作為一個電網(wǎng)人,從中國光伏行業(yè)協(xié)會成立之初就受邀參與了協(xié)會光伏發(fā)電運行消納年度分析研究工作,跟蹤分析了光伏十年的接網(wǎng)運行消納形勢,見證了光伏十年發(fā)展奇跡,也親歷了電網(wǎng)的轉(zhuǎn)型發(fā)展,以下幾點關(guān)于網(wǎng)源協(xié)同的認識供參考。
光伏發(fā)電的隨機性和波動性對電網(wǎng)是挑戰(zhàn)更是機遇,推動電網(wǎng)從傳統(tǒng)電網(wǎng)走向新型電網(wǎng),從傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)走向戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要支撐產(chǎn)業(yè)。十年前,光伏發(fā)電在很多人眼里還是垃圾電,大家更多的是研究光伏發(fā)電的隨機性和波動性,以及高比例光伏發(fā)電對電網(wǎng)運行消納的影響,主要研究電網(wǎng)對于新能源的消納能力。十年后,隨著以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)概念的提出,大規(guī)模風光等波動性電源(Variable Renewable Energy,主要指風電和光伏發(fā)電,以下簡稱VRE)的接入為電網(wǎng)的創(chuàng)新發(fā)展創(chuàng)造了巨大發(fā)展機遇。隨著VRE占比的提升,電力系統(tǒng)運行機理和平衡模式發(fā)生了深刻的變化,源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)的功能定位和特性也隨之發(fā)生了重大調(diào)整。加快構(gòu)建清潔低碳、安全充裕、經(jīng)濟高效、供需協(xié)同、靈活智能的新型電力系統(tǒng),為電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與重大裝備創(chuàng)新帶來了重大機遇。當前大家研究的熱點更多的是如何構(gòu)建新型電網(wǎng),提高電網(wǎng)對VRE的接納、配置和調(diào)控能力。
功率預測是網(wǎng)源協(xié)同的基礎(chǔ),電力系統(tǒng)的靈活性是網(wǎng)源協(xié)調(diào)的關(guān)鍵。十年前,我們網(wǎng)上親歷了德國電網(wǎng)應對日全食驚心動魄的全過程,意識到對于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行而言,不確定性比波動性更可怕,深刻認識到功率預測的重要性。十年后,隨著國內(nèi)光伏裝機規(guī)模的激增,功率預測的重要性進一步顯現(xiàn),而且不同于傳統(tǒng)認識,我們發(fā)現(xiàn)短時光伏發(fā)電功率預測的難度竟遠超風電。十年前,由于國內(nèi)光伏裝機和發(fā)電量占比均很低,一般認為光伏發(fā)電出力主要集中在白天負荷相對比較高的時段,光伏發(fā)電出力與負荷的一致性更好,消納難度較小。十年后,隨著光伏發(fā)電占比的提升,我們認識到迎峰度夏、度冬期間,早高峰時段光伏保證出力不足11%,晚高峰期間光伏出力基本為零,山東、河南等多個電網(wǎng)出現(xiàn)“鴨子曲線”,而青海電網(wǎng)凈負荷曲線已由“鴨子曲線”發(fā)展到對電網(wǎng)更具挑戰(zhàn)性的“峽谷曲線”,午間光伏消納的難度更甚。十年前,我們對于系統(tǒng)靈活性的認識還僅限于調(diào)峰能力,十年后,我們認識到電力系統(tǒng)承載VRE的能力取決于系統(tǒng)的靈活性,包括電源的靈活性、儲能、電網(wǎng)靈活性以及需求側(cè)資源,靈活性不僅需要調(diào)峰的“下調(diào)節(jié)”能力,還需要頂峰的“上調(diào)能力”。
