电力系统结构的转变

碳中和电力由风光电占主导，其装机容量可达约80%，发电量占约60%。

 

电力系统面临的重大变化

·电源:由集中转为集中与分布相结合，

·可调性:可调节的电源为主转为不可调节的风光电占到60%以上

·稳定性:转动惯量不足，可作为旋转备用的电源不足

·调节:由对电源的调节转为对储能的调节

·分布式电源、分布式储能占比将提高到40%-50%

·由集中对电源的调节转为电源和用电终端的协同调节

 

未来的电源结构

·核电:2亿kW，年发电量1.5万亿kWh

·水电:5亿kW，年发电量2万亿kWh

·风电光电:75亿kW，年发电量9.5万亿kWh

·调峰火电:7亿kW，年发电量1.5万亿kWh

·风电光电装机:西北20-25亿kW，中东部地区:50-55亿kW

·城镇屋顶:8亿kW，农村屋顶:20亿kW，集中光伏:20亿kW

·海上风电:5亿kW，陆上风电:15亿+7亿 kW

 

发展风电光电需要的调畜资源

·中东部风电光电装机50-55亿kW

·海上风电5亿，屋顶光伏20亿，集中风电光电25-30亿

·需要的储能调蓄能力:35-40亿kW

·中东部的调蓄资源:

·抽水蓄能:5亿kW

·可调节水电:3亿kW

·空气压缩、液流电池、其它的集中储能:10亿kW

·尚缺少20亿kW左右的调蓄资源

·通过"光储直柔"，由终端提供20亿kW调蓄能力，日储电100亿kWh

 

用电终端具备的潜在调畜资源

·电动私家车:

·2050年将由3亿辆私家车，85%在停车场

·可提供25亿kW充放电能力

·可提供200亿kWh/日储电能力

·建筑的柔性用电性能:

·冰蓄冷、水蓄冷、水蓄热，可移晚高峰

·建筑围护结构的热惯性，2-3小时

·风机水泵短期调频降速:80%转速

·冰柜、洗衣机等平移开机运行时间

·大量带有蓄电池的建筑电器

·建筑+充电桩+电动车:可以完成日内和旬20亿kW风光电调节的任务

 

光储直柔是挖掘利用建筑柔性资源的手段

·光:充分利用建筑外表面的资源，安装光伏

·储:连接停车场的充电桩，充分调度和利用电动车储能资源，利用建筑自身的各类储能资源

·直:建筑内部直流配电，便于与光伏、储能和各种直流设备连接，利于调控、提供高质量电力

·柔:最终的目的就是使建筑从目前的刚性负载变为用电的柔性负载

 

如何与电网协调

·集中由电网统一调度:用电终端需要满足自身的任务，需要平衡为电网调蓄与满足自身任务之关系，不能完全听任电网调度

·电网仅追求对全部用电终端用电总量的调节，并不在意每个终端

·实时地发布统一的调度信号C，各个终端进行“自律”式调节

·激励各终端进行自律式调节的信号C是什么?

·可以激励终端响应，根据C的大小相应的改变用电功率

·C的大小与调度的目标一致:希望终端多用电时减少C，反之，加大C

·动态电价制度:可以起到这一作用，但中国的电价承载太多职能

·动态碳排放责任因子:利用全民对碳减排的热情，进行自律调节

 

电力动态碳排放责任因子C

·一个供电区域，根据该区域电力供需平衡关系，每15分钟计算C

·采用广播式发布，自动送达各个用电终端

·智能电表方式:送到智能电表，再通过电力载波，发送到每个用电插座

·建筑BEMS系统:C值自动送达各个BEMS系统，再由BEMS调控所辖设备

·充电桩系统:可以通过智能电表下达电力载波信号，也可通过BEMS

·电力系统的碳排放责任计量:

·电力计量管理部门根据各个电表/建筑瞬时用电功率计算和统计碳排放责任值的变化并累计，可统一发布或查询

·用电模式不同，平均度电对应的碳排放责任可有3-5倍的差别

·未来根据建筑的碳排放额度，碳盈余者可在碳交易市场出售

 

电力动态碳排放责任因子推动光储直柔发展

·用电终端的碳排放责任:CX用电量  全年累计

·电源生产的碳排放责任:真实碳排放量-CX发电量

·电力消费者:要承担碳排放责任，不同用电模式差异很大，全年电厂总的碳排放量都要由消费者承担

·电力生产者:

·风光水核等零碳电源总是负的碳排责任，可以出售碳排放权

·火电在用电高峰期碳排放责任为负，低谷期为正;灵活性越好碳排越低

·集中储能者:储能时根据当时的C确定碳排放责任，释放时根据当时的C

确定减排收益;C低时储、C高时释放，通过C的差值获得碳减排收益

 

农村应成为“光储直柔”的开路先锋

·我国农村可安装20亿kW屋顶光伏，年发电2.5万亿kWh

·北方农村每户可安装20kW以上的屋顶光伏，全年发电2.5~3万kWh

·农村光伏可满足农户的生活、生产、交通等全部用能，从而实现全面电气化，替换全部的燃煤、燃油、燃气和秸秆、枝条

·取消燃烧，消除污染，回复蓝天白云、绿水青山

·生物质材料(秸秆、枝条、畜牧业粪便)可加工成商品燃料，作为最宝贵的零碳燃料，进入商品能源流通领域

·出售电力和燃料，可使产量户收入增加50%

·农村以屋顶光伏为基础的能源革命应列入乡村振兴的重大举措

 

实现农村新型能源系统的基本条件

·首要目标:解决农民用能问题，建设新型能源系统，而不是开发资源

·目前问题:

·租用屋顶资源，全额上网送电，并不改变农村能源系统现状

·变压器和配电系统容量不足，仅支撑5~6kW/户，只有1/4农户接入;超压现象

·不能有效利用农村的储能资源、灵活用电资源

·光储直柔模式可有效解决这些问题

·户为单元，优先自用;户内直流配电，通过DC/DC与村级直流微网连接

·根据户内直流母线电压与村网直流母线电压的关系，自动调节送出功率

·充分利用户内储能资源(电动车充电、灵活用电、蓄电池)

·村级直流微网接入公共用电、充电农机、和储能电池;统一逆变升压上网

·通过储能和灵活用电，把送电上网的时间由太阳强的4~5小时延长到10小时以上解决了配电网和变压器容量不足问题

 

“光储直柔”发展与推广路径

·由农村包围城市

·发展农村屋顶光伏，建设新型能源系统，振兴乡村

·尝试新型电力系统的技术、政策、机制，可“先行先试”

·汇集国家支农的多项政策，“清洁取暖"、“农网改造”、“家电下乡”、“农机推广"、等，是各项在农村推广的工程的交集;可全面解决多方面问题

·农村先行，再逐步推广到县城，到四、五线城市，最后进入大城市

·建立“电力动态碳排放责任因子"的发布、计量系统，使柔性用电与电力碳排放责任直接挂钩，光储直柔的效果可观察、可计量

·部分电力部门今年年内开始试行，然后再争取获得国家支持，成为标准

·建立起有效的计量平台，通过市场机制和全社会对低碳发展的积极性，可以发展出各种柔性用电技术、方式

·电动车的双向有序智能充电是要解决的第一任务，也是具有最大效益的领域，应作为城市发展“光储直柔"的突破口