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2016年中国能源互联网行业发展趋势

日期:2016-01-06   作者:帷幄咨询   阅读次数:3449

 能源互联网是互联网技术、能源技术与现代电力系统的结合,是信息技术与能源电力技术融合发展的必然趋势。因此如果以开放、互联、对等、分享的原则对电力系统网络进行重构,可以提高电网安全性和电力生产的效率,使得能源互联网内可以跟互联网一样信息分享无比便捷。

    一、能源行业面临巨大挑战

    对于传统电力系统来说,最大的挑战是对于柔性的迫切需求。在发电端,随着成本快速下降和各国相关政策强力支持,包括风电和光伏在内新能源装机正在全球迅速增加。这些新能源装机既包括大规模集中式发电,比如我国西北的风电基地,也包括小规模的分布式发电,比如沿海地区的屋顶光伏电站,而且,这些新能源所发电力,大部分仍将是并网应用,但是伴随着新能源规模的快速扩张,由于布局不合理、输配电设施建设滞后等原因,导致新能源发展出现了“并网难”、设备利用小时低、能源浪费、安全事故频发等问题。

    风电的问题尤其严重,我国北方风电集中开发地区大都遭遇较严重的弃风限电问题,据统计,2014 年上半年全国风电场等效利用小时数仅为 976 小时,相比去年同比减少约 83 小时,东北一些地区冬季弃风限电比例接近 40%,直接经济损失达近百亿元。太阳能随着规模的上升,也出现了因无法并网而不得不“弃光”的苗头,在甘肃的一些电站,限电率甚至高达 50%,造成清洁能源的大量浪费。鉴于此,如何在不影响电网安全的情况下,将这些波动性很强的新能源电力尽可能多的并网,成为了目前各国电力系统面对的最大挑战。与此同时,出力调节困难的火电和核电,却正在日益大型化,单体装机的规模越来越大,变的更加难以调节。

2014 年 6000 千瓦及以上风电场发电设备平均利用小时、同比增减小时数

地区
利用小时数
增减
地区
利用小时数
增减
地区
利用小时数
增减
全国
1905
-120
贵州
1614
19
海南
1477
-492
北京
1742
-358
上海
2015
-405
青海
1723
-535
天津
2350
-108
江苏
2064
162
广西
1810
-209
河北
1926
-126
浙江
2202
-82
甘肃
1596
-210
山西
1929
-328
安徽
1665
-165
湖南
1717
-166
内蒙古
1991
-123
福建
2530
-215
西藏
1333
1333
辽宁
1715
-209
江西
1873
-305
湖北
2032
-156
吉林
1501
-152
山东
1782
-226
云南
2363
7
黑龙江
1799
-131
河南
2056
-256
新疆
2094
-58

数据来源:国家能源局,中国产业信息网整理

    在“互联网+”时代,消费者对于能源电力行业提出了更多样的服务和信息需求。随着智能技术的发展,随时可以查询用电量、电价、碳排放量等基础数据已经成为了新一代消费者的基本需求,而通过移动互联网实时控制用电器和屋顶的光伏系统也成为了现实。因此,整个电力生产-消费链条将产生比过去多得多的数据。如何驱动电力公司信息技术平台和业务应用的升级改造,扩展电网对数据的传输、容纳和处理能力,如何提升电力公司在数据资源价值挖掘的整体水平,促进业务管理向着更精细、协同、敏捷、高效的方向发展,如何利用这些数据为用户和企业产生正的价值,都是电力系统目前正在面临的挑战。

中国居民消费者电力消费信息获取途径

    随着社会经济的发展,社会经济生活对于电力的需求越来越大,电力供应矛盾愈加突出。企业和居民的耗电量在一天 24小时内变化很大,一般而言,夜晚,尤其是深夜耗电量要远小于白天,人们将对电力需求最旺盛的时间称为“高峰”时间,其余则为“非高峰”时间。如果电能像一般商品那样保存起来,那么高峰和非高峰时间内的供电边际成本不会有差别。然而,电力是一种特殊商品,难以储存或储存的成本高,属于一种即时生产、即时消费的商品。为了应付一天中的高峰需求,发电厂必须按高峰时间的需求来设计生产规模或供电能力,而其中一部分设备在非高峰时间内是停转闲置的。因而,高峰时间供电的边际成本较高,因为所有设备都投入满负荷的运行;而非高峰时间的边际成本较低,因为只有最高效的发电机组在运转。虽然目前电力公司采用峰谷分时电价调节峰谷需求,但是,毕竟消费者长期形成的用电习惯改变需要一定的时间。并且,政府历来采取向民用电倾斜的供电政策,这将进一步增大调整的难度,而通过能源互联网,综合采用各种经济杠杆和技术手段,可以有效平缓电力波峰波谷。

