可再生能源綜合系統(tǒng)現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)研究

DOI： 10.19911/j.1003-0417.tyn20240606.01 文章編號(hào)：1003-0417（2024）07-127-06

摘 要：通過(guò)分析中國(guó)能源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀與能源轉(zhuǎn)型面臨的主要挑戰(zhàn)，結(jié)合未來(lái)能源需求，研究適合中國(guó)國(guó)情的低碳、低成本的能源轉(zhuǎn)型現(xiàn)實(shí)路徑，提出以可再生能源為主體、多能源互補(bǔ)、“冷熱電”聯(lián)供、集“源網(wǎng)荷”于一體的新型能源系統(tǒng)解決方案——可再生能源綜合系統(tǒng)；然后對(duì)可再生能源綜合系統(tǒng)的現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，并分析了其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。研究結(jié)果表明：圍繞用戶側(cè)構(gòu)建分層次、分場(chǎng)景的以可再生能源為主體的集“冷熱電”“源網(wǎng)荷”于一體的新型能源系統(tǒng)，是中國(guó)實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的系統(tǒng)解決方案。

關(guān)鍵詞：可再生能源綜合系統(tǒng)；碳中和；新型能源系統(tǒng)；能源轉(zhuǎn)型；能源結(jié)構(gòu)；多能互補(bǔ)

中圖分類號(hào)：TQ083+.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0" 引言

目前是中國(guó)能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，能源系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)發(fā)展、應(yīng)用場(chǎng)景都在發(fā)生深刻變化，中國(guó)近90%的二氧化碳排放和化石能源有關(guān)，需要快速降低化石能源的用量，增加可再生能源在能源系統(tǒng)中的占比。

關(guān)于中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和的能源架構(gòu)、從以化石能源為主轉(zhuǎn)型為以可再生能源為主的轉(zhuǎn)型路徑、各類能源在實(shí)現(xiàn)碳中和及能源轉(zhuǎn)型過(guò)程中的角色定位和作用轉(zhuǎn)變、支撐能源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)等方面存在多種觀點(diǎn)，但基本共識(shí)是在有限的時(shí)間窗口既要實(shí)現(xiàn)能源低碳轉(zhuǎn)型，又要保障能源安全，還要保持中國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展。不同的能源轉(zhuǎn)型路徑差異巨大，錯(cuò)誤的能源轉(zhuǎn)型路徑不但會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)錯(cuò)失發(fā)展機(jī)遇。因此，需要根據(jù)中國(guó)的國(guó)情和技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，尋找一條低碳、低成本的能源轉(zhuǎn)型現(xiàn)實(shí)路徑[1]。

本文對(duì)中國(guó)能源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀、能源轉(zhuǎn)型面臨的主要挑戰(zhàn)進(jìn)行介紹，結(jié)合供給側(cè)與消費(fèi)側(cè)特點(diǎn)、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，研究適合中國(guó)國(guó)情的低碳、低成本的能源轉(zhuǎn)型現(xiàn)實(shí)路徑，提出以可再生能源為主體、多能源互補(bǔ)、“冷熱電”聯(lián)供、集“源網(wǎng)荷”于一體的解決方案——可再生能源綜合系統(tǒng)；然后通過(guò)研究可再生能源綜合系統(tǒng)的現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)，分析其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

1" 中國(guó)能源轉(zhuǎn)型現(xiàn)實(shí)路徑與可再生能源綜合系統(tǒng)概念

1.1" 中國(guó)能源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2023年，中國(guó)能源消費(fèi)總量為57.2萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中，煤炭占比為55%，具體的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2019—2023年天然氣、水能、核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源消費(fèi)量在中國(guó)能源消費(fèi)總量中的占比情況如圖2所示。

從圖2可以看出：2023年清潔能源在中國(guó)能源消費(fèi)總量中的占比為26.4%。

2023年，中國(guó)年總發(fā)電量為94564 億kWh，其中，火電的年發(fā)電量為62657 億kWh，占比為66.3%；天然氣、水能、核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源的年發(fā)電量為31907億kWh，占比為33.7%[2]。

