新能源与可再生能源包括哪些能源?它们各自的特点和共同的特点是什么?
新能源又称非常规能源,是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源。包括:太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。
特点是:
1)资源丰富,普遍具备可再生特性,可供人类永续利用;
2)能量密度低,开发利用需要较大空间;
3)不含碳或含碳量很少,对环境影响小;
4)分布广,有利于小规模分散利用;
5)间断式供应,波动性大,对持续供能不利;
6)除水电外,可再生能源的开发利用成本较化石能源高。
可再生能源包括:太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等。
特点是它们在自然界可以循环再生。
共性:优于不可再生能源
1、扩大居民参与需求响应的条件,鼓励引导居民用户主动参与意识,鼓励居民用户通过负荷集成商申请参与需求响应,具备智能家居控制系统或空调(家庭制冷/取暖设备)远程控制系统的居民用户,可通过需求响应平台申请参与需求响应。
2、鼓励储能、充电桩等直接运营及收益方以独立户号参与需求响应,区别于关联用户营销户号,提升参与需求响应积极性。
在需求响应可中断电价标准中增加响应速度系数
为更好的应对因新能源出力日内波动等突发情况导致的时段性电力供需矛盾,用户可在较短时间内完成与电网互动,弥补电力平衡缺口尤为重要,近年来我省重点加强了各地用户“快上快下”负荷调节能力建设。将需求响应可中断负荷电价响应速度系数由原来的3挡细分为6挡,可以更好的激励用户进一步提升响应速度,实现“快上快下”错避峰。
按此计算,普通用户需求响应可中断负荷电价最高为45元/千瓦。
对通过需求响应临时性增加(填谷)负荷,促进可再生能源电力消纳,执行可再生能源消纳补贴。约定响应谷时段可再生能源消纳补贴为5元/千瓦,平时段补贴为8元/千瓦。
明确尖峰电价收支平衡原则
尖峰电价增收的资金用于需求响应可中断电价和可再生能源消纳补贴的支出,按照公平、公开、透明原则安排使用。当年尖峰电价增收资金大于需求响应补贴需支出总额时,按照电价标准予以补贴,尖峰电价资金可跨年滚动使用;当年尖峰电价增收资金小于需求响应补贴需支出总额时,按照尖峰电价增收与补贴发放收支平衡原则,对补贴发放按比例折算。
详情如下:
江苏省电力需求响应实施细则
(修订征求意见稿)
为进一步深化电力需求侧管理,优化资源配置,促进清洁能源消纳,保障电力系统安全、平稳、绿色、高效运行,推动能源高质量发展,根据国家《关于深入推进供给侧结构性改革做好新形势下电力需求侧管理工作的通知》(发改运行规〔2017〕1690号)、《电力需求侧管理办法(修定版)》、《有序用电管理办法》和《国家发改委关于江苏省实施季节性尖峰电价有关问题的复函》(发改价格〔2015〕1028号)《关于认真做好2022年迎峰度冬电力供应保障工作的通知》等文件,结合我省近年来开展电力需求响应工作实际和市场化改革情况,制订本实施细则。
一、实施需求响应的意义
需求响应是指电力市场价格明显升高(降低)或系统安全可靠性存在风险时,电力用户根据价格信号或激励措施,改变其用电行为,减少(增加)用电,从而促进电力供需平衡、保障电网稳定运行。
