四川省實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源接入的發(fā)展研究

程平凡，曾成碧，苗 虹

(四川大學(xué)電氣信息學(xué)院，四川 成都 610065)

能源是現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)，沒(méi)有能源與能源技術(shù)支撐，所有的現(xiàn)代物質(zhì)文明都無(wú)法存在。伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，傳統(tǒng)化石能源的開(kāi)發(fā)利用導(dǎo)致環(huán)境惡化、氣候變暖、資源緊張等突出問(wèn)題。以風(fēng)能、太陽(yáng)能為代表的可再生能源在能源消費(fèi)總量中逐步提高，成為清潔、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)的新選擇[1-3]。四川省水電資源豐富，是我國(guó)重要的電力外送基地。此外，2018年四川省能源工作會(huì)議披露，風(fēng)電、光伏的裝機(jī)容量將穩(wěn)步提升，年內(nèi)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到5.1×106kW。因而整合省內(nèi)各類(lèi)可再生能源，優(yōu)化水、風(fēng)、光等可再生能源的開(kāi)發(fā)時(shí)序和規(guī)模，提高四川省的可再生能源使用占比具有重要意義。

因可再生能源具有間歇性的特點(diǎn)，對(duì)電力系統(tǒng)的調(diào)峰調(diào)頻能力提出更高要求[4-5]。常規(guī)能源、抽水蓄能、儲(chǔ)能系統(tǒng)啟動(dòng)次數(shù)更為頻繁，影響其經(jīng)濟(jì)壽命[6-8]。高比例的可再生能源接入電網(wǎng)，將對(duì)電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、調(diào)度運(yùn)行、保護(hù)控制、運(yùn)行維護(hù)等方面產(chǎn)生新的挑戰(zhàn)[9-12]。四川是水電資源大省，同時(shí)也有著豐富的可再生資源，這樣的資源稟賦決定了其作為我國(guó)清潔能源生產(chǎn)端的定位。要實(shí)現(xiàn)省內(nèi)高比例的可再生能源生產(chǎn)消費(fèi)占比，就需充分地利用多能源間的互補(bǔ)特性和發(fā)掘設(shè)備的潛能，著力解決強(qiáng)不均衡性、不確定性及波動(dòng)性下多元能源間優(yōu)化協(xié)調(diào)運(yùn)行問(wèn)題[13-15]，以最大限度消納可再生能源，提高電能質(zhì)量，同時(shí)保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，打造高品質(zhì)的能源輸送樞紐。

全球能源技術(shù)的發(fā)展，對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)既是嚴(yán)峻挑戰(zhàn)也是重大機(jī)遇。四川省的可再生能源分布特點(diǎn)與我國(guó)相似，通過(guò)研究提高省內(nèi)可再生能源接入的比例，也可以為全國(guó)可再生能源發(fā)電與并網(wǎng)提供一定參考。本文將根據(jù)四川省現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)組成，分析四川省發(fā)展可再生能源的重要性和必要性。通過(guò)建立交直流混聯(lián)智能電網(wǎng)的電力規(guī)劃和生產(chǎn)模型，進(jìn)行四川省高比例可再生能源發(fā)展的途徑研究，最后提出促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策建議，為四川打造為全國(guó)能源轉(zhuǎn)型升級(jí)的示范基地提供技術(shù)保障。

1 四川省能源發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

1.1 四川省能源消費(fèi)構(gòu)成

根據(jù)中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社出版的2017年四川統(tǒng)計(jì)年鑒已知，四川省在2016年的能源消費(fèi)總量為16 688.7萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤。其中煤品燃料消費(fèi)量6 946.5萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，與2015年相比，占能源消費(fèi)比重下降3.6%，減少消費(fèi)592.8萬(wàn)t，可以減少排放CO21 576.9萬(wàn)t和SO24.1萬(wàn)t。油品燃料消費(fèi)量4 515.8萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，占比為27.1%，與上年相比增幅減小。天然氣消費(fèi)量2 414.9萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，比2015年增長(zhǎng)6.2%，占比提高0.9個(gè)百分點(diǎn)，凈增140.9萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤。2016年以水電為主的一次電力消費(fèi)為5 271.7萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，比2015年增長(zhǎng)7.4%，占比提高2.0個(gè)百分點(diǎn)。總體來(lái)說(shuō)，2016年四川省非化石能源消費(fèi)占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到35.4%，高于13.3%的全國(guó)平均水平。

