探究新能源消納關(guān)鍵因素分析及解決措施

王頌

（福州大學(xué)至誠學(xué)院 350002）

1 概述

能源是現(xiàn)代社會持續(xù)運(yùn)行的基礎(chǔ)，是人類生產(chǎn)生活的動力來源。能源問題歷來和經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境、氣候變化等息息相關(guān)，為了確保能源安全，積極應(yīng)對生態(tài)環(huán)境變化，推行可持續(xù)發(fā)展的新能源已經(jīng)成為社會的普遍共識。因?yàn)楦鞣N各樣的因素影響，新能源消納問題一直是推行新能源普及戰(zhàn)略的重大難題。各種矛盾的凸顯已經(jīng)引起了各界的廣泛關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前我國的新能源汽車數(shù)量已經(jīng)躍居世界第一，汽車行業(yè)依托著龐大的消費(fèi)群體和能源消費(fèi)市場，在消納新能源方面具有不可限量的潛力。

2 我國新能源消納以及新能源汽車的發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)官方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從2016以來，我國在新能源汽車充電設(shè)施建設(shè)運(yùn)行方面的投資持續(xù)高速增長（圖1）。

圖1 我國2016—2018年新能源汽車月度銷量及構(gòu)成

在投資拉動下，充電樁和充電站數(shù)量年均增長率高達(dá)20%。在充電樁的調(diào)度方面，國家電網(wǎng)為主要接入平臺，市場占比80%以上。在數(shù)量和規(guī)模上雖然呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，但存在與現(xiàn)實(shí)充電需求不匹配以及電網(wǎng)資源浪費(fèi)的問題，另一方面電力系統(tǒng)在應(yīng)對不同時(shí)間用戶需求方面缺少靈活性。不平衡的電力負(fù)荷每年處于逐步擴(kuò)大的趨勢，如何利用汽車儲能來應(yīng)對這一變化，使電力系統(tǒng)在新能源的波動出力狀況下更加平穩(wěn)運(yùn)行是問題的關(guān)鍵所在[1]。

為了進(jìn)一步減少傳統(tǒng)能源消耗及其帶來的污染問題，政府機(jī)構(gòu)近年來，在新能源汽車以及充電樁（站）建設(shè)方面給予了很大的補(bǔ)貼優(yōu)惠政策。充電站和充電樁在技術(shù)上逐步向著大功率快充的方向發(fā)展。但是目前來看，在新能源汽車的使用方面依然沒有達(dá)到理想狀態(tài)，突出表現(xiàn)在：①充電設(shè)施數(shù)量少，而且充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)不一；②新能源汽車的充電受到行業(yè)內(nèi)一系列技術(shù)因素的制約，目前存在行業(yè)發(fā)展瓶頸；③新能源汽車儲能技術(shù)一直停留在概念性階段，在市場應(yīng)用方面尚未達(dá)成一致共識，進(jìn)而導(dǎo)致充電站投資方、運(yùn)營方、終端用戶普遍對V2G（車輛到電網(wǎng)）接受度不高。

以上種種因素在一定程度上阻礙了新能源汽車對新能源電網(wǎng)系統(tǒng)的剩余電能的消納，其解決難度較大。

3 新能源消納的機(jī)理分析

電力系統(tǒng)的規(guī)模發(fā)展到一定程度后，系統(tǒng)的自身調(diào)節(jié)能力關(guān)鍵取決于電源結(jié)構(gòu)，新能源相比與傳統(tǒng)能源而言，不僅體現(xiàn)在對生態(tài)環(huán)境的友好性，而且體現(xiàn)出了巨大的價(jià)格優(yōu)勢。對于車主用戶而言，新能源汽車和燃油汽車相比，出行成本可以降低20%以上。但這一過程目前僅僅是電網(wǎng)向車載電池輸出能量，能量的傳輸只是單向傳輸，并不能有效解決電網(wǎng)側(cè)新能源的消納問題。相比常規(guī)的蓄水消納控制或飛輪儲能技術(shù)，電動汽車的電池儲能具有更強(qiáng)的可操作性，對新能源調(diào)節(jié)幅度更廣，而且更加靈活。但目前電源總體的調(diào)節(jié)性能依然取決于火電調(diào)峰能力。靈活調(diào)節(jié)的電源在數(shù)量和規(guī)模上依然處于弱勢。

另外，利用新能源汽車消納剩余電能需要結(jié)合各個(gè)地區(qū)末端電網(wǎng)供電的具體現(xiàn)狀實(shí)行不同的方案。在規(guī)劃時(shí)要注重可靠性和供電質(zhì)量等問題，配網(wǎng)末端建設(shè)儲能充放電站的方案要綜合考慮項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性及充電樁設(shè)備選型等[2]。

