的風險挑戰(zhàn)。如何破局構(gòu)筑新型電力系統(tǒng)成為了我國新能源建設無法避開的“命題”。本文將深度解析新型電力系統(tǒng)帶來的機遇。

　　綠電消納問題愈演愈烈

　　雖然新能源清潔高效、潛力無限，但同時也具有間歇性、不可控性等特征。拿我國沿海地區(qū)的風光發(fā)電來說，“天熱無風”“云來無光”，完全“靠天吃飯”，一年中具備光照發(fā)電條件的時間也有限。

　　根據(jù)國家電網(wǎng)在22年1月發(fā)布的《新能源消納運行評估及預警技術(shù)規(guī)范》，新能源消納監(jiān)測預警的地區(qū)分為紅色、黃色和綠色區(qū)域，進入紅色預警的地區(qū)或面臨暫停風光電接入的風險，而主要判斷指標即為新能源利用率。從21年至23年一季度各省逐月利用率數(shù)據(jù)來看，利用率偏低的區(qū)域主要集中在西北地區(qū)，包括內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏、青海、新疆等省份。

　　目前，西北地區(qū)第一批大型風光基地裝機總?cè)萘?7GW已全部開工建設，其中約50%電量外送消納。預計通過提升已建輸電通道利用效率共計可提升跨區(qū)域輸電能力4200萬千瓦，基本滿足了第一批大基地的外送需求。第二批項目(規(guī)劃“十四五”期間投產(chǎn)200GW)正在陸續(xù)開工，其中約75%電量外送消納。第三批項目正在進行審查。

　　隨著第二/三批風光項目的投運，消納問題將進一步突出。此外，二季度是棄電高峰期，消納問題最核心的影響因素是終端用電需求，在迎峰度冬、迎峰度夏兩個時間節(jié)點上用電需求旺盛可平抑短時供求矛盾。此外，2022年二季度來水偏豐，水電超發(fā)在一定程度上也影響到了風光消納。

　　三種現(xiàn)有手段緩解“棄電”情況

　　隨著裝機倍增，多發(fā)電的時候怎么消納，不發(fā)電的時候又如何滿足高峰用電需求?

　　以目前的技術(shù)能力有三種手段。首先是火電靈活性改造，根據(jù)電聯(lián)新媒報道，在山東負電價期間，出現(xiàn)了大面積的火電啟停，其中很多是在同一天內(nèi)進行熱態(tài)啟停。為了保障新能源的消納，火電需要通過停機的手段來實現(xiàn)。然而，頻繁啟停會對火電設備產(chǎn)生一些負面影響，包括需要投油預熱，價格較貴，從而提高整個電力系統(tǒng)的成本;設備加熱或冷卻過程中易產(chǎn)生損耗，隱性成本高;啟停過程中出現(xiàn)安全事故的風險較常規(guī)發(fā)電更高。

　　然而，火電啟停并不是長久之計，關鍵在于進行靈活性改造，提高煤電調(diào)節(jié)能力。煤電深度調(diào)峰改造可以將機組的最小出力降低到額定出力的20-30%，從而釋放調(diào)節(jié)空間。這種改造周期短、成熟度高、度電成本低，是一種靈活性資源。

　　我國火電裝機當前約為13億千瓦，十三五期間國網(wǎng)地區(qū)完成改造1.6億千瓦，國家發(fā)改委和國家能源局于2021年發(fā)布《全國煤電機組改造升級實施方案》，提出存量煤電機組靈活性改造應改盡改，“十四五”期間完成2億千瓦，增加系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力3000-4000萬千瓦，以促進清潔能源消納。預計十四五后，仍會有9億千瓦以上的改造空間。

　　股多家上市公司都表示火電靈活性改造正處于高景氣區(qū)間。青達環(huán)保在董秘互動中表示公司的全負荷脫硝系統(tǒng)適用于火電機組深度調(diào)峰、靈活性改造領域，前景廣闊，目前在手訂單充足。2022年龍源技術(shù)期末在手訂單9.55億元，同比+53.57%，在手訂單充沛。年初動力煤價格中樞下降，火電企業(yè)一季度盈利明顯改善，火改意愿有望提升，有望促進此類公司的業(yè)績提升。

　　第二種手段是新型儲能的建設，新型儲能包括機械儲能、電化學儲能、化學儲能、熱儲能、電磁儲能等多種技術(shù)路線。新型儲能被許多機構(gòu)認為是新能源發(fā)展終局必備的建設項目，然而事實上近年來儲能行業(yè)還處于戰(zhàn)略摸索期。

　　中電聯(lián)調(diào)研的電化學儲能項目實際運行效果較差，平均等效利用系數(shù)僅12.2%。其中新能源配儲能利用系數(shù)僅為6.1%，火電廠配儲能為15.3%，電網(wǎng)側(cè)儲能為14.8%，用戶儲能為28.3%。比較而言，新能源配儲能利用系數(shù)最低，其運行策略最多做到棄電期間一天內(nèi)一充一放，整體調(diào)用情況較差。