    二、能源四大革命

    2014 年 6 月,中共中央总书记、中央财经领导小组组长习近平主持召开中央财经领导小组第六次会议,研究中国能源安全战略,首次提出能源革命概念,将能源生产、供给、技术和体制革命一起提升至国家长期战略的高度,显示中央的动作和决心很大,其背后有着推动中国发展模式转变的深切意涵。

    能源革命四大方向

    1、能源消费革命

    抑制不合理能源消费。坚决控制能源消费总量,坚定调整产业结构,高度重视城镇化节能,加快形成能源节约型社会。实行能源消费总量控制是未来重要能源战略。能源消费革命的宏观目标是以较少的能源消费支撑经济社会较快发展,并推行“双控”措施。按照规划,到 2020 年,一次能源消费总量控制在 48亿吨标准煤左右,煤炭消费总量控制在 42亿吨左右。

    在我国当前的能源生产和消费结构中,能源消费总量控制的关键是控制煤炭。2014 年我国一次能源消费总量是 42.6亿吨标煤,2020 年控制在 48亿吨标煤左右,测算显示年均复合增长率为 2.4%;2014 年我国煤炭消费总量是 35.1 亿吨,在 2020年控制在 42亿吨左右,年均复合增长率为 3.65%。未来,在雾霾治理的迫切需求下,控制以化石能源为主的能源消费已成为全社会共识。节能政策的推出和严格执行,有助于产业结构由低附加值、高能耗高排放行业向高附加值、低能耗低排放行业升级,并在产业升级中形成新的经济增长点。转型的经济增长方式将加速向内涵式增长转变。

    倡导节能消费并非抑制消费,满足普遍能源需求仍是能源政策的重要目标,关键是如何降低消费的能耗。如,通过技术进步、安全和人性化的汽车设计提高燃油经济性,开发替代燃料汽车等。消费方面的节能技术会提供更多的节能选择和更大的节能空间,这类技术的进步及其商业化运用,将极大促进节能消费模式的形成。

    相关报告:中国产业信息网发布的《2015-2022年北京能源市场现状调研与投资前景研究报告》

2010-2050中国一次能源消费展望

2010-2050中国煤炭消耗分部门情况展望(单位:百万吨标准煤)

    2、能源供给革命

    建立多元供应体系。从国内角度看,立足国内多元供应保安全,大力推进煤炭清洁高效利用,着力发展非煤能源,形成煤、油、气、核、新能源、可再生能源多轮驱动的能源供应体系,同步加强能源输配网络和储备设施建设。从国际角度看,主要是加强能源交流,形成多元供应,保证能源安全,同时促进能源消费结构转变。 
我国大量的能源消费和以煤为主的能源结构是造成近年来全国大面积雾霾天气的主要原因。有效治理雾霾需要减少煤炭消费,但充足的能源供应又是保障我国经济增长的重要因素。因此,减少煤炭消费必须解决好替代能源问题。我国石油对外依存已接近 60%且石油价格昂贵,因此不会用石油进行替代;可能大规模替代煤炭的核电则由于建设期较长,需要尽快定位和规划;风电、太阳能及其他可再生能源占一次能源比例很小,有大幅度增长空间。天然气作为清洁能源,也是短中期可能替代煤炭的重要选项之一。

2050 年光伏发展布局预测

2050 年风电发展布局预测

    3、能源技术革命

    能源生产和消费革命离不开技术革命的支撑。带动产业升级。立足国情,紧跟国际能源技术革命新趋势,以绿色低碳为方向,分类推动技术创新、产业创新、商业模式创新,并同其他领域高新技术紧密结合,把能源技术及其关联产业培育成带动我国产业升级的新增长点。能源技术革命包括供给和消费两方面。供给方面的技术革命有较多内容,如页岩气、海洋油气资源开发、特高压输电、核电建设等。能源技术改革发展较快的还包括分布式能源、能源互联网等领域的创新。