4 新能源消納的理論分析

從理論上分析，新能源汽車和傳統(tǒng)汽車的區(qū)別不僅是能量的來源不同，更在于電源結(jié)構(gòu)和負(fù)荷功率的調(diào)節(jié)空間不同。對于內(nèi)部無網(wǎng)絡(luò)約束的系統(tǒng)，新能源汽車消納一方面能夠滿足發(fā)電和用電的平衡狀態(tài)，另一方面可以綜合充電站系統(tǒng)上下線空間限制自我調(diào)節(jié)能力。系統(tǒng)調(diào)整空間“負(fù)載+連接線輸出功率”曲線與系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的下限，即新能源的理論最大能耗空間如圖2所示[3]。

圖2 新能源消納空間示意圖

電動汽車是新能源汽車，如果只使用傳統(tǒng)電網(wǎng)供電模式，龐大的充電電流會對電網(wǎng)的安全構(gòu)成巨大威脅。未來，電動汽車的普及對整個(gè)電網(wǎng)來說將是災(zāi)難性的。電動汽車的目的是節(jié)能減排，大多數(shù)傳統(tǒng)電網(wǎng)的電力來自火力發(fā)電，這僅僅是提高了城市的空氣質(zhì)量，但對于整個(gè)地球生態(tài)，節(jié)能減排的貢獻(xiàn)甚微[4]。

5 新能源消納問題的解決措施

利用新能源汽車來消納電網(wǎng)剩余電能是一個(gè)系統(tǒng)工程，不可能僅僅從一方面來徹底解決。從近些年來的實(shí)施效果看，消納新能源要從電源側(cè)、輸配電網(wǎng)絡(luò)、用戶需求負(fù)荷3部分進(jìn)行綜合部署、逐級推進(jìn)。

5.1 電源調(diào)節(jié)

(1)提高可靈活調(diào)節(jié)的電源比例，尤其是針對條件較好地區(qū)，積極進(jìn)行充電設(shè)備的升級換代，淘汰落后充電設(shè)施，推動儲能設(shè)備調(diào)峰能力改造，提高場站調(diào)峰深度。

(2)優(yōu)化電源調(diào)節(jié)技術(shù)，從技術(shù)上改進(jìn)電源的調(diào)節(jié)和能量轉(zhuǎn)換效率，提高調(diào)節(jié)功效。

5.2 電網(wǎng)互聯(lián)互通

(1)對于地區(qū)之間的負(fù)荷不平衡問題，政府部門應(yīng)主導(dǎo)加強(qiáng)各類新能源汽車充電或換電以及儲能項(xiàng)目的互聯(lián)互通，科學(xué)布局，提高剩余電量的消納空間。

(1)不同地區(qū)的場站進(jìn)行靈活組網(wǎng)，形成不同電網(wǎng)之間靈活動態(tài)分配機(jī)制，必要時(shí)建立跨區(qū)域電力外送通道，消除區(qū)域之間人為的壁壘，統(tǒng)籌發(fā)揮好國家電網(wǎng)配置和平衡能力。

(3)提高充電設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一性，大力推廣充電堆和柔性充放電技術(shù)。

5.3 用戶負(fù)荷及規(guī)?？刂?/h3>

新能源的消納最終是落實(shí)到用戶側(cè)的，因此用戶終端是整個(gè)新能源消納策略的落腳點(diǎn)。應(yīng)積極發(fā)掘電網(wǎng)應(yīng)用場景，建立需求側(cè)的電力負(fù)荷響應(yīng)機(jī)制；在新能源汽車方面，我們將推動電能替代，加快微電網(wǎng)、儲能技術(shù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”智能能源技術(shù)研究，并利用市場方式引導(dǎo)用戶參與調(diào)峰和調(diào)頻，積極應(yīng)對新能源產(chǎn)出的變化。從價(jià)格機(jī)制以及制度上推廣并支持電動汽車以及充電站儲能、換能等新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[5]。

另外，還要從電池儲能的技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索新材料新工藝。充分發(fā)揮新能源電池儲能的優(yōu)勢，確保其安全性和經(jīng)濟(jì)性。建立廢舊電池梯次回收利用方法，減少二次污染和浪費(fèi)。

6 結(jié)束語

新能源的開發(fā)往往需要大量的資金和技術(shù)。因此從實(shí)現(xiàn)成本上來看，大多是集中式開發(fā)。但是，電廠調(diào)峰供電性能不足、電網(wǎng)輸電能力不足、市場機(jī)制尚不完善，給新能源消耗帶來了負(fù)面影響。新能源汽車的可移動性強(qiáng)，而且數(shù)量龐大。利用新能源汽車的儲能能力將會有效緩解電網(wǎng)電能的不均衡問題，相信在將來隨著汽車電池技術(shù)的不斷進(jìn)步以及新能源各項(xiàng)制度的完善，我國新能源消納水平必將會得到良好的解決。