“新能源+”：实现综合智慧能源的有效途径——国家电投的绿色实践

文 | 徐树彪 吴金华 胡璇 王钊

“新能源+”作为“碳达峰、碳中和”这一历史阶段的新赛道，既是下一轮资源开发的焦点，也是能源企业差异化竞争的关键。

碳达峰碳中和目标的确立，要求发展建立在高效利用资源、严格保护生态环境、有效控制温室气体排放的基础上，为经济社会发展注入新的绿色动能，对各行各业均产生重大而深远的影响。当前，能源消费排放的二氧化碳占我国排放总量近90%，占温室气体净排放量近80%。能源行业的发展理念、产业格局及项目实践势必面临绿色转型。

近年来，国家电投集团全面贯彻“四个革命、一个合作”能源安全新战略，大力推进“2035一流战略”落地，以综合智慧能源为代表的“三新”产业取得长足发展，随之涌现出一批以风力、太阳能发电为主的“新能源+”典型实践。从中或可管窥能源行业在双碳目标引领下的未来发展。

“新能源+”是指风力、太阳能发电为主的新型能源，以先进技术突破和体制机制创新为支撑，与火电、水电等传统能源高效互补，与“农、林、牧、渔”、“工业、交通、建筑”、“生态、环保、旅游、扶贫”等多产业高度融合，打造“源网荷储”一体化、“风光水火（储）”一体化，实现电源侧、电网侧、负荷侧资源高度整合，提高能源利用效率，向终端用户提供洁低碳安全高效的综合能源服务。从现阶段的实践来看，“新能源+”包含多种类型，从发电端、用户端以及公共领域发挥新能源的突出价值。“新能源+”是实现综合智慧能源的有效途径，将有力推进绿色低碳发展。

一、“新能源+”从发电端优化新能源供给

（一）“新能源+”多能互补

这类“新能源+”致力于构建电网友好型清洁能源发电系统，通过新能源+火/水电等传统能源+电网（局域网或微网）的模式，实现多种能源综合利用，高效互补，使新能源出力曲线更为平滑、稳定，电能质量更加友好、优质、安全。

案例一：青海龙羊峡“水光互补”示范项目。青海龙羊峡光伏电站位于龙羊峡水电站水库左岸，直线距离约36公里，装机容量85万千瓦，于2015年6月并网发电。龙羊峡水电站安装4台32万千瓦的水轮发电机组，总装机容量128万千瓦，库容247亿立方米，调节库容193.5亿立方米，是调节性能优良的多年调节水库。光伏电站以330千伏电压等级输电线路送至龙羊峡水电站，通过水电调节后送入电网。

龙羊峡“水光互补”模式，开创了传统能源与新能源协调运行的先河，填补了国内大规模水光互补关键技术的空白，达到国际领先水平。通过充分发挥“互补”作用，水、光发电效益均得到不同程度的增强。一方面，水轮机组的快速调节，弥补了太阳能发电间歇性、波动性和随机性较大的缺陷，提高了电能质量，大幅降低了弃光率（2020年弃光率2.27%，低于青海平均水平5.77个百分点）。另一方面，龙羊峡水电站送出线路年利用小时由原来的4621小时提高到5019小时。大量实验数据证明，接入太阳能发电后，龙羊峡水电站的调峰调频性能不仅没有削弱，反而进一步加强。

项目环境效益十分显著。龙羊峡水光互补光伏电站年发电14.94亿千瓦时，相当于每年节约标准煤18.36万吨，减少二氧化碳排放约48.09万吨，二氧化硫1560.56吨，氮氧化合物排放1358.34吨。

（二）“新能源+”调相机

这类“新能源+”立足于大型多能互补清洁能源基地，通常布局在具备或规划有电力外送通道的新能源资源密集型地区，新能源+支撑电源（调节电源）+储能+调相机（无功、转动惯量补偿）+特高压输电线路的模式，实现大规模、远距离、跨省域清洁能源输电通道安全、可靠运行，构建清洁低碳能源网架。

案例二：青海-河南±800kV特高压直流输电工程（青豫直流）。“青豫直流”工程是世界首条远距离、100%输送清洁能源的特高压输电通道。线路全长1563公里，最大输送容量800万千瓦。

