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    國內(nèi)新能源行業(yè)的發(fā)展前景如何?
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    國內(nèi)新能源行業(yè)的發(fā)展前景如何?

    2022-12-13

    新能源產(chǎn)業(yè)的整體前景非常好。能源是世界發(fā)展和經(jīng)濟增長最基本的驅(qū)動力,是人類生存的基礎,世界能源結(jié)構經(jīng)濟主要是柴火、煤炭和石油時代,現(xiàn)在逐漸向天然氣轉(zhuǎn)變,同時水、光、電、太陽能等可再生資源也得到廣泛應用。

    作者:西門子中國鏈接:https:// ** .www.agent-diploma.com來源:知乎作權歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請聯(lián)系作者獲得授權,非商業(yè)轉(zhuǎn)載請注明出處。新能源發(fā)電和微電網(wǎng)技術在中長期(5-10年)的發(fā)展前景非常好,但這兩種技術在短期內(nèi)各有突破,難以廣泛應用。本文主要以國內(nèi)情況為例,與朋友們討論。一、新能源發(fā)電的發(fā)展與前景圖 1 光伏電站表明,新能源發(fā)電的發(fā)展前景始于新能源發(fā)電。新能源發(fā)電一般是指太陽能、地熱能、風能、核能、生物質(zhì)能、海洋能、氫能等傳統(tǒng)能源(如煤炭)以外的能源形式發(fā)電。可以看出,新能源發(fā)電的手段多種多樣,不同的能量形式可以根據(jù)不同地理環(huán)境的特點轉(zhuǎn)化為電能。同時,與化石燃料不同,這些能量形式在燃燒過程中會產(chǎn)生大量污染物,新能源發(fā)電更加清潔。(當然,新能源發(fā)電設備和系統(tǒng)的制造和建設也會產(chǎn)生能耗和污染。)從長遠來看,新能源因地制宜、相對清潔的特點確實符合人類社會的需要,既能解決人口增長帶來的能源需求,又能減少能源生產(chǎn)對環(huán)境的影響。值得注意的是,解決環(huán)境問題不僅可以簡單地解決空氣和水資源的污染問題,還可以解決環(huán)境污染帶來的社會、健康甚至生態(tài)平衡問題。因此,盡管目前新能源發(fā)電的發(fā)展遇到了許多困難,但絕大多數(shù)國家和政府仍將其列為勢在必行的能源解決方案。這就是新能源發(fā)電中長期發(fā)展前景良好的原因。短期內(nèi)新能源發(fā)電需要克服哪些障礙?首先是新能源本身技術的不成熟。技術的不成熟體現(xiàn)在以下幾個方面:新能源發(fā)電設備和系統(tǒng)的發(fā)電成本較高。與形成集中效應的傳統(tǒng)化石能源發(fā)電系統(tǒng)相比,新能源發(fā)電設備和系統(tǒng)的每瓦施工單價往往較高,使用壽命短,維護不到位,整體發(fā)電成本較高。由于設計理念和材料的限制,目前新能源發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換效率較低,如光伏一般不到20%[1],而風電約為40-50%[2]。當然,就效率而言,傳統(tǒng)燃煤火電站約為40%[3],但其良好的集中效應和高可控性降低了其實際成本。要克服這一點,需要對新能源發(fā)電設備和技術的研發(fā)進行持續(xù)的長期投資。無論是創(chuàng)造新的發(fā)電材料還是采用新的能源形式,都需要進一步降低其發(fā)電成本。然而,回顧過去十年,新能源發(fā)電的成本每五年可以下降30%~50%。如果這種勢頭繼續(xù)下去,新能源發(fā)電的競爭力將很快達到與傳統(tǒng)能源競爭的水平。此外,為了鼓勵新能源發(fā)電的發(fā)展,國家和地區(qū)政府也出臺了合理的補貼政策(補貼有時是新能源發(fā)電發(fā)展的雙刃劍,這里不重復)。第二個障礙是新能源需要因地制宜的特點。新能源的發(fā)展不是由該地區(qū)的需要決定的,而是由該地區(qū)的地理條件決定的。