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双碳目标下构建新型能源系统的若干思考

信息来源:广州城投研究院 发布时间:2024-06-20

  本文简要介绍了国内外能源系统的发展现状和趋势,阐述了我国能源系统发展面临的问题和发展特点,并提出构建新型能源系统的发展建议。

  一、能源系统的发展现状和趋势

  (一)国内外能源系统发展现状

  从国际能源消费总量来看,2021年,世界一次能源消费总量约为200亿吨标准煤,其中原煤、原油、天然气、核电、水电、非水可再生能源分别占一次能源总消费量的27.0%、33.1%、24.2%、4.3%、6.4%、5.0%,不难看出,目前能源消费仍以化石能源为主。

  从国际能源消费增长率来看,过去10年能源消费平均年增长率1.5%。目前,世界一次能源的消费增长主要由非水可再生能源(太阳能、风能、生物质能、地热等)和天然气主导。2021年,世界非水可再生能源消费增长同比增长率12.2%,尤其是风能和太阳能消费量同比增长率分别为12.1%、23.0%,而煤炭在能源消费结构中的占比呈现逐年下降趋势。

  从国内能源消费总量来看,2021年中国一次能源消费量为52.4亿吨标准煤1,占世界能源一次消费量的四分之一。

  (二)国内外能源系统发展趋势

  在全球气候变化和能源安全等问题长期施加压力的背景下,世界能源发展面临重大转型。这一转型将趋向于大力开发和利用可再生能源,以减少对化石能源的依赖程度。预计到2050年,能源供给结构中将有70%来自低碳能源,其中包括可再生能源和核能。尽管化石燃料仍然不可或缺,但煤炭和石油(除石化行业等特定领域)的使用将显著减少。在能源系统转型过程中,天然气作为一种清洁、高效能源仍将发挥作用,以确保电力系统的灵活性并替代高碳能源。

  针对当前的经济形势,中国有必要积极构建下一代新型能源系统。可以通过优化能源供给、提高能源综合利用率、淘汰落后产能、大力发展储能技术,以及推动终端能源使用的节能增效来实现。以此在保障我国经济不断扩大的同时,提升电力系统的稳定性和调控的灵活性,降低与能源有关的碳排放指标,增强我国在国际上的综合竞争力。

  二、我国能源系统的建设发展现状

  (一)我国能源系统发展面临的问题

  长期以来,我国能源结构以煤炭为主,各类能源计划单独制定,导致不同类型能源发展不平衡,能源转化效率低。尤其在高比例可再生能源接入电力系统的情况下,需要加强多能源综合利用的技术研究和工程实践。

  (二)我国新型能源系统的发展特点

  1.形成以非化石能源为主的能源消费结构。随着非化石能源在一次能源消费中的占比显著增加,未来的新型能源系统将以电力为核心,包括水电、风电、太阳能等可再生能源电力以及核电等形式构成能源消费结构。

  2.集中式和分布式能源生产协同发展。在新型能源系统的源端,中东西部地区将发挥各自区域的能源生产优势,扩大协同发展优势。

  3.配置储能设施化解稳定性问题。通过配置适量的储能设施,更好地解决可再生能源接入电网时的稳定性问题,提升电网对可再生能源的消纳能力。

  4.努力优化可再生能源跨季短缺问题。考虑规模化发展可再生能源转化为可存储、可运输、可分布式使用的氢能,促进解决可再生能源的跨季短缺问题。

  5.利用分布式能源资源满足各领域能源需求。在城市、区县等能源终端消费端,利用电网电力、分布式光伏、分散风电、天然气、地热等分布式能源资源,能够清洁、高效地满足建筑、交通、工业、居民等各个领域的能源需求。推动综合能源系统的发展,提高能源消费的整体能效,控制能源消费总量,降低能源强度,助力形成“低能耗、高效率、可持续”的经济发展模式。