青海海南州“多能互补”清洁能源基地作为“青豫直流”配套电源工程的主力电源，规划装机规模646万千瓦，其中水电146万千瓦、风电200万千瓦、光伏 300万千瓦，配套204MWh储能系统，形成全球规模最大的“水、风、光、储”一体化多能互补产业集群。为满足大规模、远距离输电通道系统的安全性、可靠性，分别在青豫直流电网侧换流站配置了4台300Mvar大型调相机，在电源侧5个330kV汇集站配置了21台50Mvar分布式调相机，避免了新能源场站近区暂态过电压、稳态过电压可能引发的大规模连锁脱网风险。1台50Mvar分布式调相机对应30万千瓦清洁能源输送空间，21台分布式调相机使青豫直流输电通道送出容量由180万千瓦时提高到600万千瓦时，实现了远距离、大规模输送清洁能源的技术突破，促进青海乃至整个西北地区新能源与西南水电实现更大范围内的水、风、光互补，缓解东中部地区能源供需矛盾等问题，有力推进能源绿色转型升级，成为青海清洁能源示范省建设的重要“能源地标”。

（三）“新能源+”储能

这类“新能源+”配套建设储能系统，在电网限电时将新能源弃风、弃光电量储存起来，在负荷高峰期放电，降低电网弃电损失，实现削峰填谷。同时根据调度需求，可提供辅助调峰调频服务，解决新能源发电随机性、波动性、间歇性缺陷，提高新能源电能输出质量。

案例三：青海海南州塔拉滩一标段配套储能光伏电站。海南州塔拉滩一标段光伏电站，光伏装机规模100万千瓦，交流侧储能系统容量202.23MW/202.23MWh，储能电池采用磷酸铁锂电池，按照“分布式就地安装-就地控制方式”与光伏逆变器交流侧并列接入子方阵升压变低压侧，同时在子方阵内设置光伏/储能能量管理控制（EMS）系统。

储能系统可吸收光伏中午大发期间的限发电量，在光伏出力下降、负荷侧高峰期间可再提供202.23MWh电量，有效解决光伏电站弃光限电、削峰填谷，又可以起到平滑功率曲线、延长送电时段、跟踪调度出力、调峰调频作用，提升电站直流侧利用小时数，同时配合光功率预测系统，在储能能量管理控制（EMS）系统自动功率控制的模式下，电站整体出力按照调度要求的出力能力运行，提高了电能输出质量，满足电网安全、稳定运行要求。

（四）“新能源+”数字化

这类“新能源+”利用信息化、数字化、智能化等手段，实现新能源场站在线监测、故障预警、运行状态检修、风光功率高精度预测等高级应用，提高设备可利用率，降低非故障停机，打造无故障风场、无故障光伏电站；与火电、水电等传统能源调峰调频联动，提高电网运行可靠性。

案例四：哈密南-郑州±800千伏特高压直流工程（哈郑直流）。“哈郑直流”2014年投运，是首个“疆电外送” 特高压直流输电工程，送出通道容量800万千瓦，线路全长2210公里，承担着新疆火电、风电打捆外送的重要任务。

由于送端与750kV交流电网以及配套火电、风电、光伏发电系统耦合特性十分复杂，安全稳定运行要求极高，为此项目提出并实施了数字化控制策略。各新能源场站积极推动大数据、云计算等信息化、数字化技术融入新能源生产管理，通过“智能模块+无线传输技术+远程集中监控平台”等方式对设备的实时数据、电量数据、历史运行数据进行深度清洗和分析，建立故障预警分析模型；应用无人机智能巡检、汇流箱智能监控、风光功率预测、光伏组件清扫机器人等技术，加强缺陷排查，提高巡检效率和精度，实现设备故障快速精准定位，提高消缺效率，推动故障后维护向主动预测性维护转变；通过大数据分析、远程集控、精细化对标等手段，开展风、光功率曲线预测、逆变器、汇流箱和子阵各支路等主要参数对比，最大限度提高提升设备可靠性指标和运行健康状态，满足电网公司对风光功率预测、机组功率曲线等两个细则考核要求。如：2019年，新疆哈密三塘湖二期风电场完成风机机组高电压穿越能力改造、快速频率响应功能改造，风机平均可利用率达到99.89%。随着新能源产业数字化、智能化水平不断提升以及超短期风、光功率预测精度达到分钟级，必将进一步缓解传统电源、支撑电源的调节压力，实现哈郑直流800万千瓦设计出力。