在電力生產(chǎn)方面，目前四川的水電裝機(jī)容量達(dá)到7 564萬(wàn)kW，居全國(guó)第一。水電、風(fēng)電、光伏發(fā)電等清潔能源發(fā)電量占比高達(dá)88%，2017年的外送電量達(dá)1 389.52億kW·h，相當(dāng)于節(jié)約5 000多萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤。

總體來(lái)看，四川省的煤品消費(fèi)無(wú)論是從總量還是所占比重已經(jīng)3年內(nèi)持續(xù)下降，除水電外的可再生能源利用不斷提高，已經(jīng)成為我國(guó)重要的清潔能源基地。

1.2 四川省能源發(fā)展趨勢(shì)

立足于建成全國(guó)優(yōu)質(zhì)清潔能源基地和國(guó)家清潔能源示范省，四川省將構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。

水電仍然是主要的開(kāi)發(fā)資源。根據(jù)規(guī)劃，全省2020年水電總裝機(jī)容量預(yù)計(jì)將達(dá)到8 301萬(wàn)kW。四川盆地還具有豐富的天然氣和頁(yè)巖氣資源，天然氣總資源量7.2萬(wàn)億m3，累計(jì)探明儲(chǔ)量3萬(wàn)億m3；頁(yè)巖氣資源量27.5萬(wàn)億m3，可開(kāi)采量4.42萬(wàn)億m3?？梢酝ㄟ^(guò)發(fā)展天然氣分布式能源、擴(kuò)大CNG汽車(chē)等方式來(lái)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。為優(yōu)化省內(nèi)的能源結(jié)構(gòu)，四川省將有序布局風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電、生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)。預(yù)計(jì)2020年，全省將建成600萬(wàn)kW的并網(wǎng)風(fēng)電。在光照資源豐富的川西地區(qū)，將建成太陽(yáng)能發(fā)電453萬(wàn)kW。生物質(zhì)能發(fā)電也將投產(chǎn)超過(guò)50萬(wàn)kW。充分利用各種資源互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，提高可再生能源的利用占比。

作為電力外送大省，加快輸送網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，可以有效地減少棄水、棄風(fēng)等現(xiàn)象。四川電網(wǎng)與外區(qū)電網(wǎng)已形成“四直四交”的聯(lián)網(wǎng)格局，但仍不滿足現(xiàn)有需要。在未來(lái)的發(fā)展中，完善優(yōu)化電力新通道將是重點(diǎn)。

2 高比例可再生能源接入電網(wǎng)設(shè)想

2.1 電力規(guī)劃方法

針對(duì)高比例可再生能源接入、交直流混聯(lián)的新型電網(wǎng)模式，需轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的根據(jù)電力需求預(yù)測(cè)來(lái)優(yōu)化電源配置的規(guī)劃方法。新的電力規(guī)劃將從廣區(qū)域、多資源、變時(shí)序出發(fā)，考慮電源的波動(dòng)性和隨機(jī)性特征，統(tǒng)一布局多區(qū)域的電源，優(yōu)化跨區(qū)域的電力輸送通道。

新的規(guī)劃方法中，需優(yōu)化的變量是調(diào)峰調(diào)頻電廠的配置以及未來(lái)電網(wǎng)擴(kuò)展的預(yù)留空間；各區(qū)域的電力需求、可再生能源利用規(guī)模、電網(wǎng)供電的經(jīng)濟(jì)特性等可作為限制條件；最終的輸出結(jié)果為各分區(qū)域電力生產(chǎn)布局、能源利用結(jié)構(gòu)占比、電網(wǎng)運(yùn)行成本、長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃方案等。具體的電力規(guī)劃方法可以用圖1表示。