例如,光伏發(fā)電適用于輻照和輻照時間較長的地區(qū)。風力發(fā)電需要依靠當?shù)氐娘L力資源,更不用說潮汐能和地熱能了。由于地理條件決定發(fā)電模式的特點,新能源發(fā)電設備和系統(tǒng)的建設無法跟上真正的能耗需求,特別是對于西北地區(qū)的優(yōu)質(zhì)風光資源,電力需求集中在東南沿海地區(qū),新能源發(fā)電難以覆蓋真正的需求。長途輸電產(chǎn)生的系統(tǒng)建設成本和電能損耗將進一步增加新能源發(fā)電的實際生產(chǎn)成本,從而制約其發(fā)展。在這種情況下,西部相對豐富的新能源發(fā)電資源可以通過建立特高壓輸電線路與東南緊缺的能源市場對接,但特高壓輸電的成本和技術成熟度需要進一步優(yōu)化;另一種解決方案是將部分能源消耗產(chǎn)業(yè)從東向西轉(zhuǎn)移,但這涉及到整個產(chǎn)業(yè)鏈、配套設施和服務的轉(zhuǎn)移,可以在一夜之間完成,但總的來說,我國西部發(fā)展規(guī)劃方向。第三個障礙是新能源發(fā)電的不可控特性。由于新能源發(fā)電的大部分來源是自然能源,如陽光、風和潮汐,雖然它們的發(fā)生有跡可循,但大多數(shù)頻率和強度都無法人為控制。第三個障礙是新能源發(fā)電的不可控特性。由于新能源發(fā)電的大部分來源都是自然能源,如陽光、風和潮汐,雖然它們的發(fā)生有跡可循,但大多數(shù)頻率和強度都無法人為控制。新能源發(fā)電可以說是看天空,人們只能被動地接受發(fā)電量和發(fā)電時間的波動。這一特點對定期的人類生產(chǎn)活動非常不利。它可能不會在發(fā)電時使用,造成浪費;也有可能在用電時發(fā)電不足,影響生產(chǎn)生活。不僅如此,電力系統(tǒng)的特性決定了能源生產(chǎn)者應盡可能穩(wěn)定,以確保整個系統(tǒng)供電質(zhì)量(電壓和頻率)的穩(wěn)定,這對電力設備和相應的生產(chǎn)活動非常重要。電能不穩(wěn)定會導致電機運行狀態(tài)不穩(wěn)定,影響生產(chǎn),如制造業(yè)次品。這一特點決定了新能源發(fā)電要么僅作為傳統(tǒng)能源的補充,減少其不穩(wěn)定性對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響,要么需要使用儲能設備來調(diào)整其發(fā)電質(zhì)量和時間段。降低新能源比例不利于新能源的發(fā)展,但目前儲能設備的使用成本較高,難以反映經(jīng)濟價值,難以廣泛使用。因此,從長遠來看,儲能技術的發(fā)展是解決新能源發(fā)電不可控性的一種方法。與新能源本身的技術水平相同,它需要持續(xù)的長期投資,而不是短期內(nèi)可見的結(jié)果。說到儲能與新能源發(fā)電設備配合的場景,可以引入微電網(wǎng)技術的發(fā)展。微電網(wǎng)發(fā)展前景圖 2 微電網(wǎng)示意圖微電網(wǎng)(Micro-Grid)一般是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負荷、監(jiān)控和保護裝置組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)??梢钥闯?,微電網(wǎng)實際上是一個完整的小型電力系統(tǒng),它有兩個主要特點:一是微電網(wǎng)具有完全控制和調(diào)度內(nèi)部設備和系統(tǒng)的能力;二是微電網(wǎng)既是發(fā)電側(cè)又是用電側(cè)。這兩個特點決定了微電網(wǎng)技術符合電力系統(tǒng)發(fā)展的兩個總體趨勢,即通過增加分布式能源系統(tǒng)的數(shù)量和類型來提高能源結(jié)構(增加新能源和清潔能源的比例,多能互補)和整體系統(tǒng)效率(減少遠程輸電損失,增加系統(tǒng)峰值調(diào)整能力),并通過生產(chǎn)消費者(prosumer,提高能源系統(tǒng)需求響應能力(進一步提高系統(tǒng)峰值調(diào)整能力,降低峰值調(diào)整成本)和互聯(lián)能力(能源交易市場化,降低能源成本)。