新能源發(fā)電設備組助力“碳達峰·碳中和”途徑和實施措施主要觀點和意見舉措

／機械工業(yè)北京電工技術經濟研究所 果巖／

構建清潔主導、電為中心的現(xiàn)代能源體系，是立足我國實際國情，遵循能源發(fā)展規(guī)律，以能源生產清潔化、能源消費電氣化為方向，滿足“碳達峰·碳中和”的戰(zhàn)略目標的有效途徑，同時也是促進產業(yè)降本降耗降碳，支撐產業(yè)高質量發(fā)展的有力支撐。本文從風電、光伏發(fā)電、新型儲能三個產業(yè)的技術裝備角度出發(fā)，分析當前產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，提出了需要補強的技術短板，確定了下階段需要努力的方向等內容。

一、新能源發(fā)電設備產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

建設以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是滿足“碳達峰·碳中和”戰(zhàn)略目標的有效途徑，其中，新能源未來將成為電力供應的主體，與此同時，新型儲能技術規(guī)模化應用，同樣起到了至關重要的作用。我國新能源及儲能技術及產業(yè)發(fā)展主要呈現(xiàn)大規(guī)模、高比例、市場化、高質量、綠色低碳、場景多樣的發(fā)展趨勢，通過引進、消化、吸收、再創(chuàng)新的技術路線，目前，已基本實現(xiàn)了與世界同步。既保證了我國新能源產業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展，同時也為我國新能源產業(yè)實現(xiàn)從大到強的跨越式發(fā)展奠定了基礎。

一是裝機容量呈現(xiàn)大規(guī)模發(fā)展趨勢?！笆濉蹦覈L電、光伏累計裝機容量先后超過美國、德國，躍居并多年保持世界第一。截至2020年底，我國風電裝機2.81億千瓦、光伏發(fā)電裝機2.53億千瓦，合計達5.34億千瓦，占全國發(fā)電裝機容量的24.3%，此外，儲能項目累計裝機已達35.6GW。按照發(fā)展趨勢判斷，可基本滿足2030年新能源裝機達12億千瓦的最低要求。

二是新能源呈現(xiàn)高比例發(fā)展趨勢。新能源發(fā)電量穩(wěn)步提升，新能源滲透率逐年增加。2020年，風電發(fā)電量達4665億千瓦時，同比增長約15%；光伏發(fā)電量達2605億千瓦時，同比增長16.1%，新能源風電和光伏發(fā)電量占全國全口徑發(fā)電量的9.5%。隨著國家進一步鼓勵能源生產清潔化相關機制及舉措的出臺，新能源滲透率將快速增長。

三是新能源及儲能產業(yè)呈現(xiàn)市場化發(fā)展趨勢。我國陸上風電價格降至0.29～0.47元/度，光伏上網電價降至0.35元/度，電化學儲能系統(tǒng)成本約為1.3～1.5元/Wh。目前，已基本實現(xiàn)去補貼平價上網的條件，隨著新能源及儲能技術創(chuàng)新及產業(yè)升級，其成本優(yōu)勢將進一步顯現(xiàn)。

四是新能源及儲能產業(yè)呈現(xiàn)高質量發(fā)展趨勢。中國新能源風電及光伏發(fā)電產業(yè)體系日臻完善，我國已成為全球最大的風電裝備、光伏發(fā)電裝備制造基地，將進一步提升產業(yè)鏈由“大”向“強”的轉變，更加有力地保障電力可靠穩(wěn)定供應。目前新能源發(fā)電設備及電化學儲能裝備產能，可基本支撐“雙碳”目標的實施。

五是新型儲能技術呈現(xiàn)多場景發(fā)展趨勢。國內9 0 余個儲能項目覆蓋電源側、電網側、儲能側等方面，其中電化學儲能截至2020年底累計裝機同比增長59.4%，在各類電化學儲能技術中，鋰離子電池累計裝機規(guī)模超過2902.4MW。目前，急需解決儲能安全的責權劃分問題，屆時電化學為主的新型儲能系統(tǒng)將迎來“井噴”發(fā)展。

六是新能源產業(yè)助力生態(tài)文明建設發(fā)展。2020年，我國可再生能源利用規(guī)模達到6.8億噸標準煤，相當于替代煤炭近10億噸，減少二氧化碳排放量分別約達17.9億噸。其“零碳”發(fā)電的優(yōu)勢日趨顯現(xiàn)，后續(xù)全行業(yè)將向上游延展，關注產品全生命周期碳排放及綠色供應鏈、綠色工廠制度建設，為生態(tài)文明建設夯實基礎根基。