根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2023年底，中國(guó)累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量約為29.20億kW，其中，火電裝機(jī)容量為13.90億kW，占比約為47.6%；水電裝機(jī)容量約為4.22億kW，占比約為14.4%；核電裝機(jī)容量約為5691萬(wàn)kW，占比約為1.9%；風(fēng)電裝機(jī)容量約為4.41億kW，占比約為15.1%；太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量約為6.09億kW，占比約為20.9%[3]。

1.2" 能源轉(zhuǎn)型面臨的主要挑戰(zhàn)

1）與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)能源轉(zhuǎn)型的時(shí)間短、任務(wù)重，技術(shù)挑戰(zhàn)更大。歐洲于20世紀(jì)90年代實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，美國(guó)于21世紀(jì)初實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。從碳達(dá)峰到碳中和，全球平均用時(shí)53年，而中國(guó)從碳達(dá)峰到碳中和僅有30年的時(shí)間。

2）中國(guó)的消費(fèi)端產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重工業(yè)，節(jié)能降耗難度高。中國(guó)生產(chǎn)了全球近60%的鋼鐵、鋁、水泥和近1/3的汽車(chē)，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）能耗約為經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）國(guó)家平均水平的3倍，是全球平均水平的1.5倍[4]。

3）中國(guó)二氧化碳總排放量大，節(jié)能減排的任務(wù)重。2023年中國(guó)二氧化碳排放量約為126億t，約占全球二氧化碳總排放量的33.7%。中國(guó)在全球清潔能源經(jīng)濟(jì)中處于壓倒性的領(lǐng)先地位，2023年，全球太陽(yáng)能、風(fēng)能新增發(fā)電量中50%以上來(lái)自中國(guó)；太陽(yáng)能和風(fēng)能的發(fā)電量占中國(guó)總發(fā)電量的比值從2015年的4%，到2023年達(dá)到15%，已接近發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的水平（約為17%）。盡管如此，中國(guó)的二氧化碳排放量還在持續(xù)增長(zhǎng)，中國(guó)的人均碳排放量比發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體高出15%[5]。

1.3" 未來(lái)能源結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)

未來(lái)實(shí)現(xiàn)碳中和的能源結(jié)構(gòu)是以風(fēng)能、太陽(yáng)能為主導(dǎo)能源、多種能源互補(bǔ)、“綠電+綠熱+綠氫”聯(lián)合驅(qū)動(dòng)、“源網(wǎng)荷”一體的新型能源系統(tǒng)[6]。與現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)相比，以可再生能源為主體的新型能源系統(tǒng)需要更多的靈活性調(diào)節(jié)因素，并且在可再生能源大幅度波動(dòng)或極端氣候等緊急情況下需要有兜底保障措施來(lái)保障能源供應(yīng)安全。

未來(lái)能源供應(yīng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是以低碳化、高比例電氣化為標(biāo)志，能源利用效率大幅提高，各種污染物和二氧化碳的排放量大幅降低；同時(shí)，非化石能源的發(fā)電量在中國(guó)總發(fā)電量中的占比超過(guò)90%[7]。

1.4" 中國(guó)能源轉(zhuǎn)型的現(xiàn)實(shí)路徑

1.4.1" 充分利用現(xiàn)有煤炭能源系統(tǒng)與電力系統(tǒng)做好支撐

中國(guó)要從現(xiàn)有的化石能源消費(fèi)量占比近80%的能源體系轉(zhuǎn)型為以可再生能源為主的低（零）碳能源體系，需要充分利用好現(xiàn)有的煤炭能源系統(tǒng)和龐大的電力系統(tǒng)，以其作為風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源快速發(fā)展的支撐。

1.4.2" 構(gòu)建以可再生能源為主體的新型能源系統(tǒng)

