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社会创新

构建高效电力能源体系,突破能源革命“不可能的三角”

从观察琥珀与皮毛摩擦的静电现象,到试图去捕捉划破夜空的闪电,再到第一台能产生连续电流的发电机,电力技术的发展成为世界运转的动力、也为人们的生活带来光明。

根据中国电力企业联合会提供的数据,2021年,中国全社会用电量83,128亿千瓦时,同比实现双位数增长,且受经济恢复、天气、煤炭价格上涨等多重因素影响,电力供需总体偏紧*¹。
另一方面,随着我国“碳达峰”、“碳中和”目标的提出,电力系统清洁低碳转型的步伐将进一步加快,煤电装机占比和发电量占比将不断降低,灵活调节能力和清洁高效水平要继续提升。在清洁能源的使用探索中,存在一个的“不可能的三角”,即“既有能源用,又没有污染,价格还便宜”这三个目标很难同时实现*²。而“能源革命的目标应顺次为保障能源供应、缓解环境污染、稳定能源价格和完善能源监管。”*²


2012~2021年全国全社会用电量及增速情况(单位:亿千瓦时,%)*¹


保障能源供应—智能化帮助实现更灵活的能源系统

由国家发改委、国家能源局在2022年1月联合下发的《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》中提到,“加强新型电力系统顶层设计。推动电力来源清洁化和终端能源消费电气化,适应新能源电力发展需要制定新型电力系统发展战略和总体规划”的同时,也“鼓励各类企业等主体积极参与新型电力系统建设”*³ 。既有自上而下的政府政策支持,也鼓励企业自下而上地运用互联网、数字化等技术手段参与构建智慧能源体系。
在构建智慧能源体系的过程中,国家电网规划了建设能源互联网的一系列举措。如通过源网荷储一体化、多能互补等措施,推动新型电力系统构建和能源系统绿色转型;注重智慧赋能,全面提升信息采集、传输、处理、应用等能力,推动传统电网基础设施和新型数字化基础设施融合,促进电网调度运行智能化和运营管理智慧化等*⁴。
日立能源借助全球丰富的虚拟电厂工程项目经验,也在不断为客户提供探索能源运营的新模式。目前,日立能源正作为南方电网的合作伙伴,为南方电网深圳供电局的首套自动化虚拟电厂系统提供技术支持。深圳电网作为我国超大型城市电网之一,呈现“供电负荷密度高、电能质量要求高、可靠性要求高、土地资源受限”的“3高×1受限”特点。分布式能源、需求响应和电力市场等领域的发展也对城市电网产生了深刻影响,因此需要利用更多调度手段让电网运行更加灵活和经济高效。


此次研发的虚拟电厂软硬件平台系统可将不同类型的分布式电源(例如光伏等清洁能源)、可控负荷(楼宇、电动汽车等)及储能聚合在同一平台进行在线自动化协同调控,并通过先进的通信、计算、调度和市场手段,促进深圳及周边区域可再生能源的并网及消纳,有效支撑城市电力供需平衡。

对于寸土寸金的超级城市而言,这一系统可有效突破土地资源的受限瓶颈,能更加智能化地为能源供应做贡献。


减少环境污染—扩大和强化可再生能源应用

“十四五”正是实现“碳中和”目标的攻坚期。能源活动二氧化碳排放结构中,电力行业碳排放的占比达44%(2020年)*⁵,是不可忽视的重要切入口。2021年我国新能源年发电量首次突破1万亿千瓦时。非化石能源装机占比首次超过煤电,风电并网装机容量和光伏发电并网装机容量稳居全球第一,新型电力系统建设跨出新步伐*¹。但另一方面仍需意识到,太阳能和风能等可再生能源具有间歇性特点,其日间和夜间的资源可利用量受天气影响较大,具有一定不确定性,普及大规模零碳电气化也对电网提出了更高的要求。
高压直流输电互联系统(HVDC)能有效的减少损失,增加传输容量,改善电能质量,实现更大规模可再生能源并网。在远距离大规模输电及其它特殊应用上,HVDC(高压直流输电)是高效选择之一。
日立能源首席执行官方秦表示:“清洁电力将为整个能源系统提供重要支撑,而电网将在其中发挥关键作用。在将愿景转化为行动的过程中,我们应坚持创新和发展;同时,能够助力实现中短期目标的大部分技术已经成熟,我们需要加快部署。”
日立能源始终致力于推动高压直流输电技术的发展,在1997年开发并首次应用的柔性直流输电技术(命名为轻型高压直流输电技术HVDC Light®),作为基于高压直流的电压源转换(VSC)技术,可为海上风电、离岸送电、柔性直流电网等应用提供优化的解决方案。截至目前,日立能源已参与了全球70%的轻型高压直流项目,并创造了多项世界记录。在国内,该技术已成功应用于今年刚刚投运的张北可再生能源柔性电网工程,助力全球首个高压直流电网为2022年北京冬奥会输送稳定、可靠、清洁的电能。


稳定能源价格—信息化、可视化帮助能源管理

作为电力的消费终端和最后节点,用电环节在电力改革和绿色转型中的主观能动性时常被忽视。事实上用电数字化、智能化对能源的高效管理有其积极的推动作用,比如可以减少浪费、降低电耗,移峰填谷、加强节能减排监管和促进可再生能源电力消纳等等。
在这方面,日立在英国的锡利群岛提供了一系列解决方案。即通过利用IoT平台及AI技术努力削减该群岛的碳排放量,优化产出可再生能源。首个项目有望于2025年以前削减锡利群岛整体电费的40%。同时,日立的IoT平台可以学习电力消耗的模式,优化家庭的电力储蓄及使用方法,并通过将其连入更广域的电网,对用电量进行管理。
了解更多:《智慧能源群岛——锡利群岛 通过物联网共享发电电力》

此外,为了更好的通过数据掌握用电量走势和规律、从而找到平衡成本和价格的切入点,日立制作所还发布了一款能源的“可视化”系统。该系统借助数字技术,可以显示企业所使用的电力来源和各自占比等数据、直观地了解企业等的设备及服务中“可再生能源”的使用情况。
在利用数据发掘更多经济价值的同时,为提高企业环保意识及可再生能源的利用做出贡献。

“能源互联网是将系统性思维和数字化技术与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的新型生态化能源系统,以可再生能源优先,以电力为基础,通过多能协同、供需协同等破解‘能源不可能三角’。”*⁶
日立重视与合作伙伴协创共进,通过社会创新事业,在探索突破保障供应、缓解污染、稳定价格方法的各个环节上发挥着技术优势。 以绿色、数字化、创新之力推动社会、环境与经济的和谐发展,助力加快实现可持续发展社会,做人们幸福生活的后盾。

*日立ABB电网于2022年4月在中国启用全新企业名称“日立能源”。


【数据来源及文献参考】
*1《我国电力发展与改革形势分析(2022)》 中国电力网
*2《国发院能源与资源战略研究中心-郑新业:中国能源革命的缘起、目标与实现路径》 国家发展与战略研究院
*3《国家发展改革委 国家能源局关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》 国家发展改革委员会
*4《能源互联网》国家电网
*5《“双碳”目标下 水电如何发展?》中国电力网
*6《国家电网》 2021年第5期 《【特别策划·观点】破解“能源不可能三角”》

公开日期:2022年6月