中国能源系统将接近电力系统

未来，中国的能源系统将接近电力系统。作者认为，这是未来的一个确定性趋势。在终端能源消费领域，绿色电力正逐渐取代煤炭、石油和天然气，用硅基取代碳基，进一步提高了工业、交通、建筑等领域电力消费的比例。这一变化标志着新一轮“新电气化”时代的开始。

然而，随着高比例新能源电力进入电网和高比例电气化设备的广泛使用，这个“双高”问题将导致我国电力系统的安全稳定运行面临巨大的风险和挑战。如何打破新电力系统的局面已成为我国新能源建设不可避免的“命题”。本文将深入分析新电力系统带来的机遇。

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绿电消费问题愈演愈烈

虽然新能源清洁效率高，潜力无限，但也具有间歇性、不可控性等特点。以中国沿海地区的风景发电为例，“天热无风”、“云无光”，完全“依靠天空吃饭”，一年内光发电条件的时间也有限。

根据国家电网22年1月发布的《新能源消费运行评价预警技术规范》，新能源消费监测预警区分为红、黄、绿区，进入红预警区或面临暂停风光电接入的风险，主要判断指标为新能源利用率。根据21-23年第一季度各省月利用率数据，利用率低的地区主要集中在内蒙古、甘肃、宁夏、青海、新疆等西北地区。

目前，西北地区第一批大型风景基地的装机总容量97GW已全部开工建设，其中约50%的电量已外送消耗。预计跨区域输电能力将提高4200万千瓦，通过提高已建输电通道的利用效率，基本满足第一批大型基地的交付需求。第二批项目(计划在“十四五”期间投产200GW)正在陆续开工，其中约75%的电力被外送消耗。第三批项目正在审查中。

随着第二/三批景观项目的运营，消费问题将进一步突出。此外，第二季度是弃电高峰期。影响消费问题的核心因素是终端用电需求。在冬季和夏季两个时间节点上，强劲的用电需求可以抑制短期供需矛盾。此外，2022年第二季度，水电过剩也在一定程度上影响了风景消费。

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缓解“弃电”情况的三种现有手段

随着装机倍增，多发电时如何消耗，不发电时如何满足高峰用电需求？

目前的技术能力有三种手段。首先是火电灵活性的改造。据电联新媒体报道，山东负电价期间，发生了大面积火电启停，其中许多在同一天进行热启停。为了保证新能源的消耗，需要通过停机来实现火电。然而，频繁的启动和停止会对火电设备产生一些负面影响，包括油预热，价格昂贵，从而增加整个电力系统的成本；设备在加热或冷却过程中容易造成损失，隐藏成本高；安全事故的风险高于传统发电。

然而，火电启停并不是一个长期的解决方案。关键是进行灵活性改造，提高煤电调节能力。煤电深度峰值调整改造可将机组最小输出降低到额定输出的20-30%，从而释放调整空间。这种改造周期短，成熟度高，电力成本低，是一种灵活的资源。

目前，我国火电装机约13亿千瓦。十三五期间，国家电网改造1.6亿千瓦。国家发改委、国家能源局于2021年发布了《国家煤电机组改造升级实施方案》，提出应改变现有煤电机组的灵活性。“十四五”期间，应完成2亿千瓦，提高系统调节能力3000-4000万千瓦，促进清洁能源消耗。预计十四五后仍将有9亿千瓦以上的改造空间。

许多a股上市公司表示，火电灵活性改造正处于高景气区间。青达环保在董事会秘书的互动中表示，公司的全负荷脱硝系统适用于火电机组的深度峰值调整和灵活性改造，前景广阔，目前手头订单充足。2022年龙源技术期末在手订单9.55亿元，同比 53.57%，在手订单充足。年初，动力煤价格中心下降，火电企业一季度利润明显提高，火电企业改革意愿有望提高，此类企业业绩有望提升。

图片来源：蓝皮书发展的新电力系统

第二种方法是建设新的储能。新的储能包括机械储能、电化学储能、化学储能、热储能、电磁储能等技术路线。新的储能被许多机构认为是新能源发展最终必不可少的建设项目。然而，事实上，储能行业近年来仍处于战略探索期。