二、新能源發(fā)電設備產業(yè)發(fā)展趨勢

2025年，初步搭建中國新能源裝備低碳制造產業(yè)體系。風電、光伏年均新增裝機將達5000萬千瓦以上，風電、光伏發(fā)電累計裝機容量至少達到10億千瓦以上；新增新型儲能實現(xiàn)裝機規(guī)模3000萬千瓦，新型儲能累計裝機容量達6000萬千瓦以上。

2030年，完善中國新能源裝備低碳制造產業(yè)體系。風電、光伏發(fā)電累計裝機容量至少達到16億千瓦以上，占全國裝機規(guī)模的50%以上，風電、光伏發(fā)電與火電成為電力系統(tǒng)的主力電源；新型儲能累計裝機容量達1.5億千瓦以上，電化學儲能安全可靠運行，形成覆蓋電源側、電網側、負荷側的可推廣的商業(yè)模式。

2060年，形成輸出引領型新能源技術產業(yè)體系。新能源累計裝機容量將達到50億千瓦（其中風電20億千瓦、太陽能發(fā)電30億千瓦），風電，光伏發(fā)電代替火電成為電力系統(tǒng)的主力電源；新型儲能累計裝機容量5～10億千瓦；屆時，電能消費比重達將到70%，非化石能源消費比重將達80%，清潔能源發(fā)電量占比將超過90%。

三、需要補強的技術及裝備

我國新能源產業(yè)在不同程度方面，尚存在著大而不強、泛而不精的現(xiàn)象。如基礎材料和工藝技術研究基礎薄弱、產品可靠性與一致性方面不強、多數(shù)零部件廠商在考慮設計開發(fā)和工程應用時多著眼于自身，在系統(tǒng)性認識和產業(yè)鏈深度合作方面仍需要進一步加強。

（一）解決新能源在電力系統(tǒng)中“雙高”特性的問題，提高可靠性供電、安全穩(wěn)定和經濟運行

一是攻克高精度功率預測技術短板；二是攻克智能感知技術短板；三是開展新能源發(fā)電及儲能入網優(yōu)化控制升級；四是完善新能源發(fā)電及儲能入網試驗檢測能力。

（二）引入精細化智能運維理念，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析技術與新能源發(fā)電及新型儲能技術的有效融合

一是攻克新能源發(fā)電及儲能系統(tǒng)的能量管理與科學控制問題；二是解決新能源發(fā)電及儲能系統(tǒng)精細化智能運維管理的問題；三是完善新能源及儲能可靠性運行狀態(tài)評價體系。

（三）全面提升新能源發(fā)電設計、制造、試驗能力，加快零部件供應短板攻克，打造全生命周期低碳制造產業(yè)

一是開展新能源及儲能基礎材料研究、可靠性設計、設計及仿真軟件研發(fā)；二是攻克零部件供應短板，如葉片材料、主軸承、IGBT、芯片等國產化替代技術，以及高能量密度、長壽命的儲能電池本體研究；三是解決風電葉片、光伏組件及動力電池大規(guī)模梯次利用回收問題。

（四）提高新能源發(fā)電及儲能技術在新型電力系統(tǒng)中應用場景的多樣性、適應性

一是提升新能源發(fā)電融合技術，包括不同應用場景下的規(guī)?；瘧?，新能源+等跨領域的融合；二是提高電網柔性運營靈活度、完善電力市場化調度機制、完善電力雙邊或多邊交易模式；三是確定新型儲能技術配合“源網荷儲”及“多能互補”建設的發(fā)展模式。

四、努力方向

（一）以功率預測精準、大數(shù)據(jù)預測廣泛應用、主動支撐電網、實現(xiàn)高比例新能源高滲透率為努力方向

重點開展典型風光資源特性評估技術、風資源精確評估技術、大數(shù)據(jù)分析及人工智能技術在功率預測領域的廣泛應用；開展主動支撐風電場、光伏電站的示范項目應用（如電壓源型風電機組研制、主動支撐型逆變器研制）、新能源一次調頻和虛擬慣量響應技術研究、大規(guī)模新能源基地與千萬千瓦級多類型儲能協(xié)調運行控制系統(tǒng)研究。