具體來說,對于第一個趨勢,微電網(wǎng)技術可以使內(nèi)部能源的使用更加合理,補充各種能源,提高整體系統(tǒng)效率,降低能源消耗成本,增加新能源和清潔能源的比例。具體來說,對于第一個趨勢,微電網(wǎng)技術可以使內(nèi)部能源的使用更加合理,補充各種能源,提高整體系統(tǒng)效率,降低能源成本,增加新能源和清潔能源的比例。例如,儲能和光伏的互補性可以解決大容量光伏接入系統(tǒng)造成的穩(wěn)定性問題。由此可見,微電網(wǎng)的多能互補能力使得更多分布式能源可以在當?shù)叵?,從而減少了遠距離輸電和碳排放的損失。同時,通過對分布式能源和儲能設備的合理控制,微電網(wǎng)可以幫助大電網(wǎng)調(diào)節(jié)高峰時段的電壓,變相提高整體電力效率,降低電網(wǎng)建設成本。此外,由于發(fā)電能力和完全自控能力,微電網(wǎng)不僅可以合理響應電網(wǎng)或周邊地區(qū)的能源調(diào)度,還可以獨立參與市場能源交易和競爭,還可以降低電力系統(tǒng)的峰值調(diào)整壓力和整體能源成本。因此,從中長期來看,微電網(wǎng)技術的發(fā)展不僅是順應潮流的結(jié)果,也是引領潮流的關鍵。盡管如此,微電網(wǎng)技術在短期內(nèi)也存在許多障礙。障礙主要來自兩個因素:一是內(nèi)部因素,即微電網(wǎng)本身技術和底層設備功能的限制;二是外部因素,即電力系統(tǒng)相關政策的滯后性。從內(nèi)因來看,微電網(wǎng)技術還需要不斷發(fā)展。例如,為了準確高效地實現(xiàn)多功能互補性和設備控制,微電網(wǎng)不僅需要實時反饋電信號作為判斷控制動作的依據(jù),還需要了解短期甚至中長期系統(tǒng)的運行。也就是說,微電網(wǎng)的高效控制離不開高精度發(fā)電和負荷預測。該預測需要考慮環(huán)境(溫度、濕度、輻照、風速等)、經(jīng)濟(能源價格、用戶側(cè)生產(chǎn)活動歷史數(shù)據(jù)等)、系統(tǒng)當前狀態(tài)、歷史運行數(shù)據(jù)和運行目標,建立數(shù)學模型,應用高精度的發(fā)電和負荷預測,然后指導和優(yōu)化整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的實時控制策略。動態(tài)智能系統(tǒng)從建模到預測再到優(yōu)化,可以幫助微電網(wǎng)最大化資產(chǎn)和能源利用效率。然而,這很容易做到。即使人工智能和各種先進算法已經(jīng)試圖應用于各行各業(yè),也需要一段時間才能真正反映效果和產(chǎn)品化,并與底層電氣設備和控制終端無縫合作。微電網(wǎng)內(nèi)分布式發(fā)電設備和儲能設備的成本除了需要時間來發(fā)展控制技術外,也是制約其快速發(fā)展的因素。正如文章前部所述,大多數(shù)分布式能源都是新能源,其成本需要通過技術積累才能慢慢降低到市場可接受的水平。當然,成本相對較高也與外部環(huán)境無關。外部電力系統(tǒng)的政策對微電網(wǎng)至關重要。該政策不僅局限于對某一應用程序的補貼,還關于電力輸配是否能真正分離,電力交易是否能真正市場化。只有真正開放的電力交易市場才能孵化出有效的商業(yè)模式,真正促進微電網(wǎng)及相關技術的發(fā)展。當然,作為國家命脈,電力系統(tǒng)或能源系統(tǒng)的主要目標是確保能源的可靠供應。綜上所述,新能源發(fā)電和微電網(wǎng)技術的未來是可以期待的,能源相關產(chǎn)業(yè)的升級總是會導致大量的產(chǎn)業(yè)變化,這可能是改變?nèi)藗兩罘绞降臋C會。圖 3 虛擬電廠示意圖

    本文由西門子工程師撰文回答,希望能幫助西門子(中國)有限公司的朋友和關注這個話題的朋友。 智能基礎設施集團智能能源部 微網(wǎng)業(yè)務拓展總監(jiān) 崔宇



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