圖1 高比例可再生能源接入的電力規(guī)劃方法

2.2 規(guī)劃模型分析

以“清潔低碳、安全高效”為目標(biāo)，電力規(guī)劃應(yīng)具有最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)特性。供電成本可以分為機(jī)組能耗成本、外送電力成本以及電網(wǎng)損耗三部分，以供電成本最低的目標(biāo)函數(shù)可以寫(xiě)為

P=min∑[Cr,tTr,tPc(1+γ)-yi+Ck,tTk,tPk(1+γ)-yi+PL(1+γ)-yi]

(1)

式中：r為電源所屬區(qū)域；t為電源類(lèi)型；Cr,t表示各區(qū)域電源的發(fā)電容量；Tr,t則表示電源的利用時(shí)間；Pc為單位發(fā)電成本；γ為折現(xiàn)率；yi表示與規(guī)劃初期的時(shí)間距離；Ck,t表示各區(qū)域外送電力通道的容量；Tk,t則表示外送通道的利用時(shí)間；Pk為單位電力外送成本；PL為單位電網(wǎng)損耗成本。

約束條件主要有：

1)發(fā)電資源約束

RL,r+RI,r+RE,r≥RC,r+RW,r+RR,r

(2)

式中：RL,r為本地發(fā)電資源；RI,r為外地調(diào)入本地的發(fā)電資源；RE,r為本地調(diào)出的發(fā)電資源；RC,r、RW,r、RR,r分別是發(fā)電所需使用的燃料資源、水力資源和可再生資源。

2)可再生能源約束

四川省著力打造清潔能源外送基地，高效利用可再生能源，將不斷提高可再生能源發(fā)電占比。由30%上升到60%以上。

3)環(huán)境保護(hù)約束

∑Vr,t≤Etotal

(3)

式中：ΣVr,t表示不同區(qū)域、不同類(lèi)型的電源所排放污染物的總量，主要包括CO2、SO2和NOx等氣體；Etotal則是所允許的排放總量。

2.3 經(jīng)濟(jì)特性分析

經(jīng)濟(jì)特性分析以上以小節(jié)所規(guī)劃方案為研究對(duì)象，要求系統(tǒng)運(yùn)行成本在規(guī)劃期內(nèi)最小。目標(biāo)函數(shù)為

P=∑(PF,r,t+PB,r,t+PD,r,t)

(4)

式中：r為電源所屬區(qū)域；t為電源類(lèi)型；PF,r,t、PB,r,t、PM,r,t、PD,r,t分別是燃料費(fèi)用、電網(wǎng)停電損失、電網(wǎng)維護(hù)費(fèi)用、設(shè)備折舊費(fèi)。

約束條件有：

1)電力平衡約束

PL+PS=∑Pr,t+PI,r+PE,r

(5)

式中：PL為負(fù)荷功率；PS為備用功率；∑Pr,t為各個(gè)區(qū)域不用類(lèi)型電源所發(fā)功率；PI,r、PE,r則是區(qū)域所受功率和外送功率。

2)電能傳輸通道約束

PTmin≤PI,r+PE,r≤PTmax

(6)

式中：PTmin和PTmax分別為電能傳輸通道的上下限值。

3)旋轉(zhuǎn)備用約束

(7)

(8)

式中：r為電源所屬區(qū)域；t為電源類(lèi)型；上標(biāo)up表示上調(diào)旋轉(zhuǎn)備用；down表示下調(diào)旋轉(zhuǎn)備用；Rr,t,T為T(mén)時(shí)刻電源的旋轉(zhuǎn)備用；PR,T表示T時(shí)刻系統(tǒng)所需的備用。

4)機(jī)組運(yùn)行約束

(9)

Pr,t,i-PdownR,T,i≥Pimin

(10)

|Pi,T-Pi,T-1|≤ΔPi

(11)