    能源技术领域的革命将同时影响能源供给和需求。从经济学上讲,供给方面的技术革命是需求推动的。如,在东部雾霾治理背景下,为满足东部能源需求,尤其是电力需求,需要可再生能源和西部电力支持,因而发展可再生能源和特高压输电是较好的选择。消费方面的技术支持内涵和外延更宽泛一些。如,新能源汽车的技术进步推动燃料汽车替代等。消费方面的技术进步不仅对能源本身有重要影响,而且会促进产业结构的优化和升级,从而加强技术进步的动力。
"互联网+"重塑清洁能源技术体系

4、能源体制革命 
能源领域最需要革命的是能源管理体制,这可以作为判断能源革命成功与否的标志,能源体制革命打通能源发展快车道。坚定不移推进改革,还原能源商品属性,构建有效竞争的市场结构和市场体系,形成主要由市场决定能源价格的机制,转变政府对能源的监管方式,建立健全能源法治体系。长期以来,我国在能源管理上是计划经济思维,以项目审批为主。目前看来,能源管理体制是经济体制改革中最大的短板,被视为计划经济最后的“堡垒”。 
其中,两个最大的问题是国企垄断和所谓的价格“管制”。当前,能源行业整体国有化程度约为 86%,而且这个比例不断增大。此外,我国对能源价格,如电价、天然气价格等实行“管制”价格,市场在资源配置中的作用得不到有效发挥。

电改前电力体制面临的困难

油气体制改革开放方向

    三、中国能源互联网市场概况

    2014 年 7 月,电气与电子工程师学会电力与能源协会 2014 年会在美国华盛顿举行,国家电网公司董事长刘振亚在会上发表署名文章“构建全球能源互联网,服务人类社会可持续发展”,正式提出了构建全球能源互联网的畅想。全球能源互联网由跨洲、跨国骨干网架和各国各电压等级电网(输电网、配电网)构成,连接“一极一道”(北极、赤道)大型能源基地,适应各种集中式、分布式电源,能够将风能、太阳能、海洋能等可再生能源输送到各类用户,是服务范围广、配置能力强、安全可靠性高、绿色低碳的全球能源配置平台,具有网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动的特征。

    1、开发“一极一道”等大型能源基地

    北极地区风能资源丰富,平均风能密度超过 400瓦/平方米,风电技术可开发量超过 80万亿千瓦时/年。赤道带是世界太阳能资源最富集的地区, 综合考虑太阳能辐射量及地形地貌等因素,估算北非、中东地区、澳大利亚、南美中北部地区的年技术可开发量分别达到 27万亿、9万亿、15万亿和 5万亿千瓦时。全球水能资源年技术可开发量为 16万亿千瓦时。我国清洁能源资源丰富,水电可开发资源 6 亿千瓦,风能、太阳能可开发资源分别为 25亿、27亿千瓦。 随着可再生能源发电技术和储能技术的突破,以“一极一道”大型能源基地为重点,优化开发各大洲风电,太阳能发电以及主要流域水电,近海地区海洋能和各地分布式电源,清洁能源完全能满足未来全球能源需求。

全球能源互联网架构

数据来源:国家电网,中国产业信息网整理

2、构建全球特高压骨干网架

    建设跨洲特高压骨干通道:形成连接“一极一道”大型能源基地与亚洲、欧洲、非洲、北美、南美的全球能源系统,实施清洁能源跨洲配置;建设洲内跨国特高压线路, 适应洲内国家之间大容量,远距离输电或功率交换需求,提高洲内电网互济能力;建设国家级特高压电网,根据各国资源禀赋和需要,形成特高压交流骨干网架和连接国内大型能源基地与主要负荷中心的特高压直流输电通道。

全球能源互联网:北极圈能源基地

    3、推动智能电网广泛应用

    智能电网对风电,太阳能发电, 海洋能发电等间歇式电源以及其它分布式电源具有很强的适应性, 能够保障各类能源的友好接入和各种用能设备即接即用;能够与互联网、物联网、智能移动终端等相互融合,满足用户多样化需求。 将智能电网建设与可再生能源发展,战略性新兴产业发展,互联网和物联网建设结合起来,服务智能家居,智能社区,智能交通,智慧城市发展。