近年来,受电力需求刚性增长和近年来省内大型支撑性电源投产不足影响,全省电力供需总体趋紧。叠加冬季极端寒潮天气、夏季持续高温等因素影响,电力保供压力不断增大。主要呈现以下特点:一是电力供需总体处于“紧平衡、硬缺口”态势。近两年迎峰度夏(冬)用电高峰时期,我省电力供需总体处于“紧平衡、硬缺口”态势,局部短时段“缺电力”的现象频发,对保障大电网安全稳定运行,提升快速应急响应能力提出了更高要求。二是尖峰负荷供需矛盾突出。江苏电网近5年最高负荷95%以上尖峰负荷平均持续时间仅有35.6小时左右,为解决不足50小时的电网尖峰负荷缺口配置发供电资源既不经济也不科学,尖峰负荷供需矛盾凸显。三是新能源出力具有较强的波动性和间歇性。目前省内风电、光伏等新能源发电比例显著提高,总装机容量达到4370万千瓦。其出力与天气变化耦合紧密,风电出力最大时可达1924万千瓦,最小时仅有4.5万千瓦;光伏出力白天最大时可达1376万千瓦(全口径),晚间为0,大大增加电力平衡难度。四是空调、采暖等负荷逐年增长,加剧电网季节性峰谷差。近几年,第三产业及居民采暖、制冷负荷飞速增长,2022年夏季持续高温天气下,全省最高空调负荷约6000万千瓦,达到最高调度负荷49%,在全额保障大民生用电的原则下,电网调峰困难问题更加突出。
尽管通过传统的行政管理手段能够有效控制用电负荷,达到保障供用电秩序稳定的目的,但在一定程度上将对工业生产造成一定的影响,组织协调实施难度不断加大,同时也难以适应当前稳中求进的经济社会发展工作大局。因此,通过实施需求响应,运用经济杠杆,引导电力用户提高电能精细化管理水平,主动开展需求响应削峰填谷,最大限度的减小缺电对企业生产经营活动的影响,对切实做到保电力安全与保经济增长统筹兼顾,优化资源配置,提高全系统能源效率具有十分重要的意义。
二、实施原则与目标
(一)实施原则
需求响应工作坚持“安全可靠、公正平等、开放透明”的原则。安全可靠是需求响应量建设和响应执行的基础,既要保障电网运行稳定可靠,也要保障企业生产安全运行;公正平等原则是保障需求响应工作有效开展的前提,在实施过程中严格按照相关法律政策和约定规则公正执行,对所有参与用户公平公正;开放透明原则是保障需求响应工作持续推进的关键,参与规则简单清晰,面向社会公开,鼓励广大用户自愿参与。
(二)工作目标
一是建立完善需求响应体系。体系包括市场模式、响应规则、技术架构、数据管理等,实现用电与电网之间互联互通互动,促进电力资源优化配置,推动负荷管理科学化、用电服务个性化。
二是缓解电力供需矛盾。将市场化的需求响应作为需求侧负荷管理的前置手段和柔性措施,优先通过开展需求响应缓解供需矛盾,尽可能保障企业生产经营活动的正常开展,维护供用电秩序的稳定。
三是削减尖峰负荷。形成最大用电负荷5%以上的需求响应能力,当电网备用容量不足、局部过载或是峰谷差过大时,通过引导用户开展需求响应实现移峰填谷,减小峰谷差,提高电网负荷率和运行效率。
四是引导用户实施精细化负荷管理。大力推进企业电能管理系统建设,实现对参与响应的用电线路和设备在线监测,结合监测数据和能效分析,开展用户电力负荷优化,提高电能管理水平。
五是促进可再生能源消纳。建立可再生能源消纳激励机制,鼓励引导用户以填谷为目的主动提升负荷,更低成本、更环保地提高电力系统灵活性,适应可再生能源的波动性,充分保障可再生能源的正常消纳。
三、实施内容
(一)申请条件
申请参与需求响应的电力用户应满足以下条件:
1.具有独立省内电力营销户号;
2.非居民用户应具备完善的负荷管理设施及用户侧开关设备,且运行状态良好。
3.已实现电能在线监测,并接入江苏省电力需求侧管理平台和新型电力负荷管理系统。
4.鼓励居民用户通过负荷集成商申请参与需求响应,具备智能家居控制系统或空调(家庭制冷/取暖设备)远程控制系统的居民用户,可通过需求响应平台申请参与需求响应。
5.工业企业需符合国家相关产业政策和环保政策,具有较高的能源管理和利用水平。
6.负荷集成商作为单个用户申请参与需求响应,其集成的电力用户需满足上述条件。
7.拥有储能、充电桩设施、数据中心、基站等其他具备可中断负荷的用户和运营商可以独立户号参与需求响应。