式中：r為電源所屬區(qū)域；t為電源類(lèi)型；up表示上調(diào)旋轉(zhuǎn)備用；down表示下調(diào)旋轉(zhuǎn)備用；Pr,t,i則是第i臺(tái)機(jī)組的發(fā)電量；PR,T,i為第i臺(tái)機(jī)組的旋轉(zhuǎn)備用；Pimax和Pimin分別是第i臺(tái)機(jī)組發(fā)電量上限和下限；Pi,T表示第i臺(tái)機(jī)組在T時(shí)刻的發(fā)電量；ΔPi即是機(jī)組i在單位時(shí)間內(nèi)負(fù)荷變化允許的最大值。

5)電網(wǎng)安全約束

-Pl,max≤∑Sk,lpk,l≤Pl,max

(12)

式中：Pl,max表示支路l的最大潮流功率；Sk,l為節(jié)點(diǎn)k注入功率對(duì)支路k潮流的靈敏系數(shù)；pk,l為節(jié)點(diǎn)k注入支路l的凈功率。

3 高比例可再生能源接入的發(fā)展戰(zhàn)略

3.1 總體發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃

要想實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源的發(fā)展，需規(guī)?；盟?、風(fēng)電、光電等新能源，綜合考慮分布式電源、儲(chǔ)能裝置、抽水蓄能水電站的地理布局，協(xié)調(diào)電網(wǎng)與負(fù)荷的發(fā)展，逐步利用新能源替代煤炭、石油的使用，完善綠色、低碳、高效的電能結(jié)構(gòu)。

根據(jù)國(guó)家、四川省的相關(guān)發(fā)展戰(zhàn)略，四川省的能源發(fā)展可分為三個(gè)階段。2020年前是實(shí)現(xiàn)能源體系轉(zhuǎn)型攻堅(jiān)的關(guān)鍵期；2030年前是實(shí)現(xiàn)能源體系轉(zhuǎn)型的攻堅(jiān)期；2050年前則是能源體系的轉(zhuǎn)型期。結(jié)合現(xiàn)有發(fā)電、儲(chǔ)能、新能源汽車(chē)等技術(shù)，不同時(shí)期的發(fā)展重點(diǎn)可以用圖2表示。

圖2所示的發(fā)展戰(zhàn)略側(cè)重于電源方面，而擴(kuò)展電力通道、建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)、設(shè)立儲(chǔ)能系統(tǒng)、推廣新能源汽車(chē)也是發(fā)展戰(zhàn)略的重要部分。

要想保障電力資源的合理調(diào)用，必須建立安全可靠、智能經(jīng)濟(jì)的輸配電網(wǎng)。加強(qiáng)建設(shè)能源輸送通道和互聯(lián)網(wǎng)，可以讓四川省的可再生能源參與全國(guó)能源消費(fèi)的一次平衡，從廣域空間中消納清潔電力。

目前四川省內(nèi)僅有寸塘口1座投產(chǎn)的抽水蓄能電站，裝機(jī)容量為0.2萬(wàn)kW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到配置電力總裝機(jī)容量4%～7%的要求。隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電機(jī)組容量的不斷提高，儲(chǔ)能電站的容量還應(yīng)增加。加快建設(shè)抽水蓄能電站，是未來(lái)實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源接入電網(wǎng)必不可少的一環(huán)。

推廣新能源汽車(chē)，一方面要完善充電樁等基礎(chǔ)配套設(shè)施，另一方面可以采取政府補(bǔ)貼等手段，激發(fā)居民的購(gòu)買(mǎi)欲。利用新能源汽車(chē)不僅實(shí)現(xiàn)電能替代，清潔環(huán)保，還能對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生“削峰填谷”的積極作用，減小電網(wǎng)的調(diào)度調(diào)峰壓力，最大程度利用可再生新能源。

圖2 四川省高比例再生能源接入的發(fā)展戰(zhàn)略

3.2 具體發(fā)展措施

為實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源接入電網(wǎng)，相關(guān)部門(mén)可以從以下幾方面進(jìn)行積極引導(dǎo)。