全球能源互联网:全球能源互联网联盟(国网倡议)

    4、强化能源与电力技术创新

    重大技术突破将大幅提高能源供应的安全性、经济性,破解能源发展瓶颈,带来发展格局和发展道路的重大变化。全球能源互联网发展进程很大程度上取决于重大技术突破。这主要包括清洁发电和用电技术:大容量和高参数风机、高效率光能转换、大规模海洋能发电、可再生能源大规模开发及联合调控、高效电能替代等;特高压和智能电网技术:特高压交直流及海底电缆、大容量柔性交直流输电、高压直流断路器、气体、固体绝缘管道输电、高温超导输电、新一代智能变电站等;先进储能技术:大规模储能电池制造和大容量成组、电化学储能、飞轮储能、超导储能、超级电容器储能等;电网控制技术:特大型交直流电网运行控制、大系统仿真计算、分布式发电协调控制、微电网集群控制、电力信息海量数据采集与处理等。

    四、全球能源互联网构建路线图

    构建全球能源互联网包括洲内联网,洲际联网和全球互联。 从现在到 2030 年,推动形成共识和框架方案,启动大型能源基地建设,加强洲内联网;2030~2040 年,推动各洲主要国家电网实现互联,“一极一道”等大型能源基地开发和跨洲联网取得重要进展;2040~2050 年, 形成全球互联格局,基本建成全球能源互联网,逐步实现清洁能源占主导的目标。届时,将建设北极风电基地,通过特高压交直流向亚洲,北美,欧洲送电,实现这三大洲电网互联;建设北非,中东太阳能发电基地,通过特高压交直流向北送电欧洲,向东送电亚洲,实现非洲,欧洲,亚洲电网互联,建设南美赤道附近地区,大洋洲太阳能发电基地,分别实现北美与南美,亚洲与大洋洲联网和输电;同时加快开发各大洲集中式和分布式电源, 实现各洲内跨国联网和输电,总体形成承载世界清洁能源高效开发,配置和利用的全球能源互联网。

全球能源互联网路线图

    五、能源互联网目的

    1、保证分布式可再生电源和电动汽车的大规模接入和有效利用

    能源互联网具有高度集成特性,这种集成特性使得其能够将各类型分布式发电设备,储能设备和负载设备组成的微型能源网络互联起来,实现上述设备的“即插即发、即插即储、即插即用”以及无差别对等互联。同时,能源互联网极强的系统自愈性,使得其能够利用先进的能量智能管理设备实施自动故障检测,对网络中突发事件做出反应,隔离电网中存在的故障器件或者局部网络,实现网络的快速重构,以及各个微型能源网络孤岛与并网运行状态的平滑切换,保证系统内正常的能源电力供应。上述两个特性,使得能源互联网具有高度的网络开放程度,能够接纳各类分布式可再生电源以及电动汽车的柔性接入。

    2、提高需求侧管理精细化和用户用电个性化水平

    随着可再生能源、分布式电源以及电动汽车的大规模接入,使得电力系统呈现出较强的双侧随机性。能源互联网所构建的高效信息交互系统,保证了能源互联网端对端的能源电力信息流共享以及对整个系统的效率优化和安全调度。需求侧资源是未来电力系统以及能源互联网中重要的可调控资源,其调控潜力大、成本低的特点,使得需求侧可控资源能够作为平抑可再生能源间歇性和分布式电源故障情况下维持系统功率平衡的一种有效手段。基于高度信息化的基础设施,以及大数据分析技术,售电企业能够针对不同电力消费群体的用能习惯进行分析,来制定针对不同消费群体的个性化用电服务模式,同时用户也将有更多的用电模式选择。

    3、推动广域内电力资源的协调互补和优化配置

    未来能源互联网是分布式和集中式相结合的,高度开放式的能源系统。面对我国能源生产与消费逆向分布的格局,未来我国能源互联网的电力网络结构应该是大电网与微电网相结合的布局形式,各个区域各种形式可再生能源都能够通过能源互联网柔性接入,从而进一步推动广域内电力资源的协调互补和优化配置。依托于能源互联网,分布式电源与微电网也是优化电力资源配置的重要手段。微网凭借其灵活的运行方式、能量梯级利用、提供可定制电源等特性,能够协调控制分布式电源、储能与需求侧资源,从而保证分布式可再生能源的并网需求。

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