中國(guó)風(fēng)能、太陽(yáng)能資源豐富，在以風(fēng)能、太陽(yáng)能為代表的可再生能源產(chǎn)業(yè)規(guī)模和技術(shù)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，全球70%以上的光伏組件和60%的風(fēng)電裝備產(chǎn)自中國(guó)。風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源和能源系統(tǒng)技術(shù)的快速發(fā)展，以及供能成本的快速下降，為構(gòu)建以可再生能源為主體的低碳、低成本能源體系，實(shí)現(xiàn)能源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型奠定了基礎(chǔ)。

研究以風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源為主體的新應(yīng)用場(chǎng)景，例如：“沙戈荒”能源基地、海上風(fēng)光牧場(chǎng)、區(qū)域可再生能源體系，以及與高載能產(chǎn)業(yè)結(jié)合、多能互補(bǔ)及“冷熱電”聯(lián)供的分布式可再生能源綜合供用能系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)多種能源互補(bǔ)、“冷熱電”、“源網(wǎng)荷”一體化的綜合系統(tǒng)的構(gòu)建。

1.4.3" 新應(yīng)用場(chǎng)景與新應(yīng)用模式的挖潛

目前，中國(guó)的能源利用存在以下問(wèn)題：1）東部和西部的風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源資源和用能負(fù)荷的時(shí)空錯(cuò)配分布；2）現(xiàn)有以煤炭為主的能源體系需要加速降低煤炭用量，高碳的工業(yè)過(guò)程需要進(jìn)行綠色低碳變革；3）大規(guī)模、高比例風(fēng)光消納問(wèn)題；4）高比例可再生能源電網(wǎng)穩(wěn)定性問(wèn)題等。因此，需要打破現(xiàn)有應(yīng)用場(chǎng)景、應(yīng)用模式、區(qū)域的限制，重新審視現(xiàn)有的能源系統(tǒng)、可再生能源資源，以及冷、熱、電等主要能源負(fù)荷和其他能源負(fù)荷需求，通過(guò)“源網(wǎng)荷”一體化頂層設(shè)計(jì)，挖掘低（零）碳供用能系統(tǒng)的新應(yīng)用場(chǎng)景，策劃新應(yīng)用模式，以實(shí)現(xiàn)全社會(huì)整體經(jīng)濟(jì)價(jià)值最大化、能源系統(tǒng)總體價(jià)值最大化為出發(fā)點(diǎn)，從系統(tǒng)和全局的高度推動(dòng)能源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)低碳轉(zhuǎn)型。

1.5" 可再生能源綜合系統(tǒng)概念

綜合前文所述，中國(guó)能源轉(zhuǎn)型最終是由以化石能源為主向以可再生能源為主的轉(zhuǎn)型，是由現(xiàn)有的源、網(wǎng)、荷獨(dú)立經(jīng)營(yíng)向一體化深度耦合、聚合協(xié)同、共建共贏的轉(zhuǎn)型，是由現(xiàn)有的冷、熱、電等獨(dú)立用能形式向用戶側(cè)一體化互轉(zhuǎn)互融、綜合利用的轉(zhuǎn)型。最終實(shí)現(xiàn)以可再生能源為主體、多能源互補(bǔ)、“冷熱電”聯(lián)供、集“源網(wǎng)荷”于一體的新型能源系統(tǒng)的構(gòu)建，該系統(tǒng)即為可再生能源綜合系統(tǒng)。

可再生能源綜合系統(tǒng)將電、冷、熱、氣、氫等能源的生產(chǎn)、輸送、消費(fèi)、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)換各環(huán)節(jié)一體規(guī)劃、綜合利用，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)層面的綜合能效最高、用能成本最低、二氧化碳及其他污染物排放量最低，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

2" 可再生能源綜合系統(tǒng)的現(xiàn)狀

可再生能源綜合系統(tǒng)分為3個(gè)層級(jí)，即：1）跨區(qū)源端基地型；2）區(qū)域或縣域級(jí)；3）園區(qū)或用戶級(jí)。下文列舉了不同層級(jí)的示范項(xiàng)目典型案例，展示中國(guó)可再生能源綜合系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀。