  三、构建新型能源系统的发展建议

  根据工业、建筑物和交通运输三个领域的能源使用形式分析,大致可推算出三种终端用能形式的总体分布为:约三成为电力使用,运输驱动力(包括最终由电力转换而来的能源)约占三成,剩下的部分主要用于冷、暖、热、蒸汽等其他用途。因此,提出以下几点发展建议:

  (一)优化工业领域综合能源系统,降低企业能源成本

  在复杂的工业设备中,嵌入储能、空调、暖气等系统,并实时监测能源数据,远程运维和控制所有用能设备系统,通过调峰和负载管理来提高能源使用效率,帮助企业降低能源成本。

  首先,利用以天然气为主要燃料的冷热电联供系统,实现电、冷、热、气多能互补,提高整个系统的一次能源利用率,实现能源的梯级利用。同时,考虑提供并网电力作为能源互补,增加整个系统的经济收益及使用效率。

  其次,利用风力发电、光伏发电、柴油发电、储能系统多能互联的模式,结合电压变换装置和各分布式电源之间的相位同步问题,选择直流微网、交流微网或交直流混合微网形式,降低系统建设成本,并提高其控制能力。    

  (二)推动建筑领域能源方式变革,实现建筑节能减碳

  在构建新型能源系统战略的指导下,政府部门和市场企业需要积极适应能源供给结构的变化,共同推动能源使用方式的变革,提升电气化水平,大力发展光伏建筑一体化,推广建筑直流供电和分布式储能系统,引入综合能源管理,实现中央空调、光伏发电、充电设施以及电/冷/热储能等多能源设备的协调优化控制,实现建筑节能和减少碳排放的目标。

  (三)实现交通电气化改造,提升综合运行效率

  为解决交通运输、仓储和邮政业在能源消耗量大、污染排放、能源安全三大方面的核心问题,交通运输部门进行电气化改造,降低污染排放,集中排放源,利用电能相关技术实现更高的综合运行效果。特别是推行轨道电气化改造、燃料电池汽车商业化应用、新能源汽车与电网(V2G)能量互动等,将有效促进国家节能减排水平和社会运行效率的提升。

  (四)布局新型储能技术,构建便捷、高效、环保的电力世界

  锂离子电池储能、压缩空气储能、液流电池储能、飞轮储能、重力储能、液态空气储能、二氧化碳储能等新型储能技术基本完成研发并逐步落地实施。尽管尚未大规模普及,但正值布局新型储能技术的关键时期。随着全球能源行业的发展,新型储能技术将更广泛地应用于各个领域。企业可根据所在行业特点和资金规模,“因地制宜”,布局适合企业发展的新型储能技术。

  四、综合能源系统建设案例分享

  尊龙凯时投资大厦综合能源项目位于广州市海珠区琶洲西区,总用地面积为16176平方米,包括地下5层地下室和建筑面积为23140平方米的地上25层办公塔楼。该项目充分利用空间,拥有光伏系统总装机容量为37.56kWp,移动储能系统规模为250kW/500kWh,34套交直流充电桩总功率达690kW,冰蓄冷主机蓄冰工况制冷量为247.6RT,以及一套综合能源管理平台。

  尊龙凯时投资大厦光伏发电系统每年约可发电89.59MWh,平均每年间接减少碳排放24.37吨;690kW交直流充电系统等同于每年减少燃油175吨,减排二氧化碳543吨;250kW/500kWh移动储能系统可在夜间低谷时充电储能,白天负荷紧张时为大厦供电;空调系统利用夜间低谷时段启动蓄冰,在白天响应负荷约175kW,持续调控时间达7小时。该项目每年可节能289MWh,减少碳排放621.8吨,需求侧响应最高负荷为525kW,调控时间为2小时。

  在实施“双碳”目标的过程中,该项目通过多能协同的综合能源管理实现了高效能源利用。这一举措不仅保障了电力使用的稳定性,同时也实现了节能减碳的目标。

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