二、“新能源+”从用户端拉动新能源消纳

（一）“新能源+”源网荷储一体化

这类“新能源+”通常服务于大工业用户，利用增量配电网、直售电等政策，打造新能源+支撑电源（调节电源）+储能+电网（微网/局域网）+用户+能源管理网“三网融合”模式，构建“源网荷储”一体化，为高耗能产业园区提供“节能、降碳”解决方案，打造重工业绿色清洁发展产业链。

案例五：内蒙古霍林河循环经济示范项目。该项目是世界首个风-火-铝联合运行的源、网、荷一体化示范项目，也是国内首个实现电解铝绿色生产、清洁能源就地消纳的典型项目。项目在原有78万吨电解铝及配套120万千瓦火电机组的基础上，通过上大压小，关停2台5万千瓦火电机组，新建2台35万千瓦火电机组、40万千瓦风力发电机组及配套局域电网及监控指挥中心。2014年40万风电投产，成为国内首个不需要国家补贴，平价上网的风电项目。通过生产运营监控中心实现对局域电网内发、输、配联动，形成“煤、电、铝”循环经济产业链。项目建成后，最大限度提升了新能源和传统能源的消纳空间，风机等效利用小数达到3500小时，远远高于本地区风电场平均值，处于全国领先水平；火电机组年综合利用小时数达到7000余小时，大幅提升了设备可利用率。

该项目为用户创造了非常可观的经济效益。项目依托当地资源优势，打造电价洼地。一方面以火电加清洁能源发电炼铝，以铝带电，下游延伸到铝加工产业，实现了多种综合能源利用效率最大化；另一方面输电半径较小，220kV输电线路线损率仅0.7%，远低于电网标准，运行指标大幅优化。

项目环境效益同样十分显著。项目每年可减少燃煤消耗约70万吨，减排二氧化碳70余万吨、二氧化硫120吨、氮氧化物1000多吨。目前电解铝绿色生产占比达到12.8%，截至2021年底可进一步提升至20%左右，成为高耗能产业园绿色生产的典范。同时项目变废为宝，年消耗约1000万吨低热值的劣质褐煤发电，解决了劣质煤炭外销滞销、露天堆放的环境污染和自燃隐患。热电联产承担着市区以及工业园区630多万平方米供热，替代了60多座小锅炉，解决了散烧煤分散供热的环境污染问题。

（二）“新能源+”美丽乡村

这类“新能源+”项目通常依托县域市场、美丽乡村，利用乡村闲置屋面、大棚、鱼塘、荒地等，开发“自发自用、余电上网”的分布式能源，开启乡村振兴新道路，为美丽乡村赋能清洁绿色发展属性。

案例六：安徽小岗村美丽乡村。该项目第一阶段于2021年上半年整体建成，涵盖核心功能区、农业产业园区、农业科技园区三部分的综合智慧能源改造，依托小岗村现有资源，基于“环保、低碳、节能、生态”规划理念，规划建设8MW农光、3MW水面光伏发电系统、充电桩系统、光伏车棚、智慧路灯智慧座椅、地源热泵供冷供热系统满足小岗村民生、公共设施服务的需求。同时将“天枢一号”综合智慧能源管控与服务平台，融入小岗村政务、民生等重点领域中，全方位促进乡村振兴。项目建成后，每年可提供清洁电能1187万千瓦时，超出村域内现有用电量10%，可实现小岗村区域内零碳排放；实现农作物秸秆利用率100%，污水垃圾粪便等无害化处理率100%，清洁供冷供暖率100%。参照该模式，在拥有广袤土地资源但人均用电量偏低的农村，通过“千乡万村驭风行动”和“千家万户沐光行动”等美丽乡村能源发展，可不断提升农村区域人均用电水平和用电可靠性，促进当地丰富的风光资源开发和消纳。

（三）“新能源+”智慧园区

这类“新能源+”主要为工业园区、科技园区、商业区等独立用能系统提供智慧能源解决方案，利用“分布式清洁能源+储能+区域微网+用户+能量管理系统”模式，为园区客户提供电、热、冷、汽、水、压缩空气、氢气等能源需求，实现园区用能系统清洁替代、高效互补、节能降耗，助力打造“低碳”、“零碳”、“负碳”智慧园区。