2.1" 跨區(qū)源端基地型示范項(xiàng)目典型案例

內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化示范項(xiàng)目是中國(guó)首個(gè)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化項(xiàng)目，也是中國(guó)首個(gè)儲(chǔ)能配置規(guī)模達(dá)到百萬(wàn)千瓦時(shí)的新能源場(chǎng)站。該項(xiàng)目的建設(shè)規(guī)模達(dá)200萬(wàn)kW，其中風(fēng)電裝機(jī)容量為170萬(wàn)kW，光伏發(fā)電裝機(jī)容量為30萬(wàn)kW；配套建設(shè)110萬(wàn)kWh的儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過(guò)風(fēng)光互補(bǔ)保障電力穩(wěn)定供應(yīng)。該項(xiàng)目在大規(guī)模電網(wǎng)友好型新能源開(kāi)發(fā)領(lǐng)域、儲(chǔ)能電站多場(chǎng)景應(yīng)用領(lǐng)域、數(shù)字化智能技術(shù)綜合應(yīng)用領(lǐng)域和“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”運(yùn)營(yíng)模式創(chuàng)新領(lǐng)域均起到了示范作用。

2.2" 區(qū)域級(jí)示范項(xiàng)目典型案例

浙江省海寧市尖山新區(qū)的綠色低碳工業(yè)園項(xiàng)目位于海寧市東南端、杭州灣錢(qián)塘江北岸，是中國(guó)建立的首個(gè)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化示范區(qū)，也是浙江省響應(yīng)“雙碳”戰(zhàn)略建立的首個(gè)“綠色低碳工業(yè)園建設(shè)示范區(qū)”。該項(xiàng)目的本地電源側(cè)，可再生能源裝機(jī)容量為32萬(wàn)kW，其中包括分布式光伏電站97座，年可再生能源發(fā)電量約為5億kWh；負(fù)荷側(cè)以工業(yè)負(fù)荷為主，有347家企業(yè)簽約了需求側(cè)響應(yīng)，加入“源網(wǎng)荷”間的高效互動(dòng)，8家企業(yè)實(shí)現(xiàn)了兆瓦級(jí)多系統(tǒng)協(xié)同秒級(jí)可中斷負(fù)荷控制，啟動(dòng)“冷熱電”三聯(lián)供新型供能模式。該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了綠色能源技術(shù)、多元融合“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化技術(shù)創(chuàng)新，全方位推進(jìn)了區(qū)域級(jí)新能源系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)與應(yīng)用探索。

2.3" 園區(qū)或用戶級(jí)示范項(xiàng)目典型案例

內(nèi)蒙古通遼開(kāi)魯生物醫(yī)藥開(kāi)發(fā)區(qū)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化項(xiàng)目位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼開(kāi)魯生物醫(yī)藥開(kāi)發(fā)區(qū)，該開(kāi)發(fā)區(qū)屬于自治區(qū)級(jí)工業(yè)園區(qū)，園區(qū)在產(chǎn)企業(yè)有55家，年產(chǎn)值為58.8億元，已培育形成了以玉米生物科技、綠色農(nóng)畜產(chǎn)品生產(chǎn)加工、新型清潔能源、現(xiàn)代服務(wù)業(yè)為主的“4大產(chǎn)業(yè)集群”。該項(xiàng)目電源側(cè)建設(shè)規(guī)模為風(fēng)電裝機(jī)容量80萬(wàn)kW，集中式光伏發(fā)電裝機(jī)容量30萬(wàn)kW。負(fù)荷側(cè)需求分為供電和供非電能源兩部分，供電部分采用“風(fēng)光儲(chǔ)”聯(lián)合供電方式，以綠電替代園區(qū)新增負(fù)荷用電；供非電能源部分采用風(fēng)光配套裝機(jī)容量為40萬(wàn)kW的熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)、裝機(jī)容量為4萬(wàn)kW的電解水制氫系統(tǒng)、供熱管網(wǎng)為14 km的園區(qū)供熱系統(tǒng)，以及“天樞一號(hào)”智慧能源系統(tǒng)等。