1)突出以可再生能源為中心的發(fā)展目標(biāo)。可預(yù)見(jiàn)的是，目前占四川發(fā)電量絕大部分的水電資源，將在2030年前后基本開(kāi)發(fā)完畢。政府需制定可再生能源不同階段的發(fā)展計(jì)劃和目標(biāo)，來(lái)滿足不斷增長(zhǎng)的電能需求。還可以通過(guò)行政和市場(chǎng)等手段，鼓勵(lì)對(duì)可再生能源的投資、研發(fā)、生產(chǎn)等，提高可再生能源的利用水平。

2)完善優(yōu)化電力網(wǎng)絡(luò)和外送通道的建設(shè)。高比例可再生能源的接入，不確定性必然對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行特性影響更加突出。電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，需將風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站等納入考慮，優(yōu)化配置接入點(diǎn)和匯集點(diǎn)。同時(shí)加強(qiáng)四川電網(wǎng)與省外電網(wǎng)的通道建設(shè)，利用從廣區(qū)域的可再生能源消納。

3)創(chuàng)新突破新型能源技術(shù)。未來(lái)四川省不僅要實(shí)現(xiàn)高比例的可再生能源接入，還要能夠供應(yīng)價(jià)格低廉的電力。加強(qiáng)可再生能源發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，繼續(xù)降低風(fēng)電、光伏的發(fā)電成本。微型化生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)，使其能廣泛應(yīng)用于偏遠(yuǎn)地區(qū)的分布式發(fā)電。改進(jìn)優(yōu)化關(guān)鍵設(shè)備，如并網(wǎng)逆變器、大容量?jī)?chǔ)能電池等，進(jìn)一步降低電網(wǎng)運(yùn)行成本。

4)積極探索建立電力市場(chǎng)。四川作為重要的電力外送基地，在滿足省內(nèi)需求后，富余的電力可以進(jìn)行現(xiàn)貨交易。先期可以進(jìn)行跨區(qū)域間可再生能源增量現(xiàn)貨交易的試點(diǎn)工作，初步探索可再生能源上網(wǎng)電價(jià)調(diào)整機(jī)制，最終完善電力市場(chǎng)的建設(shè)，激發(fā)市場(chǎng)活力，提升可再生能源接入比例。

5)加快能源領(lǐng)域的立法進(jìn)程。四川省可再生能源的發(fā)展成果有目共睹，但仍有棄水棄風(fēng)棄光、補(bǔ)貼不到位等現(xiàn)象。進(jìn)一步深化電力市場(chǎng)的改革、優(yōu)化可再生能源調(diào)度方法、促進(jìn)可再生能源的發(fā)展就需要配套文件法規(guī)，應(yīng)用法律手段，切實(shí)解決不同能源之間的優(yōu)先之爭(zhēng)，科學(xué)引導(dǎo)四川省內(nèi)能源結(jié)構(gòu)的積極轉(zhuǎn)變。

4 關(guān)鍵技術(shù)支撐

在未來(lái)的發(fā)展中，電能在居民能源消費(fèi)的比例將進(jìn)一步顯著增加。除現(xiàn)有已經(jīng)規(guī)模化應(yīng)用的風(fēng)電、光伏發(fā)電等技術(shù)，以智能電網(wǎng)、儲(chǔ)能技術(shù)為代表的新型電力技術(shù)[16]將成為未來(lái)高比例可再生能源接入利用的技術(shù)支撐。

4.1 智能電網(wǎng)技術(shù)

智能電網(wǎng)技術(shù)包括智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系、智能輸變電技術(shù)、智能配用電技術(shù)、智能調(diào)度技術(shù)。智能電網(wǎng)可以靈活接納分布式電源，實(shí)現(xiàn)自愈控制和互動(dòng)化，為用戶提供高效的電力增值服務(wù)。傳統(tǒng)的電網(wǎng)運(yùn)行一般對(duì)負(fù)荷不加以控制，出現(xiàn)緊急情況則采用切負(fù)荷的方法，來(lái)保證電網(wǎng)發(fā)電與負(fù)荷的功率平衡。而高效的智能電網(wǎng)通過(guò)通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、傳感器等基礎(chǔ)設(shè)施，為高比例可再生能源提供平臺(tái)，為負(fù)荷中心提供合適的應(yīng)急電力，能夠防止因自然環(huán)境或者人為原因造成大電網(wǎng)停電事故。