　　而且目前參與大儲招標的公司眾多。比如電池方面有動力電池龍頭公司：寧德時代、比亞迪、億緯鋰能。PCS有眾多光伏逆變器企業(yè)競爭比如陽光電源、錦浪科技、固德威。BMS、EMS、溫控等系統(tǒng)的公司更是眾多，比如奧特佳、電網(wǎng)設備公司四方股份等等。這些公司選擇跨界的原因大部分是因為判斷儲能市場空間大，但大儲依靠強制配儲尚未做到有盈利的模式。

　　第三種手段是建設智能電網(wǎng)與虛擬電廠。虛擬電廠是一種通過信息技術(shù)和智能設備來管理和調(diào)度電力的系統(tǒng)。通過預測用電高峰和電力供應緊張的情況，虛擬電廠可以提前一周通知用戶，請求他們在高峰期間減少用電。如果用戶成功響應并減少用電，虛擬電廠會向他們提供每度電幾塊錢的補貼。這種機制可以鼓勵用戶積極參與電力管理和調(diào)度，從而達到節(jié)約能源和減少碳排放的目的。

　　此外，虛擬電廠還可以通過微操商場等大型用電單位的用電行為，例如將空調(diào)溫度提高一段時間，從而在細節(jié)上省電，達到整體節(jié)約能源的效果。通過宏觀上統(tǒng)領大局和細節(jié)上瘋狂微操，虛擬電廠可以在不知不覺中幫助用戶省電，同時為用戶提供額外的收入。

　　目前電網(wǎng)信息化企業(yè)，依托在電力、通信領域經(jīng)驗技術(shù)和電網(wǎng)公司豐富的信息通信資源，具有開展虛擬電廠業(yè)務的先天優(yōu)勢，成為當前示范項目主力，如國電南瑞、國網(wǎng)信通、遠光軟件等。

　　這種方式看起來很美好，但是電力物聯(lián)網(wǎng)的安全性是否經(jīng)得起考驗還待觀察。2021年5月7日，美國最大燃油管道運營商科洛尼爾管道運輸公司遭遇黑客攻擊，被迫關閉整個管道系統(tǒng)。這導致美國多地出現(xiàn)燃油短缺和恐慌性購買，燃油價格飆升，甚至迫使聯(lián)邦政府宣布進入國家緊急狀態(tài)?？只懦掷m(xù)到13日運輸系統(tǒng)重新上線，才有所緩解。

　　總結(jié)：能源安全是新能源發(fā)展的底線

　　國家能源局組織發(fā)布《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍皮書》中提到：需要始終堅持底線思維，全力保障能源安全，推動構(gòu)建適應大規(guī)模新能源發(fā)展的源網(wǎng)荷儲多元綜合保障體系。

　　能源安全就是新能源發(fā)展的底線。從火災到惡劣天氣造成損失，給光伏、風電和儲能等新能源行業(yè)敲響警鐘——保證質(zhì)量與安全是一個行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的底線，沒有安全，一切為零。

　　如今新型電力系統(tǒng)的建設有許多方面仍值得謹慎。舉個例子來說，電池儲能項目不僅投資成本高，而且故障或計劃外停機的風險也很高。研究表明，2015年至2022年期間，58%的儲能系統(tǒng)故障發(fā)生在運行的前兩年。三分之二的事故發(fā)生在儲能系統(tǒng)部署后不久的第一年。

　　這些事故有許多不同的原因，從電池失控、風扇問題、冷卻系統(tǒng)錯誤、逆變器故障、電池管理系統(tǒng)(BMS)故障等等。下圖采用EPRI電池儲能系統(tǒng)故障事件數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)說明了這一點。

　　在實現(xiàn)碳達峰和碳中和的過程中，新能源發(fā)展至關重要。然而，這并不意味著我們需要對新能源進行泡沫式的發(fā)展。近期有文章指出，如果不大規(guī)模新增新能源裝機以應對持續(xù)創(chuàng)新高的發(fā)電量，限電問題仍將存在。從某種程度上看，這個解決方案并無大礙，但實際上這是一種偏激的做法。用30%的電源品種去解決一個區(qū)域限電或用電量不足的問題，似乎并不客觀和科學。

　　綠電需要大規(guī)模發(fā)展，但這一發(fā)展應該是科學的、理性的規(guī)劃。為了實現(xiàn)國家雙十二峰會宣言提出的碳排放目標，我們一方面需要加大節(jié)能力度，擴大林業(yè)規(guī)模;另一方面當然也要增加新能源等非化石能源裝機比例。然而，由于新能源短期內(nèi)發(fā)電量比例難以完全替代水火電，我們不能簡單地將這個任務的責任歸咎于儲能以及虛擬電廠等未成熟的技術(shù)，更不能一次狂熱地提出夸張的規(guī)劃目標。

　　來源：證券之星