通過(guò)利用項(xiàng)目周邊的風(fēng)能、太陽(yáng)能等資源實(shí)施綠色清潔能源替代解決園區(qū)蒸汽、供熱、用電等能源需求，從而打造低碳工業(yè)園區(qū)。

2.4" 現(xiàn)存主要問(wèn)題

1）在系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)方面，需要基于能源需求及演變規(guī)律的能源系統(tǒng)形態(tài)布局，進(jìn)行多種能源耦合、供需雙側(cè)互動(dòng)，存在不確定因素多樣、利益主體關(guān)系復(fù)雜、實(shí)施難度高等問(wèn)題。

2）在系統(tǒng)運(yùn)行層面，存在多能耦合、特性差異大、利益主體協(xié)調(diào)困難的問(wèn)題。目前多數(shù)大基地和區(qū)域型項(xiàng)目的“源荷”協(xié)同困難，缺少對(duì)應(yīng)政策機(jī)制與市場(chǎng)疏通機(jī)制，業(yè)主方由于成本壓力導(dǎo)致其動(dòng)力不足。

3" 可再生能源綜合系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1" 多能源互補(bǔ)、“冷熱電”聯(lián)供的“源網(wǎng)荷”一體化能源規(guī)劃及發(fā)展路徑

1）統(tǒng)籌區(qū)域內(nèi)能源資源，包括可再生能源、化石能源等一次能源和電能、氫能等二次能源，結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)行能源資源的統(tǒng)籌規(guī)劃。

2）在充分利用現(xiàn)有能源網(wǎng)絡(luò)的前提下，進(jìn)行冷、熱、電等能源網(wǎng)絡(luò)的頂層設(shè)計(jì)。

3）圍繞用戶端的電、熱、氣、氫等需求，提供多種能源與供用能一體化解決方案，調(diào)動(dòng)負(fù)荷側(cè)調(diào)節(jié)響應(yīng)能力。

3.2" 可再生能源為主的能源體系及模塊化技術(shù)

橫向搭建以可再生能源為源端主體的電、冷、熱、氣、氫等多種能源形式的協(xié)同供應(yīng)體系，縱向打造源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、用等環(huán)節(jié)的互動(dòng)優(yōu)化策劃，形成多能源互補(bǔ)、“源網(wǎng)荷”一體化的新型能源體系。

針對(duì)該新型能源體系進(jìn)行逐層分解，開(kāi)展模塊化技術(shù)研究，形成體系內(nèi)容便于優(yōu)化配置、靈活組合的模塊化技術(shù)。

3.3" 可再生能源和化石能源耦合協(xié)同技術(shù)

能源轉(zhuǎn)型期間，可再生能源將與化石能源協(xié)同共存，因此可再生能源與現(xiàn)有化石能源的耦合協(xié)同技術(shù)對(duì)能源系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全、持續(xù)運(yùn)行非常重要。需要開(kāi)展持續(xù)研究，以實(shí)現(xiàn)既可以滿足能源系統(tǒng)的低（零）碳要求，同時(shí)可以滿足經(jīng)濟(jì)性和安全性的要求。

3.4" 能源和其他領(lǐng)域融合技術(shù)

數(shù)字能源技術(shù)、微電網(wǎng)、虛擬電廠、人工智能（AI）等技術(shù)的發(fā)展為加快能源轉(zhuǎn)型提供了支撐，同時(shí)這些技術(shù)的應(yīng)用也是巨大挑戰(zhàn)。

加速降低各應(yīng)用場(chǎng)景的煤炭用量和高碳工業(yè)過(guò)程的綠色低碳變革，需要結(jié)合具體應(yīng)用場(chǎng)景，與用能過(guò)程深度耦合，以形成切實(shí)可行的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)能源與應(yīng)用場(chǎng)景的融合協(xié)同。

