雙碳目標下綜合智慧能源及源網荷儲協同發展研究

中國三峽新能源（集團）股份有限公司山東分公司 王玉新

2020年9月22日，習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論會上發表重要講話：中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。中央財經委員會第九次會議指出，“十四五”是碳達峰的關鍵期、窗口期，要構建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施能源替代，構建以新能源為主體的新型電力系統。

電力能源減排是我國的主戰場。2019年我國碳排放總量100多億噸，其中電力、交通、建筑和工業碳排放占比分別為41%、28%、31%，火力發電碳排放量約40多億噸。我國主要是以火電為主傳統電力系統，截至2020年電源總裝機約22億千瓦，其中火電裝機規模約11億千瓦、占比49.1%，水電16.80%，太陽能發電11.60%，風電12.80%，LNG4.50%，核電2.40%。我國實現碳達峰碳中和時間短、任務重。歐美等發達國家從碳達峰到碳中和規劃50～70年的過渡期，我國距離碳達峰戰略目標不到10年時間，到達碳中和也僅有30年時間。支撐鋼鐵、化工、建材等重點行業電能替代，滿足經濟社會高質量發展的需求，我國電力需求持續增長，“十四五”期間全社會用電量增加約2萬億千瓦時。電力系統呈現高比例新能源、電力電子設備的“雙高”特征，電力供應和大電網安全帶來巨大壓力[1]。

1 綜合智慧能源示范作用

為積極響應電力市場的綠色電能發展需求，積極探索形成可再生能源開發利用新業態、新模式、新機制、新動能，借鑒三峽烏蘭察布源網荷儲示范項目等先進經驗，形成綠色優先、融合發展、典型示范。

綠色優先：最小化風光儲綜合發電成本，最大化新能源利用率（接近100%），最優化聯合出力曲線，實現100%風電、光伏綠色能源的安全可靠運行；融合發展：探索可再生能源與鄉村振興融合發展新模式，將濱州漁鹽之鄉、冬棗之鄉與“風光三峽”相結合，實現風光儲一體化與漁業養殖、農業種植、制鹽產業協調可持續發展；典型示范：突出電源側合理配置儲能設施和增強電源側自我調節能力的科學思路，將烏蘭察布項目在源網荷儲方面的電網友好型項目建設經驗，拓展至多能互補項目上并進一步迭代升級，對形成“多能互補”一體化發展新模式、新機制起到示范作用。

成立“1+1”投資聯合體主導開發建設，雙方發揮各自優勢，以資源帶動產業、以資源帶動技術，實現能源和產業結構同步優化升級，推動當地新能源高質量發展。

1.1 一體化+智慧化

通過風光互補和因地制宜合理配置儲能設施，多要素協同優化實現一體化項目出力的穩定性，減輕系統的調峰壓力。充分利用協同互補特性，充分挖掘電源、儲能、負荷等各方調節能力，提升可再生能源消納水平，實現項目運行調節和管理規范的一體化。基于鹽堿灘涂地風光儲一體化基地的建設實現不同層級的智慧化，提升風光儲一體化的智能化水平（包括智能感知、智能運維、智能控制、智能決策、智能電網），從而完成更加友好和安全、高效、可靠、智能的能源供應。

智慧化應以數字化、信息化、標準化為基礎，以管控一體化、大數據、云平臺、物聯網、在線監測為平臺，以數字孿生技術為輔助，以計算資源的彈性配置為保障，以異構計算為核心任務，高效融合計算、存儲和網絡，將本項目建設成為集開放性、學習性、成長性、異構性和交互性于一身的新一代風光儲智慧化項目。

1.2 風光儲+融合發展

計劃配套建設“風光三峽”新能源產業融合發展示范園，以能源產業轉型升級、提質增效為主線，圍繞加快新能源推廣應用與提升新能源裝備制造水平，推動技術、資本、人才等各類要素在項目區域內集聚，帶動產業鏈上下游發展，提高產業區域配套水平，融合當地相關產業發展，提升新能源裝備制造與開發利用一體化水平的同時，打造風光儲一體化+產業帶動融合發展的商業模式。

1.3 技術創新+雙碳研究

建立區域新型能源互聯系統、城市新型能源系統、終端新型能源系統，建立新型綜合能源系統，推動能源行業高質量發展，支持新型能源系統高標準建設，輔助綠色低碳發展高水平決策。適應現貨市場，新型儲能技術系統、多能互補，全面開展綜合能源服務。利用大數據、云計算支撐技術建立以電動汽車、虛擬、傳統能源、微電網、儲能、新能源、需求側響應為綜合系統，開展智慧能源開發和利用。

