双碳目标下综合智慧能源及源网荷储协同发展研究

中国三峡新能源（集团）股份有限公司山东分公司 王玉新

2020年9月22日，习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论会上发表重要讲话：中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。中央财经委员会第九次会议指出，“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期，要构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施能源替代，构建以新能源为主体的新型电力系统。

电力能源减排是我国的主战场。2019年我国碳排放总量100多亿吨，其中电力、交通、建筑和工业碳排放占比分别为41%、28%、31%，火力发电碳排放量约40多亿吨。我国主要是以火电为主传统电力系统，截至2020年电源总装机约22亿千瓦，其中火电装机规模约11亿千瓦、占比49.1%，水电16.80%，太阳能发电11.60%，风电12.80%，LNG4.50%，核电2.40%。我国实现碳达峰碳中和时间短、任务重。欧美等发达国家从碳达峰到碳中和规划50～70年的过渡期，我国距离碳达峰战略目标不到10年时间，到达碳中和也仅有30年时间。支撑钢铁、化工、建材等重点行业电能替代，满足经济社会高质量发展的需求，我国电力需求持续增长，“十四五”期间全社会用电量增加约2万亿千瓦时。电力系统呈现高比例新能源、电力电子设备的“双高”特征，电力供应和大电网安全带来巨大压力[1]。

1 综合智慧能源示范作用

为积极响应电力市场的绿色电能发展需求，积极探索形成可再生能源开发利用新业态、新模式、新机制、新动能，借鉴三峡乌兰察布源网荷储示范项目等先进经验，形成绿色优先、融合发展、典型示范。

绿色优先：最小化风光储综合发电成本，最大化新能源利用率（接近100%），最优化联合出力曲线，实现100%风电、光伏绿色能源的安全可靠运行；融合发展：探索可再生能源与乡村振兴融合发展新模式，将滨州渔盐之乡、冬枣之乡与“风光三峡”相结合，实现风光储一体化与渔业养殖、农业种植、制盐产业协调可持续发展；典型示范：突出电源侧合理配置储能设施和增强电源侧自我调节能力的科学思路，将乌兰察布项目在源网荷储方面的电网友好型项目建设经验，拓展至多能互补项目上并进一步迭代升级，对形成“多能互补”一体化发展新模式、新机制起到示范作用。

成立“1+1”投资联合体主导开发建设，双方发挥各自优势，以资源带动产业、以资源带动技术，实现能源和产业结构同步优化升级，推动当地新能源高质量发展。

1.1 一体化+智慧化

通过风光互补和因地制宜合理配置储能设施，多要素协同优化实现一体化项目出力的稳定性，减轻系统的调峰压力。充分利用协同互补特性，充分挖掘电源、储能、负荷等各方调节能力，提升可再生能源消纳水平，实现项目运行调节和管理规范的一体化。基于盐碱滩涂地风光储一体化基地的建设实现不同层级的智慧化，提升风光储一体化的智能化水平（包括智能感知、智能运维、智能控制、智能决策、智能电网），从而完成更加友好和安全、高效、可靠、智能的能源供应。

智慧化应以数字化、信息化、标准化为基础，以管控一体化、大数据、云平台、物联网、在线监测为平台，以数字孪生技术为辅助，以计算资源的弹性配置为保障，以异构计算为核心任务，高效融合计算、存储和网络，将本项目建设成为集开放性、学习性、成长性、异构性和交互性于一身的新一代风光储智慧化项目。

1.2 风光储+融合发展

计划配套建设“风光三峡”新能源产业融合发展示范园，以能源产业转型升级、提质增效为主线，围绕加快新能源推广应用与提升新能源装备制造水平，推动技术、资本、人才等各类要素在项目区域内集聚，带动产业链上下游发展，提高产业区域配套水平，融合当地相关产业发展，提升新能源装备制造与开发利用一体化水平的同时，打造风光储一体化+产业带动融合发展的商业模式。

1.3 技术创新+双碳研究

建立区域新型能源互联系统、城市新型能源系统、终端新型能源系统，建立新型综合能源系统，推动能源行业高质量发展，支持新型能源系统高标准建设，辅助绿色低碳发展高水平决策。适应现货市场，新型储能技术系统、多能互补，全面开展综合能源服务。利用大数据、云计算支撑技术建立以电动汽车、虚拟、传统能源、微电网、储能、新能源、需求侧响应为综合系统，开展智慧能源开发和利用。