4" 可再生能源綜合系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

4.1" 和高載能產(chǎn)業(yè)結(jié)合的區(qū)域級(jí)低碳、低成本可再生能源綜合系統(tǒng)

以鋼鐵、冶金、水泥、化工、數(shù)據(jù)中心等為代表的高載能產(chǎn)業(yè)的耗能大，低碳工藝流程變革難，面臨降本、減碳、技術(shù)升級(jí)的多重壓力。高載能產(chǎn)業(yè)的用電量約占中國(guó)電力消費(fèi)的50%。對(duì)于高載能產(chǎn)業(yè)（例如：鋼鐵、冶金等）而言，只要有成本足夠低且足夠量的綠氫就可以實(shí)現(xiàn)低碳甚至零碳工藝變革?？稍偕茉春透咻d能產(chǎn)業(yè)、綠氫技術(shù)直接結(jié)合，建立區(qū)域級(jí)低碳、低成本的可再生能源綜合系統(tǒng)。根據(jù)本文初步估算，在風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源資源豐富的地區(qū)，可再生能源綜合系統(tǒng)的供能成本有望下降20%～50%。

4.2" 縣域級(jí)100%可再生能源綜合系統(tǒng)的技術(shù)研究與示范

中國(guó)大部分縣域的年用電量從幾億kWh到10億～20億kWh不等，因此在中國(guó)大部分縣域建設(shè)“冷熱電”聯(lián)供的100%可再生能源綜合系統(tǒng)可就近滿足用能需求，不但實(shí)現(xiàn)了零碳，而且用能成本也比現(xiàn)有的能源體系更經(jīng)濟(jì)。

中國(guó)西部、東北部地區(qū)的可再生能源資源豐富，用能負(fù)荷小且需要供暖，因此此類地區(qū)最適合開(kāi)展示范項(xiàng)目；另外，根據(jù)本文初步估算，華北地區(qū)和沿?？h域也可開(kāi)展示范項(xiàng)目。

4.3" 鄉(xiāng)村振興邊遠(yuǎn)農(nóng)牧區(qū)的100%可再生能源解決方案

中國(guó)利用可再生能源解決了無(wú)大電網(wǎng)覆蓋地區(qū)居民的基本生活用電問(wèn)題，在發(fā)展中國(guó)家首先實(shí)現(xiàn)每戶居民都可用電，創(chuàng)造了奇跡。隨著可再生能源成本的大幅下降、技術(shù)的發(fā)展和生活水平的提高，就地采用可再生能源和節(jié)能建筑結(jié)合，可解決居民的用電、取暖、炊事等用能需求，不但技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上富裕的農(nóng)牧民也可承受。根據(jù)本文初步估算，在無(wú)大電網(wǎng)覆蓋地區(qū)，每戶居民投入20萬(wàn)～30萬(wàn)元就可以建成節(jié)能住房和能源系統(tǒng)，用能水平可達(dá)到歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的家庭用能水平。

4.4 “源網(wǎng)荷”一體的可再生能源大規(guī)?；?/p>

以電力外送為主的西部地區(qū)大型風(fēng)光可再生能源基地面臨送出通道容量瓶頸、輸送成本高而就地消納負(fù)荷不足的問(wèn)題；技術(shù)上也存在電源側(cè)發(fā)電量和負(fù)荷側(cè)能源需求及二者匹配不確定性大、系統(tǒng)架構(gòu)和容量配比需要科學(xué)優(yōu)化和技術(shù)創(chuàng)新的問(wèn)題。新建的大型可再生能源基地多采用“風(fēng)光火”打捆外送的方式，其中“風(fēng)光”的發(fā)電量占送出電量的50%左右。在近些年火電的年滿發(fā)小時(shí)數(shù)持續(xù)下降的大趨勢(shì)下，在可再生能源基地的電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)還在新建火電裝機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，西部地區(qū)大型可再生能源基地的電力外送解決方案還需要繼續(xù)研究和優(yōu)化。

