能源革命中的新能源发展-【zixun】

能源革命中的新能源发展

随着生态环境和气候变化形势日益严峻，以优先发展可再生能源为特征的能源革命已成为必然趋势。德国、美国等国家均提出到2050年可再生能源满足80%以上电力需求的发展目标。可以预见，风电、太阳能发电等新能源将逐渐由传统意义的补充能源转变为替代能源、主力能源。

能源革命必然会促使现有能源发展思维、体制机制、技术路线发生质变，在此过程中难免伴随争议和问题，新能源的发展道路也将漫长曲折。面对机遇和挑战，应当统一认识，坚定不移发展新能源，积极主动推进能源生产和消费革命。

推动能源革命

要求明确新能源发展的战略地位

推动能源生产和消费革命的核心是调整结构，用清洁安全高效的能源生产方式淘汰落后、高污染的能源生产方式，让节能环保的用能方式替代粗放、不合理的用能方式。

我国能源结构中化石能源比重偏高，同时化石能源开发需要消耗大量的水资源，而我国人均水资源占有量仅为世界平均水平的1/4，在西部煤炭富集的地区水资源尤其匮乏。环境资源条件决定了我国大规模开发化石能源不具有可持续性。大力发展新能源和可再生能源将是推动我国能源生产和消费革命、优化能源结构、构建安全经济清洁现代能源产业体系必须长期坚持的能源发展战略之一。

习近平总书记在中央财经领导小组第六次会议上提出“着力发展非煤能源，形成煤、油、气、核、新能源、可再生能源多轮驱动的能源供应体系”，明确了发展清洁能源将是调整能源结构的主攻方向。新能源将不再是传统意义上的补充能源，将逐渐替代化石能源成为主要的能源品种，在能源结构中的比重将越来越高，在保障我国能源供应安全中的作用将越来越大。

推动能源革命

必须变革传统能源规划方法

风电、光伏等新能源运行特性迥异于常规的水、火电。大规模的新能源接入必然会对电力系统的规划方法、运行方式产生根本影响。为适应能源结构调整，需要改变规划理念和方法。

第一，大规模新能源具备满足部分电力基荷运行条件。

传统概念中风电、光伏等新能源属于“间歇性能源”，即存在发电出力接近零的可能性。然而对于大规模的风电场群，用“间歇性”来描述其出力特性并不准确。

随着风电场群集聚规模的增大，风电功率的波动特性呈现较明显的平缓特性。风电场之间相隔距离越大，风电出力特性的关联度越低。随着风电场增多，地域分布变广，气象条件变化在地域分布上的多样性、不同步使得风电场之间的出力具有自然的互补性。风电装机规模越大，风电场群的总体出力极大或极小的概率越低。同时，光伏与风电的出力特性也具有一定的互补性。如果大规模的风、光等新能源作为一个整体来看，其所发电力在电力供应中将占据相当一部分的基荷，其容量替代效应是不可忽略的。

英国牛津大学学者根据英格兰和威尔士境内66个测风点1970年-2003年的测风数据分析发现，超过90%的地区风速同时小于风机切入风速（4m/s）的概率折算为时间每年不到1小时。美国斯坦福大学学者分析了美国中西部19个测风点历史风速得出，1个、7个和19个风电场联合运行的总体保证出力系数分别为0%、4%和11%。并且若考虑风机在风速偏小月份检修，其余正常运行月份的保证出力系数能达到15%。理论上，出力特性相关度低的风电、太阳能发电等新能源装机越多，其整体的保证出力系数越高。

第二，新能源应合理参与电力平衡，替代常规能源。

我国现行的电力规划体系以煤电、水电为基础，而风电、光伏等新能源往往只参加电量平衡而不参加电力平衡（或参加平衡容量可忽略），即不考虑新能源在保障电力负荷供应中的容量贡献。

如此，无论新能源发展规模如何，都不会影响常规电源的规划建设空间。而不考虑新能源的容量贡献，将造成系统实际备用率偏高，常规电源投资浪费。由于只参与电量平衡，新能源装机越多，发电装机总体利用小时数越低，造成新能源和常规电源的经济效益都受到影响。

风电、光伏存在负荷高峰时刻出力接近零的可能性，而火电机组同样具有高峰负荷时段强迫（非计划）停运的概率（根据1995年-2011年数据统计，我国60万千瓦及以上火电机组平均强迫停运率3.05%），停运时间往往持续数周，而且机组也有计划检修停运要求，因此不能认为火电就是100%稳定出力的电源。事实上，电力系统预留的旋转备用已考虑了火电的强迫停运率。