技術創新中心旨在充分發揮聯合體各方優勢，將其打造為集研發功能、實證功能和應用功能為一體的技術創新基地，探索多功能互補的新型能源系統和融合發展方案，形成可復制、可推廣的“風光儲+”的技術路線、技術方案。同時根據國家電網公司智能電網創新示范工程實施方案部署，配合國網山東省電力公司實施新能源并網檢測的相關技術創新，推動節能減排工作發展。

“雙碳”研究院旨在“雙碳”的大背景下研究新能源的電力特性，強化源網荷儲各環節間協調互動，充分挖掘電源側的靈活性調節能力，科學地配置各類資源，提升系統運行效率和電源開發綜合效益，促進新能源大規模開發、配置及高效率利用，加強電力系統安全控制研究，構建多元供能智慧保障體系。

開展智能光儲發電機特性的研究，采用光伏和儲能直流耦合方案，組串控制器接入到組串式智能光伏控制器（逆變器功能），儲能集裝箱接入到組串式智能光伏控制器（PCS 功能），實現光伏與儲能的直流耦合，打造同步光儲發電機特性。主要利用電力電子系統控制靈活的特點，使得并網光伏逆變器具有同步發電機的外特性，具備電壓源與轉動慣量特性，實現含有電力電子并網裝置的新能源發電系統的友好接入，并提高電力系統穩定性。

1.4 “零碳”鄉鎮建設

在環境和碳減排目標的雙重壓力下，鄉鎮能源轉型問題需要高度重視，應該在鄉鎮廣泛推廣可再生清潔能源生產技術，提倡使用綠色能源。通過綜合智慧能源的建成，利用產業園新能源的技術、設備，在濱州市的鄉鎮推廣綠色能源發展，以“千鄉萬村沐光”、“千鄉萬村御風”行動為契機，支持各鄉鎮建設以“全域光伏”為核心的綜合能源服務體系、以“煤改電”為核心的清潔取暖模式。屆時新建的路燈、景觀設施、家庭取暖、交通出行等將實現清潔能源供電，并通過綜合能源能效調度管理進行靈活調度，充分發揮儲能對電能的存儲特性，形成可自給自足并可向電網輸送能源的“零碳”鄉鎮，助力沾化區打造“碳達峰、碳中和”的縣域典范。

2 區域能源轉型

以綜合智慧能源和技術創新工作為基礎，在可再生資源條件好、發展潛力大、管理有基礎、經濟承受能力強的區域，通過統籌規劃、優化設計、系統集成、體制機制創新，復制和推廣的本項目的新能源技術路線、技術方案，擴大新能源在綠色供熱、綠色電力、綠色交通等各領域的應用，顯著提高區域可再生能源消費比重。有實力支持將新能源項目附帶的中國核證自愿減排量（CCER）、可再生能源配額等指標留在當地。助力區域能源轉型和經濟社會發展，促進區域能源生產和消費轉型升級，逐步建立適應可再生能源發展的技術路徑、商業模式、管理模式和政策體系。

新能源發電規模的快速擴張和非清潔能源占比的降低提高了能源產業的綠色低碳發展，同時也給電網安全可靠運行帶來了新的問題，通過配置儲能、太陽能發電、風力發電等容量，實現多能互補發電，進一步提高資源調節潛力，更好的支持電網適應性新能源的快速發展，符合以新能源為主體的新型電力系統發展。

從電網公司角度，通過開展綜合智慧能源的建設能增加能源輸出的穩定性，提高電力價值；對電力用戶，儲能系統響應速度快，可以保障電力可靠性。未來大電網新能源比例將持續上升，火電發電企業的境況將更加艱巨，綜合智慧能源將未電力系統注入新的活力，有助于傳統的發電企業實現升級轉型，以服務區域“新業態、綠色經濟”發展和“雙碳”為目標，分析區域內可調節靈活資源特性、風光資源、綜合資源與柔性負荷調節潛力，提出系統配合發展策略，結合區域經濟發展和資源情況提出零碳發展前景規劃。

為全面適應以新能源為主體新型電力系統，構建新市場+新框架，在政府相關監管機構及市場管理委員的管控下發電企業、交易機構、電網企業、售電主體、電力用戶互相協同。發電企業建立多能互補電源結構，以風電、太陽能、水電、火電、核電、儲能（電化學儲能、抽水蓄能為主）。由于風力發電和光發電系統輸出功率在時間和空間上的互補，考慮區域能源調度需求，系統介入儲能電站，可以緩解區域能源供應不平衡矛盾，在碳達峰、碳中和的目標引領下，加快電力系統低碳轉型是實現低碳發展的關鍵。基于此背景，因此實現綜合智慧能源及源網荷儲協同發展，支撐區域電網安全。