隨著風(fēng)電和光伏在發(fā)電量中所占比例持續(xù)增長(zhǎng)，發(fā)電過(guò)剩和短缺的變化或?qū)牡矫啃r(shí)或每日擴(kuò)展到季節(jié)性時(shí)間尺度。解決可再生能源的季節(jié)性變化意味著在電力系統(tǒng)中，全年都需要不同程度的靈活性資源。
國(guó)際能源署日前發(fā)布題為《管理可再生能源的季節(jié)性和年際波動(dòng)》的報(bào)告(下稱(chēng)“報(bào)告”)。報(bào)告指出，波動(dòng)性可再生能源(下稱(chēng)“VRE”)在未來(lái)電力系統(tǒng)中的發(fā)電占比將超過(guò)70%，這需要多種靈活性資源來(lái)管理其在時(shí)間尺度和季節(jié)性方面的波動(dòng)性。值得注意的是，具有高VRE水平的電力系統(tǒng)所需要的季節(jié)性靈活服務(wù)，可由現(xiàn)有的火電和水電來(lái)提供。最終，隨著能源系統(tǒng)向凈零排放過(guò)渡，電力系統(tǒng)中的所有彈性服務(wù)都需要完全脫碳。
可再生能源正迅速改變?nèi)螂娏ο到y(tǒng)。報(bào)告指出，預(yù)計(jì)到2025年，可再生能源將超過(guò)煤炭，成為全球最大的電源種類(lèi);預(yù)計(jì)到2027年，全球?qū)⑿略?400吉瓦可再生能源裝機(jī)容量，發(fā)電量將增長(zhǎng)10%，達(dá)38%。這相當(dāng)于過(guò)去20年可再生能源增長(zhǎng)的總量，也相當(dāng)于中國(guó)目前的可再生能源總裝機(jī)容量;預(yù)計(jì)到2030年，可再生能源的增長(zhǎng)速度將超過(guò)全球電力需求的增長(zhǎng)速度。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，可再生能源將成為全球主要的電力來(lái)源。報(bào)告顯示，到2027年，VRE將占未來(lái)5年全球可再生能源發(fā)電增量的80%，改變電力系統(tǒng)運(yùn)行方式。
國(guó)際能源署的最新數(shù)據(jù)表明，化石燃料的需求峰值正在臨近。國(guó)際能源署署長(zhǎng)法提赫·比羅爾近日在《金融時(shí)報(bào)》發(fā)表文章指出，當(dāng)前清潔技術(shù)正蓄勢(shì)待發(fā)。“清潔技術(shù)正迅速發(fā)展，這一點(diǎn)眾所周知，但很多人沒(méi)有意識(shí)到這種變化有多快。”
法提赫·比羅爾進(jìn)一步分析稱(chēng)，以太陽(yáng)能為例，過(guò)去兩年，光伏在全球的安裝速度與2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放路徑中設(shè)想的完全一致;與此同時(shí)，全球許多地方的核電重啟，也在推動(dòng)低碳電力發(fā)展;熱泵對(duì)建筑的可持續(xù)和安全供暖至關(guān)重要，過(guò)去兩年在歐洲和其他地方的銷(xiāo)量一直在快速增長(zhǎng)。以這種增速看，到2030年，熱泵在全球建筑供暖中的份額將翻番;電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量正在飆升，2022年占全球汽車(chē)市場(chǎng)的近15%，而兩年前這一數(shù)字還不到5%。
國(guó)際能源署預(yù)計(jì)，未來(lái)幾年，越來(lái)越多國(guó)家的VRE發(fā)電量占比將提高，這將導(dǎo)致越來(lái)越多的電力過(guò)剩。同時(shí)，在VRE發(fā)電相對(duì)較低的時(shí)期，更需要其他電源支撐。這種波動(dòng)變化最終將不限于每小時(shí)或每天，而是擴(kuò)展到每月和季節(jié)性的時(shí)間尺度。
要解決這種季節(jié)性變化，意味著在電力系統(tǒng)中，全年都需要不同程度的其他電源或靈活性調(diào)節(jié)資源。例如，中國(guó)處于溫帶氣候帶，季節(jié)變化較為復(fù)雜：夏季由于制冷而導(dǎo)致用電尖峰，冬季由于供暖而導(dǎo)致用電尖峰。由于冬季平均風(fēng)力較大，風(fēng)電有助于滿(mǎn)足電力需求高峰，而夏季太陽(yáng)能發(fā)電通常處于高位，水力發(fā)電能力也較為充足。
報(bào)告認(rèn)為，在未來(lái)高VRE的電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的火力發(fā)電僅提供一年總發(fā)電量的5%-15%，它們是季節(jié)性靈活性發(fā)電資源的主要來(lái)源：在一年中的關(guān)鍵時(shí)期，火力發(fā)電將支撐一半到2/3的季節(jié)性靈活性用電需求。同時(shí)，火電廠(chǎng)每年的平均使用時(shí)間可能僅為500至2000小時(shí)，大大低于當(dāng)前全球平均使用時(shí)間——4000小時(shí)。火電要實(shí)現(xiàn)從大規(guī)模發(fā)電到靈活供電的過(guò)渡，需要各方面的管理，以確保電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、安全和清潔。
此外，水電是僅次于火電的第二大季節(jié)性靈活性發(fā)電資源，將提供季節(jié)性靈活性用電需求的1/3至一半。然而，由于每年降水和融雪的不確定性，水電有著顯著的年際變化。如果不把水電的波動(dòng)性問(wèn)題作為能源基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃的一部分，并加以適當(dāng)處理，可能會(huì)造成電力供應(yīng)短缺問(wèn)題。
據(jù)悉，國(guó)際能源署制定了一個(gè)安全且經(jīng)濟(jì)的風(fēng)能和太陽(yáng)能一體化框架。這一框架要求，大幅增加電力系統(tǒng)中各種形式的靈活性資源，包括更強(qiáng)大的電網(wǎng)互聯(lián)和需求側(cè)措施，以及可負(fù)擔(dān)的儲(chǔ)能和可調(diào)度的電力供應(yīng)能力。例如，電動(dòng)汽車(chē)的智能充電和工業(yè)需求響應(yīng)可支撐30%-35%的短期靈活性用電需求。
然而，隨著能源系統(tǒng)向凈零排放過(guò)渡，化石燃料發(fā)電最終將被其他清潔的靈活性發(fā)電資源所取代。報(bào)告指出，氫、氨等低排放燃料可以被視為助力脫碳的靈活性資源。目前，高成本仍然是氫、氨廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵障礙。在各國(guó)開(kāi)始建設(shè)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的同時(shí)，對(duì)氫、氨燃料運(yùn)輸、儲(chǔ)存和供應(yīng)的投資也需要大幅加快。