平價上網(wǎng)不等于平價利用,消納VRE的系統(tǒng)成本引發(fā)的經(jīng)濟性問題或?qū)⒊蔀楦弑壤齎RE發(fā)展的主要障礙。十年前,降低光伏發(fā)電成本是行業(yè)發(fā)展的重中之重,經(jīng)過十年努力,光伏開發(fā)及建設(shè)成本下降了80%,光伏發(fā)電度電平均成本降至0.31元,已經(jīng)實現(xiàn)了平價上網(wǎng)。十年后,我們逐步意識到VRE平價上網(wǎng)不等于平價利用,VRE利用還涉及消納VRE的系統(tǒng)成本及帶來的相關(guān)經(jīng)濟性問題。德國發(fā)展新能源近20年,雖然光伏發(fā)電、風力發(fā)電本體成本下降,但居民電價上漲90%,平均銷售電價上漲23%;英國近15年居民電價上漲60%,平均銷售電價上漲51%。國外相關(guān)機構(gòu)的研究也表明,電力系統(tǒng)中VRE電量滲透率超過15%之后,VRE消納的系統(tǒng)成本帶來的影響將逐步顯現(xiàn);盡管VRE電量滲透率達到25%-40%在技術(shù)上是可行的,但會帶來很高的系統(tǒng)成本;電量滲透率超過40%時,消納VRE所需要的系統(tǒng)成本甚至會超過VRE發(fā)電成本,沒有靈活性相關(guān)系統(tǒng)成本的投入則會出現(xiàn)較為嚴重的棄電問題。系統(tǒng)成本得不到合理疏導,則會對光伏、風電等VRE發(fā)電的經(jīng)濟性產(chǎn)生重要影響,對行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來重大挑戰(zhàn)。
從單一光伏電站開發(fā)到風光水火儲聯(lián)營、源網(wǎng)荷儲一體化,從分布式光伏開發(fā)到光儲一體化。中國光伏的發(fā)展始于分布式,從金太陽工程起步,規(guī)?;l(fā)展得益于集中式地面電站的大規(guī)模建設(shè),而平價時代的光伏實現(xiàn)跨越式發(fā)展則得益于集中式與分布式并舉。2014年中國光伏累計裝機容量不足3000萬千瓦,2017年突破1億千瓦,2019年突破2億千瓦,2021年突破3億千瓦,2023年則突破6億千瓦。其中的分布式光伏累計裝機容量2021年突破1億千瓦,2023年新增裝機已達到了近1億千瓦;分布式光伏年新增裝機容量的占比從2017年的不足10%到2017年的36.4%,到2021年則超過50%。從未來發(fā)展趨勢來看,提高規(guī)模化發(fā)展的經(jīng)濟性,集中式與分布式并舉是大勢所趨,且集中式電站已從單一光伏電站開發(fā)模式為主向風光水火儲聯(lián)營、源網(wǎng)荷儲一體化開發(fā)模式為主轉(zhuǎn)變;分布式光伏已從工商業(yè)分布式、戶用光伏開發(fā)模式為主向戶用光儲、建筑“光儲直柔”、電動汽車光儲充等光儲一體化模式開發(fā)為主轉(zhuǎn)變。
需要以規(guī)劃引領(lǐng)光伏有序、高質(zhì)量發(fā)展。眾所周知,電力系統(tǒng)是最大的人造系統(tǒng),規(guī)劃對電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行至關(guān)重要。2014年,我國VER裝機占比僅為8.8%,其中光伏僅占1.8%;發(fā)電量占比僅為2.5%,其中光伏占比不足1%。由于裝機和發(fā)電量占比低,在“十二五”、“十三五”電力規(guī)劃中,新能源如何納入電力電量平衡還在探索中,新能源規(guī)劃對于電力規(guī)劃無足輕重,盡管風光實際開發(fā)規(guī)模遠超規(guī)劃規(guī)模,但似乎并無大礙。但到了2023年底,我國VER裝機占比達到36%,其中光伏裝機占比21%;VRE電量占比達到15.8%,其中光伏發(fā)電量占比6.3%,2023年當年新增裝機超過2億千瓦,盡管沒有出現(xiàn)較為嚴重的棄電問題,但光伏行業(yè)盈利水平也讓行業(yè)內(nèi)越來越的人開始對光伏行業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性表示擔憂。高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)涵不僅包括大規(guī)模、高比例、高利用率,還應包括行業(yè)的盈利能力和可持續(xù)發(fā)展能力。面向“十五五”規(guī)劃,是時候應該好好研究VER乃至光伏發(fā)電發(fā)展規(guī)劃的問題,研究VRE的經(jīng)濟開發(fā)規(guī)模,不能簡單以越多越好論英雄,需要以規(guī)劃引領(lǐng)光伏高質(zhì)量發(fā)展。