目前我國(guó)電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)的信息共享程度較低，綜合利用效能未能充分發(fā)揮。未來(lái)智能電網(wǎng)的發(fā)展，以信息化、自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)，集成新工藝、新材料、新設(shè)備，可靠地滿足發(fā)電、輸電、供電提出的各種變化要求。

4.2 交直流混聯(lián)電網(wǎng)技術(shù)

在交直流混聯(lián)電網(wǎng)中，交流和直流互為支撐。目前我國(guó)的電網(wǎng)已經(jīng)形成特高壓交直流混聯(lián)的格局，具有“強(qiáng)直弱交”的特點(diǎn)，即是大區(qū)域之間的電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)采用高壓直流方式，區(qū)域內(nèi)部則使用交流方式。相較于交流輸電技術(shù)，長(zhǎng)距離輸電采用高壓直流具有傳輸容量大、損耗小等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)已建成投入運(yùn)行的高壓直流線路達(dá)到20余條。

隨著可再生能源利用率不斷提高，越來(lái)越多的分布式發(fā)電系統(tǒng)接入系統(tǒng)，小區(qū)域內(nèi)采用交直流混聯(lián)微電網(wǎng)則具有廣闊的應(yīng)用前景?；炻?lián)微電網(wǎng)相較于單一形式的微電網(wǎng)，可以減少各類(lèi)功率變換器的數(shù)量，抑制諧波產(chǎn)生，具有更好的延展性，是未來(lái)微電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。

交直流混聯(lián)電網(wǎng)目前已經(jīng)有規(guī)模應(yīng)用的案例，今后的研究工作將側(cè)重于安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的制定、電網(wǎng)大擾動(dòng)的分析等方面。混聯(lián)微電網(wǎng)方面，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、容量配置、性能評(píng)估、運(yùn)行控制、保護(hù)和能量管理等方面也仍需積極探索。

4.3 電能大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)

引入大規(guī)模儲(chǔ)能環(huán)節(jié)到電力系統(tǒng)中，可以提高電能供需管理的效率、利用系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行、有效利用設(shè)備資源、擴(kuò)大可再生能源接入的規(guī)模。電能大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用必將給未來(lái)電網(wǎng)帶來(lái)革命性的變革[17-18]。

目前大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)相對(duì)成熟、已投入實(shí)際應(yīng)用的只有抽水蓄能技術(shù)，并且其受到地理位置的制約。為實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源接入，需進(jìn)一步突破電池儲(chǔ)能的規(guī)?；杉夹g(shù)。大容量、快速、高效、低成本、綠色環(huán)保將是未來(lái)的儲(chǔ)能裝置的發(fā)展趨勢(shì)。隨著成本的下降，電池儲(chǔ)能將成為未來(lái)儲(chǔ)能主流，壓縮空氣和飛輪等其他儲(chǔ)能可作為輔助。大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)可應(yīng)用于調(diào)峰填谷、平抑可再生能源的間歇性和波動(dòng)性等。

5 未來(lái)可用技術(shù)展望

5.1 超導(dǎo)電力技術(shù)

超導(dǎo)電力技術(shù)是基于超導(dǎo)體零電阻和完全抗磁體的基本屬性，與現(xiàn)代電力技術(shù)緊密結(jié)合而形成的新興技術(shù)。超導(dǎo)電力技術(shù)構(gòu)建超導(dǎo)輸電線、變壓器、儲(chǔ)能裝置等電力設(shè)備，實(shí)踐于電網(wǎng)發(fā)、輸、配等各個(gè)環(huán)節(jié)[19-20]。采用超導(dǎo)技術(shù)，可以增加發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量，滿足日益增長(zhǎng)的能源需求。應(yīng)用于以特高壓電網(wǎng)為骨干的能源互聯(lián)網(wǎng)，則可以提高輸送容量，降低網(wǎng)損，提高系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性、可靠性、安全性，增加能源利用效率，為超大規(guī)模的智能電網(wǎng)建設(shè)提供技術(shù)支撐。