美国研究机构按可再生能源满足80%以上的电力需求规划目标进行仿真研究，表明风电、光伏等新能源满足部分电力负荷容量需求是安全可靠的。

为切实推进能源结构的调整，应结合我国新能源资源特点进一步开展深入研究，合理确定其在电力平衡中的容量贡献。

第三，统筹新能源规划与常规能源、电网规划，优化能源系统。

从供应可靠性、环境友好性、经济性和灵活调节能力等方面看，每一个能源品种都有优缺点，不存在各方面都最优的能源品种。而最优的能源系统构成必然要求各能源品种的科学配比和合理的布局，各类电源优势互补，从而达到安全、经济、环保。

电网的规划建设是新能源电力消纳和参与电力供需平衡的基础。例如，德国在制定可再生能源发展战略之初就非常重视风电等新能源与电网的统一规划，终使集中在北部的风电和集中在南部的光伏电站能够出力互补，并将电力顺利输送到国内负荷中心及周边国家。

能源规划应考虑技术发展和技术进步，充分考虑新能源未来在能源体系中地位和作用。随着风机、光伏电池制造成本的逐步降低，以及化石能源资源环境税费政策的进一步制定完善，未来风电、光伏很有可能在无补贴时发电成本低于化石能源。新能源将成为能源结构中兼具环保优势和经济优势的重要组成部分。同时，低风速风机和海上风电技术的发展将使得资源条件不再成为负荷中心附近布局风电的制约因素。

推动能源革命

需完善新能源运行机制

第一，提高风电功率预测和跨省跨区电网调度水平。

美国明尼苏达州的研究结果表明，区域电网间的协作可使可再生能源在较大范围内消纳，将4个调度平衡区域整合为1个平衡区域，可削减50%的调频服务需求。德国从2007年到2010年逐步实现全国4个控制区域从各自平衡转为统一平衡，使总体的风电功率预测误差降低了20%以上，相应降低了系统备用容量。

新能源出力的随机性要求电网运行方式频繁变化，电力交换量增大，这将对电网调度水平提出更高的要求，需加强各级调度和跨省跨区调度之间的协同配合能力。

目前，我国调度运行已一定程度将风电纳入电力平衡考虑。风电等新能源装机规模越大，其总体出力特性越平缓，因此不宜将新能源电力在小范围内各自平衡。为了发挥新能源替代常规火电的容量效益，需充分利用电网互联相互支援的能力，实现电力余缺互济。

第二，加强和创新电力需求侧管理。

电力需求侧管理和需求侧响应是提高新能源接纳能力的有效手段，应充分运用市场机制引导用户调整用电方式，适应大规模新能源接入对电力系统运行特性产生的影响，建立完善峰谷电价、可中断负荷电价等需求侧电价机制。

峰谷电价可促进电力负荷移峰填谷，提高系统消纳新能源的能力，减少弃风限电发生。从我国实施峰谷电价政策的省（区、市）电力运行情况看，执行峰谷电价后，负荷特性明显改善，系统调峰裕度有效增加。

可中断负荷是应对大规模新能源功率突然减小带来的功率缺额风险的有效的可靠性保障手段。可中断负荷由电力公司与用户签订，在系统峰值和紧急状态下，用户按照合同规定中断或消减负荷，电力公司给予用户一定的经济补偿或电价优惠。大规模新能源同时零出力的概率并不大，配置可中断负荷减少常规机组备用容量和增加清洁能源供应带来的经济效益足以覆盖对可中断负荷用户的费用补偿。这一需求侧管理措施在美国等一些国家应用较广，其经验值得我们进一步深入研究借鉴。

第三，加快新能源与信息技术融合，推动能源技术革命。

新能源与信息技术有天然的联系。新的通讯技术和新的能源系统结合之后将导致能源生产与消费革命的新格局。德国西门子等公司提出了虚拟电厂的概念并已投入商业化运行，通过优化算法、通信和控制技术，将大量分散在不同地点的风电、光伏、生物质发电甚至需求侧响应等有机结合到一起进行集中控制，提供稳定可控的电源出力，可如常规电源一样参与电力市场交易。

未来用户侧储能装置的智能化调度也将有效提高系统接纳新能源的能力。通过智能电网和相关信息控制技术，新能源汽车或蓄热蓄冷装置在新能源发电富裕或夜间负荷低谷时期吸收电力，在新能源发电不足或白天负荷高峰时期停止充电甚至向电网反送电，可减小峰谷差，减轻常规电源调峰的压力，提高电力系统对新能源的消纳能力。

综上所述，新能源的大规模发展将成为我国能源生产和消费革命的重要内容。新能源的发展需要从战略层面上形成统一的认识，从规划方法上实现革新，从运行机制上进行完善，从产业技术上加快创新，结合我国资源禀赋和发展现状，开辟出我国持续健康发展的能源道路，为经济社会发展提供坚实保障。

（作者单位：国家能源局。文章仅代表个人观点）

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