案例七：宁东可再生能源制氢示范项目。宁东可再生能源制氢示范项目位于宁东能源化工基地核心区，项目一期建设1000Nm3/h制氢站和配套10MW的光伏电站，白天主要采用项目光伏发电制氢，晚间利用谷电制氢，光伏发电量优先用于项目制氢，余电由园区宁东铝业项目有偿消纳；在谷电及光伏发电量不能满足制氢需求时，宁东铝业项目补充供电。光伏制氢为可再生能源利用开创了新的模式，一方面光伏制氢实现能源就地转换、就地供应，减少了电力输配方面的投资，有效降低制氢成本；另一方面通过风光互补制氢系统关键技术研究，为后期打造高效率、高可靠性的大规模风光耦合制-储-输-用氢综合系统进一步夯实基础。2021年项目建成投产，有效降低了制氢成本，并利用余电为周边企业提供电力保障，具有良好的环境效益和社会效益。

（四）“新能源+”建筑一体化

这类“新能源+”项目以高耗能建筑物节能为出发点，利用BIPV技术、玻璃幕墙技术，促进新能源产业与绿色建筑深度融合，在医院、学校、商场等建筑应用，不仅可减轻用户的用电成本，同时也拓宽了新能源发电在城市发展的空间，更提高了国土资源的综合利用效率，成为传统建筑行业转型升级、节能降耗的新思路。

案例八：金融街“智慧楼宇”。位于金融街的国家电投集团资本控股大楼创造性地将光伏玻璃幕墙技术应用到节能降耗领域，成为金融街南端的标志性智慧能源示范工程，平均年发电12.69万千瓦时，能够满足1000个家庭的年用电。在发电的同时，室内太阳辐射减少60%，平均室温降低5-8摄氏度，每年节约能耗71万千瓦时，一举实现了集光伏发电、降温降耗、节能减排、减少光污染于一体的多重效果。

（五）“新能源+”清洁供暖

这类“新能源+”项目实现了清洁能源梯次利用，如供暖、供冷、储能、制氢等，进一步拓展了绿色能源的消费途径，具有环境友好、电网友好、高效利用、就地消纳等特点，能够满足多元化产业、多元化用户的用能需求。

案例九：山西灵丘“风电供暖”。灵丘40万千瓦风电供暖示范项目是全国最大的风电供暖示范项目，满足灵丘县近期22.5万平方米、远期80万平方米的供热需求，将使灵丘县易地扶贫搬迁的5513人直接受益。风电清洁供暖对提高北方风能资源丰富地区消纳风电能力，缓解北方地区冬季供暖期电力负荷低谷时段风电并网运行困难，促进城镇能源利用清洁化，减少化石能源低效燃烧带来的环境污染，改善北方地区冬季大气环境质量意义重大。风电供暖的积极意义主要体现在储能、调峰及减排三个方面。

三、“新能源+”从公共领域催生社会效益

这类“新能源+”项目通常依托于“农、林、牧、渔”等不同产业，衍生出“环境治理、土壤修复、景观、旅游、扶贫”等不同应用场景和功能需求，通过跨界融合和商业模式创新，进一步拓展了绿色能源的消费途径。在提高清洁能源消费比重的同时，为产业“双碳”目标绿色赋能，产生“1+1＞2”的多重社会效应和经济效应。

（一）“新能源+”生态修复

案例十：内蒙古磴口“光伏治沙”。该项目在全国率先提出“光伏治沙、恢复生态”的绿色发展理念，把发展光伏和沙漠治理、节水农业相结合，在电站外围构筑防护林体系，场区内种植绿色经济作物，首创性地在光伏板增设滴管设备等，使内蒙古磴口县植被覆盖率由8%提高到77%。同时引领多家企业入驻乌兰布和沙漠工业园区，建成光伏智慧治黄治沙生态系统，成为集光伏发电、现代牧业、沙草产业、生态旅游为一体的生态产业示范基地，让沙漠变宝地，实现经济、生态双赢。目前，磴口乌兰布和沙漠百万级光伏治沙基地已列入国家“十四五”规划，总建设规模300万千瓦，改造沙地9万亩。建成后，将成为全国规模最大的光伏治沙基地。