目前超導(dǎo)技術(shù)整體處于研究、試驗(yàn)的階段。未來(lái)超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展主要集中于新型超導(dǎo)材料的研究、運(yùn)行溫度的提高，以減少設(shè)備投入和運(yùn)行成本。此外，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)體高載流復(fù)合化、裝置集約化也是重點(diǎn)研究方向。

5.2 二氧化碳捕集與封存技術(shù)

二氧化碳捕集與封存技術(shù)(Carbon Capture and Storage, CCS)，是一項(xiàng)新興的、具有較強(qiáng)減少碳排放能力的技術(shù)。CCS技術(shù)被認(rèn)為是控制溫室氣體的重要技術(shù)，是應(yīng)對(duì)全球變暖的有效措施[21]。在電力系統(tǒng)中應(yīng)用CCS技術(shù)，需與大型高效電站結(jié)合，才能產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

當(dāng)前常用的二氧化碳捕集技術(shù)可分成三類(lèi)[22]：燃后捕集技術(shù)、燃前捕集技術(shù)和富氧燃燒技術(shù)。我國(guó)已經(jīng)建成多個(gè)燃煤電廠燃后捕集示范項(xiàng)目，燃前捕集技術(shù)的代表項(xiàng)目則為整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)(Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC)，以后的研究重點(diǎn)將集中于富氧燃燒技術(shù)，主要是降低制氧設(shè)備的成本。二氧化碳封存技術(shù)則多利用地下深層鹽水層、廢棄的油田以及不可開(kāi)采的煤層等。部分小型示范項(xiàng)目[23]表明，封存二氧化碳可以提高煤層甲烷的開(kāi)采量。

5.3 新一代人工智能技術(shù)

未來(lái)不僅有高比例可再生能源接入電網(wǎng)，可預(yù)見(jiàn)也將存在大規(guī)模的新能源汽車(chē)接入，電網(wǎng)將具有更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，其不確定性、非線性、強(qiáng)耦合性等特征更為突出。因此新一代人工智能技術(shù)憑借先進(jìn)的傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)[24]，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的計(jì)算分析方法，成為解決復(fù)雜電力系統(tǒng)問(wèn)題的有效手段。

基于大數(shù)據(jù)特征分析，人工智能技術(shù)可以解決傳統(tǒng)分析方法無(wú)法精確建模、計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)等困難。人機(jī)輔助決策也可以更好地對(duì)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)實(shí)時(shí)控制。新一代人工智能技術(shù)可以應(yīng)用到電網(wǎng)規(guī)劃、電力調(diào)度、電力市場(chǎng)交易等領(lǐng)域。未來(lái)人工智能將會(huì)更多地滲入電力系統(tǒng)。

6 結(jié) 語(yǔ)

能源是現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)，能源的發(fā)展關(guān)系到國(guó)家的戰(zhàn)略安全。目前我國(guó)能源對(duì)外依存度上升快速，只有優(yōu)化國(guó)內(nèi)國(guó)能能源結(jié)構(gòu)，才能保證自身的能源安全，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。四川省內(nèi)自然資源稟賦，是我國(guó)重要的電力外送基地。提高省內(nèi)可再生能源發(fā)電的比例，一方面需要科學(xué)技術(shù)支撐，另一方面還需完善相關(guān)政策制度。通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，降低可再生能源發(fā)電、儲(chǔ)能等環(huán)節(jié)的成本；出臺(tái)能源法律體系，構(gòu)建基于市場(chǎng)的可再生能源電能供求機(jī)制和交易體系。兩個(gè)方面并舉，雙管齊下，四川省實(shí)現(xiàn)60%～80%高比例可再生能源接入是完全可行的。