中电联研究的电化学储能项目实际运行效果较差，平均等效利用系数仅为12.2%。其中，新能源储能利用系数仅为6.1%，火电厂储能系数为15.3%，电网侧储能系数为14.8%，用户储能系数为28.3%。相比之下，新能源储能利用系数最低，其运行策略最多在弃电期间一天内充放，整体调用情况较差。

而且目前参与大储招标的公司很多。比如电池有动力电池龙头公司:宁德时代、比亚迪、亿纬锂能。阳光电源、锦浪科技、固德威等光伏逆变器企业竞争众多。BMS、EMS、温度控制等系统公司较多，如奥特佳、电网设备公司四方股份等。这些公司之所以选择跨境，主要是因为他们判断储能市场空间大，但大型储能仍然依赖于强制储备，没有实现盈利模式。

图片来源：蓝皮书发展的新电力系统

第三种方法是建设智能电网和虚拟电厂。虚拟电厂是一种通过信息技术和智能设备管理和调度电力的系统。虚拟电厂可以提前一周通知用户，通过预测用电高峰和供电紧张情况，要求用户在高峰期减少用电。如果用户成功响应并减少用电量，虚拟电厂将为他们提供每度几美元的补贴。该机制可以鼓励用户积极参与电力管理和调度，从而节约能源，减少碳排放。

此外，虚拟电厂还可以通过微操作商场等大型用电单位的用电行为，如提高空调温度一段时间，从而在细节上节约用电，达到整体节能效果。虚拟电厂可以在不知不觉中帮助用户省电，为用户提供额外的收入。

目前，电网信息企业依托电力通信领域的经验和技术，以及电网公司丰富的信息通信资源，具有开展虚拟电厂业务的先天优势，已成为国电南瑞、国网信通、远光软件等主要示范项目。

这种方法看起来很漂亮，但电力物联网的安全性是否经得起考验还有待观察。2021年5月7日，美国最大的燃油管道运营商科洛尼尔管道运输公司遭到黑客攻击，被迫关闭整个管道系统。这导致了美国许多地方的燃油短缺和恐慌性购买，燃油价格飙升，甚至迫使联邦政府宣布进入国家紧急状态。直到13日运输系统重新启动，恐慌才得到缓解。

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总结

能源安全是新能源发展的底线

国家能源管理局组织发布了《新电力系统发展蓝皮书》，提到要始终坚持底线思维，确保能源安全，促进源网储存多元化综合保障体系的建设，适应大规模新能源的发展。

能源安全是新能源发展的底线。从火灾到恶劣天气造成的损失给光伏、风电、储能等新能源行业敲响了警钟——保证质量和安全是行业可持续健康发展的底线。没有安全，一切都是零。

如今，新电力系统的建设在很多方面仍然值得谨慎。例如，电池储能项目不仅投资成本高，而且故障或计划外停机的风险也很高。研究表明，58%的储能系统故障发生在2015年至2022年运行前两年。三分之二的事故发生在储能系统部署后不久的第一年。

这些事故的原因有很多，包括电池失控、风扇问题、冷却系统错误、逆变器故障、电池管理系统(BMS)故障等。下图显示了EPRI电池储能系统故障事件数据库的数据。

图：电池储能系统的失效率VS工作寿命

新能源发展在实现碳达峰和碳中和的过程中至关重要。然而，这并不意味着我们需要泡沫发展新能源。近日，有文章指出，如果不大规模新增新能源装机，应对发电量持续创新高，仍将存在限电问题。在某种程度上，这种解决方案并不严重，但实际上这是一种极端的做法。用30%的电源品种来解决区域限电或用电不足的问题，似乎不客观、不科学。

绿电需要大规模发展，但这种发展应该是科学合理的规划。为了实现国家双十二峰会提出的碳排放目标，一方面需要加强节能，扩大林业规模；另一方面，还需要增加新能源等非化石能源的比例。然而，由于新能源的发电比例很难在短期内完全取代水、火、电，我们不能简单地将这项任务的责任归咎于储能、虚拟电厂等不成熟的技术，更不用说提出夸张的规划目标了。