技术创新中心旨在充分发挥联合体各方优势，将其打造为集研发功能、实证功能和应用功能为一体的技术创新基地，探索多功能互补的新型能源系统和融合发展方案，形成可复制、可推广的“风光储+”的技术路线、技术方案。同时根据国家电网公司智能电网创新示范工程实施方案部署，配合国网山东省电力公司实施新能源并网检测的相关技术创新，推动节能减排工作发展。

“双碳”研究院旨在“双碳”的大背景下研究新能源的电力特性，强化源网荷储各环节间协调互动，充分挖掘电源侧的灵活性调节能力，科学地配置各类资源，提升系统运行效率和电源开发综合效益，促进新能源大规模开发、配置及高效率利用，加强电力系统安全控制研究，构建多元供能智慧保障体系。

开展智能光储发电机特性的研究，采用光伏和储能直流耦合方案，组串控制器接入到组串式智能光伏控制器（逆变器功能），储能集装箱接入到组串式智能光伏控制器（PCS 功能），实现光伏与储能的直流耦合，打造同步光储发电机特性。主要利用电力电子系统控制灵活的特点，使得并网光伏逆变器具有同步发电机的外特性，具备电压源与转动惯量特性，实现含有电力电子并网装置的新能源发电系统的友好接入，并提高电力系统稳定性。

1.4 “零碳”乡镇建设

在环境和碳减排目标的双重压力下，乡镇能源转型问题需要高度重视，应该在乡镇广泛推广可再生清洁能源生产技术，提倡使用绿色能源。通过综合智慧能源的建成，利用产业园新能源的技术、设备，在滨州市的乡镇推广绿色能源发展，以“千乡万村沐光”、“千乡万村御风”行动为契机，支持各乡镇建设以“全域光伏”为核心的综合能源服务体系、以“煤改电”为核心的清洁取暖模式。届时新建的路灯、景观设施、家庭取暖、交通出行等将实现清洁能源供电，并通过综合能源能效调度管理进行灵活调度，充分发挥储能对电能的存储特性，形成可自给自足并可向电网输送能源的“零碳”乡镇，助力沾化区打造“碳达峰、碳中和”的县域典范。

2 区域能源转型

以综合智慧能源和技术创新工作为基础，在可再生资源条件好、发展潜力大、管理有基础、经济承受能力强的区域，通过统筹规划、优化设计、系统集成、体制机制创新，复制和推广的本项目的新能源技术路线、技术方案，扩大新能源在绿色供热、绿色电力、绿色交通等各领域的应用，显著提高区域可再生能源消费比重。有实力支持将新能源项目附带的中国核证自愿减排量（CCER）、可再生能源配额等指标留在当地。助力区域能源转型和经济社会发展，促进区域能源生产和消费转型升级，逐步建立适应可再生能源发展的技术路径、商业模式、管理模式和政策体系。

新能源发电规模的快速扩张和非清洁能源占比的降低提高了能源产业的绿色低碳发展，同时也给电网安全可靠运行带来了新的问题，通过配置储能、太阳能发电、风力发电等容量，实现多能互补发电，进一步提高资源调节潜力，更好的支持电网适应性新能源的快速发展，符合以新能源为主体的新型电力系统发展。

从电网公司角度，通过开展综合智慧能源的建设能增加能源输出的稳定性，提高电力价值；对电力用户，储能系统响应速度快，可以保障电力可靠性。未来大电网新能源比例将持续上升，火电发电企业的境况将更加艰巨，综合智慧能源将未电力系统注入新的活力，有助于传统的发电企业实现升级转型，以服务区域“新业态、绿色经济”发展和“双碳”为目标，分析区域内可调节灵活资源特性、风光资源、综合资源与柔性负荷调节潜力，提出系统配合发展策略，结合区域经济发展和资源情况提出零碳发展前景规划。

为全面适应以新能源为主体新型电力系统，构建新市场+新框架，在政府相关监管机构及市场管理委员的管控下发电企业、交易机构、电网企业、售电主体、电力用户互相协同。发电企业建立多能互补电源结构，以风电、太阳能、水电、火电、核电、储能（电化学储能、抽水蓄能为主）。由于风力发电和光发电系统输出功率在时间和空间上的互补，考虑区域能源调度需求，系统介入储能电站，可以缓解区域能源供应不平衡矛盾，在碳达峰、碳中和的目标引领下，加快电力系统低碳转型是实现低碳发展的关键。基于此背景，因此实现综合智慧能源及源网荷储协同发展，支撑区域电网安全。