（二）“新能源+”环境治理

案例十一：安徽淮南40MW“水上电站”。该项目利用两淮采煤沉陷区水面，建设国内最大漂浮式光伏项目，将昔日的“采煤沉降区”变成今天的“水上发电站”。该项目同时也是水面光伏设备可靠性、性能对比、浮台承载能力和使用寿命等课题研究的试验基地。与传统光伏电站相比，漂浮式光伏电站将光伏发电组件安装在水面漂浮体上，具有不占用土地资源、减少水量蒸发、抑制藻类生长的优势，同时水体对光伏组件及电缆的冷却也可有效提高发电效率。目前该项目已成为当地一道靓丽的旅游景点，拉动当地第三产业发展，具有良好的经济效益、生态效益和社会效益，为两淮采煤沉陷区国家先进技术光伏示范基地建设积累了重要经验。

案例十二：云南昆明“智能蓄灌”。云南昆明东川“光伏+生态恢复”示范项目针对昆明东川“一山分四季、十里不同天”的典型气候，建设“光伏+水窖+智能蓄灌+土壤涵养修复”样板示范区，将能源生产、土地利用、生态治理融为一体。在雨季，通过光伏板、边坡和排水沟收集雨水并汇集至集水窖；在旱季，利用光伏发电将集水窖过滤后的雨水进行滴灌，保障植被生长，改善水土流失，恢复生态环境，具备显著的社会效益、环境效益以及示范作用。东川“光伏+生态恢复”示范项目是落实云南省政府“8+3”基地项目，开创性建立了清洁能源+雨水循环利用的新模式，助力云南打造世界一流“绿色能源牌”，建设“中国最美丽省份”。

（三）“新能源+”产业融合

案例十三：江西乐平“农业基地”。江西乐平农光互补项目，总装机70MW，占地约2400亩。该项目整片光伏支架连成桁架结构，高度2.8米以上，为大型农机作业提供充裕的空间，不影响农业种植。组件下的阳光辐照度经专家测试，阳光辐照度更符合农作物生长。通过与农业发展专业公司开展合作，对土地开展空间利用，充分发挥土地价值，结合农业、生态休闲等开发，激发新活力、体现新价值。

案例十四：青海共和“草原牧场”。干旱少雨、风蚀严重、超载放牧、蒸发量大是造成草场退化的主要原因，国家电投在开发光伏电站的同时创造性地引入“牧光互补”理念，在青海共和园区光伏电站种植牧草，不仅起到了防风固沙的作用，而且降低了土壤蒸发量，促进荒漠化、半荒漠化土地、退化草场植被恢复，在此基础上发展生态农牧业，与当地牧民养殖了2000多头“光伏羊”，使茫茫戈壁变为草原牧场，改善了当地人民的生活环境，形成一条具有鲜明特色的光伏+生态修复+牧业养殖的绿色发展之路。

案例十五：江苏建湖“养殖基地”。江苏建湖渔光互补项目开发了“上可发电、下可养鱼”的光伏电站，形成了良好的日照、通风、降温环境，提高了发电效率，改变了过去一家一户一塘养殖经营模式，实现规模化养殖，改变了传统的养殖品种和养殖技术，为鱼类生长提供了适应的温度，养殖附加值成倍增加，形成光伏发电与渔业、旅游业的高度融合，实现了“既要金山银山，又要绿水青山”的人与自然的和谐发展。

案例十六：内蒙古达拉特光伏“骏马”。国家电投达拉特旗4号项目又称“骏马”光伏电站，采用196320块光伏组件组成骏马图形，建设容量20万千瓦，占地面积2100亩，成为吉尼斯世界纪录认证的全球最大光伏板图形。以光伏+沙漠治理+生态修复+农林+旅游的“林光互补”模式建设，有效减少了地表水分蒸发量，减弱地表风速，达到了防风固沙、防治水土流失的作用；与当地食品和药材加工企业形成产业链，在光伏支架区种植适宜生长的矮化红枣、中草药黄芪，实现了荒漠化土地的综合利用，形成观光、采摘、体验、休闲等新的沙漠旅游特色，充分带动了周边农牧民就业和增收，实现了第一、二、三产业的深度融合以及经济效益、社会效益、生态效益共赢。

在碳达峰碳中和目标的引领下，能源行业正在发生革命性的变化。“新能源+”作为这一历史阶段的新赛道，既是下一轮资源开发的焦点，也是能源企业差异化竞争的关键。上述典型案例仅仅是这一新兴业态的“小荷尖角”，其未来发展将进一步诠释出超越行业壁垒、超越传统模式、超越体制局限的崭新实践，并展现出巨大的价值潜力。