除送出通道容量的限制外，隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電的上網(wǎng)電價(jià)遠(yuǎn)低于化石能源發(fā)電的并網(wǎng)電價(jià)，利用西部大型可再生能源基地遠(yuǎn)距離外送的成本和在負(fù)荷附近就近開(kāi)發(fā)可再生能源綜合系統(tǒng)的成本孰高孰低也需要進(jìn)一步研究探討。

4.5" 園區(qū)、建筑等典型應(yīng)用場(chǎng)景的可再生能源綜合系統(tǒng)

利用分布式可再生能源綜合系統(tǒng)解決園區(qū)、建筑的“冷熱電”用能需求，實(shí)現(xiàn)園區(qū)的100%可再生能源供能，除了技術(shù)上可行之外，在風(fēng)電、光伏發(fā)電等成本持續(xù)下降的趨勢(shì)下，經(jīng)濟(jì)上也開(kāi)始具有競(jìng)爭(zhēng)力，是需要重點(diǎn)研究的典型應(yīng)用場(chǎng)景之一。按現(xiàn)有電力系統(tǒng)的運(yùn)行模式，分布式光伏發(fā)電、分散式風(fēng)電等的接入和消納面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。多能源互補(bǔ)、“冷熱電”聯(lián)供、集“源網(wǎng)荷”于一體是技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)，從技術(shù)及政策機(jī)制上都需要?jiǎng)?chuàng)新。

5" 結(jié)論

本文通過(guò)分析中國(guó)能源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀、能源轉(zhuǎn)型面臨的主要挑戰(zhàn)，研究了適合中國(guó)國(guó)情的低碳、低成本的能源轉(zhuǎn)型現(xiàn)實(shí)路徑，提出了以可再生能源為主體、多能源互補(bǔ)、“冷熱電”聯(lián)供、集“源網(wǎng)荷”于一體的解決方案——可再生能源綜合系統(tǒng)；然后對(duì)可再生能源綜合系統(tǒng)的現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，并分析了其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。研究得出以下結(jié)論：

1）圍繞用戶側(cè)構(gòu)建分層次、分場(chǎng)景的以可再生能源為主的集“冷熱電”“源網(wǎng)荷”于一體的新型能源系統(tǒng)，是中國(guó)實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的系統(tǒng)解決方案。

2）先立后破，進(jìn)行以風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源為主體的新應(yīng)用場(chǎng)景、新應(yīng)用模式、新技術(shù)的研究與示范。在風(fēng)能、太陽(yáng)能資源豐富地區(qū)，以可再生能源為主和高載能產(chǎn)業(yè)直接結(jié)合，與現(xiàn)有供能體系的供能成本相比有望大幅降低。

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RESEARCH ON PRESENT SITUATION AND FUTURE DEVELOPMENT TREND OF RENEWABLE ENERGY INTEGRATED SYSTEM

Shao Guiping，Xu Honghua

（Institute of Electrical Engineering，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China）

Abstract：This paper analyzes the present situation of China's energy structure and the main challenges faced by energy transformation，combined with future energy demand，and studies a low-carbon and low-cost energy transformation path suitable for China's national conditions. It proposes a new type energy system solution that focuses on renewable energy as the main body，complements multi energy sources，combines \"cooling-heating-power\"，and integrates \"source-network-load\"，which is a renewable energy integrated system. Then，the current status and key technologies of renewable energy integrated systems are studied，and their future development trends are analyzed. The research results show that building a hierarchical and scenario based new type energy system centered around the user side，with renewable energy as the main body，integrates \"cooling-heating-power\" and \"source-network-load\" around the user side is a systematic solution for China to achieve energy transformation.

Keywords：renewable energy integrated system；carbon neutrality；new type energy systems；energy transformation；energy structure；multi energy complementarity

收稿日期：2024-06-06

基金項(xiàng)目：中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展資金（2023ZY0020）

通信作者：邵桂萍（1979—），女，碩士、高級(jí)工程師，主要從事可再生能源綜合系統(tǒng)方面的研究。gpshao@mail.iee.ac.cn