（二）以構建精細化智能運維平臺、建立數(shù)字化智能化運行評價體系、實現(xiàn)新能源及儲能效率效益最大化為努力方向

風電方面，重點開展構建完善風電生產運維一體化平臺、建立完善的風電設備運行質量評價指標體系及運行評價方法；光伏方面，研究智能故障檢測、快速定位技術，基于大數(shù)據(jù)發(fā)展的運維決策系統(tǒng)；開發(fā)光伏備件管理系統(tǒng)；儲能方面，研究儲能電池及系統(tǒng)的在線檢測、狀態(tài)預測和預警以及熱失控行為等內容；發(fā)展儲能電站消防安全的多級保障技術。

（三）集中攻克新能源發(fā)電及儲能裝備制造短板、實現(xiàn)全產業(yè)鏈國產化、建立“雙碳”標準、檢測、認證一體化創(chuàng)新平臺，輸出原創(chuàng)技術

風電方面，重點開展10～20MW陸上機組、20～35MW海上機組批量化；超大型海上機組新型固定式支撐結構；15MW級傳動鏈運行試驗臺；主軸承及變流器關鍵功率模塊國產化應用；風電全產業(yè)鏈綠色制造評價方法、葉片回收等循環(huán)經濟試點示范；光伏方面，重點研究低成本、低能耗、高質量的硅料生產技術；設計基于多種技術路線的高效電池片（如HJT, 疊層電池、鈣鈦礦等）；開發(fā)高能量密度、輕質化、智能化的光伏組件；研究高電壓、高功率、高效散熱的逆變產品；研究光伏組件退役分類處置及回收技術；儲能方面，重點開展鋰離子電池的新型關鍵材料（如三元正極材料、硅-碳復合負極材料、固態(tài)電解質等）、鋰電池電芯及系統(tǒng)設計規(guī)范型譜、電池系統(tǒng)實時數(shù)字仿真平臺、標準化的鋰電池檢測平臺、梯次利用電池的篩選、重組、預測和監(jiān)控技術的研究。

（四）按照源網荷儲示范、推廣，實現(xiàn)新能源支撐“兩個一體化”為努力方向

重點開展源網荷儲互動機制、市場機制研究；探索海上多能互補發(fā)電技術、分散式風電、風電制氫、風電海水淡化、光伏電解水制氫、光伏建筑一體化研究；儲能在電源側、電網側、負荷側等不同應用場景應用研究。

五、配套政策

一是加大科研創(chuàng)新和示范項目支持力度，促進新能源及儲能產業(yè)技術多元化發(fā)展。利用國家重點實驗室、國家研發(fā)創(chuàng)新平臺等公共科技服務資源，大力開展海上風電、新型太陽能發(fā)電、新型儲能技術等領域科研攻關，加快推動電力裝備科技進步。特別是儲能方面，目前除了占市場主流的鋰離子電池儲能之外，還需加強液流電池儲能、鈉基電池儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、超級電容儲能等新型儲能技術科研項目和示范項目投入，降低儲能成本，解決儲能經濟性問題。

二是開展標準、檢測、認證體系改革，引導新能源及儲能產業(yè)助力成為主力電源的規(guī)范化發(fā)展，為構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)奠定基礎。標準方面，構建新型標準體系，明確國標、行標、團標的屬性和定位，向檢測認證業(yè)務支撐化標準項目過渡；檢測方面，構建國內完備的風電、光伏、新型儲能檢測公共服務平臺，強化全生命周期的檢驗檢測能力；認證方面，夯實現(xiàn)有產品、項目認證業(yè)務，開拓“雙碳”制造業(yè)認證服務項目。

三是完善政策體系和市場價格機制，從頂層設計上為引導電力資源優(yōu)化配置，促進產業(yè)結構、能源優(yōu)化升級確定市場定位。完善差別化電價政策，促進相關行業(yè)加大技術改造力度，提高能效水平，淘汰落后產能；完善峰谷電價形成機制，合理確定并動態(tài)調整峰谷時段，擴大高峰、低谷電價價差和浮動幅度，引導用戶錯峰用電；完善行業(yè)碳排放權交易，可再生能源強制配額和綠證交易制度等綠色價格政策。通過市場價格機制激活儲能市場，激勵儲能技術創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新，形成良性競爭的市場氛圍。電 器