8.鼓励智能家居企业等成为负荷集成商,参与需求响应。
(二)响应方式
需求响应分为约定需求响应和实时需求响应两种方式。
1.约定需求响应
在响应日或响应时段前,电力用户(负荷集成商)将收到省电力负荷管理中心通过新型电力负荷管理系统、手机APP、电话等多种方式发出的响应执行通知,告知响应时间段及响应量。电力用户(负荷集成商)在确定参与响应后,可协商确定计划响应量,并在响应时段自行调整用电负荷完成响应过程。
参与约定需求响应的用电设备须实现用电信息在线监测(数据采集周期为15分钟,包括用电信息采集系统、调度系统、调度一体化电量系统),并接入省电力需求侧管理平台。
2.实时需求响应
参与实时需求响应的设备应具备可立即中断或快速中断的负荷特性,响应方式以自动需求响应为主。省电力负荷管理中心通过江苏省电力需求侧管理平台或新型电力负荷管理系统以完全自动化(或半自动化)方式内与电力用户(负荷集成商)电能管理系统(生产管理系统、自动化系统、控制系统)、智能家居管理系统等完成指令发送、响应量确认和负荷下降全过程,响应速度应至少达到分钟级。
参与实时需求响应的用电设备应具备以下能力:
(1)在线监测:数据采集周期为30秒(包括用电信息采集系统、调度系统、调度一体化电量系统),上报江苏省电力需求侧管理平台。
(2)远程控制:可接收江苏省电力需求侧管理平台发出的负荷调控指令并及时执行。
(3)响应状态设置:出于安全性或经济性考虑,电力用户(负荷集成商)有权根据实际情况改变特定线路或设备的响应状态(参与或不参与响应),并通过系统接口实时告知江苏省电力需求侧管理平台。
(4)对用电线路或设备的负荷调控,可通过加装专用的远程控制终端或与电能管理系统(生产管理系统、自动化系统、控制系统)、智能家居管理系统等实现对接。实时需求响应过程必须确保安全,须充分考虑生产工艺、流程实际情况,结合用电设备运行特征,在要求响应时段内实现用电负荷科学有序调控。
(5)通信报文加密:监测数据上报及控制指令下发报文均按系统要求进行加密。(居民家庭用电参与实时需求响应暂不做此要求)。
出于用电安全考虑,省电力负荷管理中心在响应结束后只发出响应解除通知,不发送自动复电指令,各电力用户(负荷集成商)在收到响应解除通知后自行复电。
(三)响应原则
1.各地每年完成协议签订的需求响应可中断负荷容量应达到当年预计响应目标的150%,作为需求响应能力储备。
2.单个工业用户约定响应量一般为该企业最高用电负荷的5%-20%;如遇极端天气、设备突发故障、新能源出力大幅波动等不可抗力情况下,原则上在不影响企业用电安全前提下,约定响应量不受限制。
3.负荷集成商视为单个用户参与需求响应,每个负荷集成商约定的响应量原则上不小于1万千瓦。
4.约定和实时需求响应原则上1天不多于2次、每次不超过2小时。如遇极端天气、设备突发故障、新能源出力大幅波动等不可抗力情况下,按照调度指令执行。
5.居民用户原则上由负荷集成商代理参与实时需求响应。
6.若用户委托负荷集成商参与需求响应,应与负荷集成商签订需求响应可中断负荷业务委托协议,确定参与的设备以及负荷量,明确安全责任,并将协议上传至需求响应平台。
(四)响应启动条件
1.削峰需求响应启动条件
(1)全省或部分供电分区呈现电力供需平衡缺口时(但不包含发生全网或局部电网紧急事故状态下的电力缺口情况);
(2)全网用电负荷达到上一年度最高负荷的95%以上,或系统峰谷差率达到20%及以上;
(3)电网备用容量不足或局部负荷过载;
2.填谷需求响应启动条件
当用电负荷水平较低,电网调差能力不能适应峰谷差及可再生能源波动性、间歇性影响,难以保证电网安全稳定运行时,可启动填谷需求响应。
(五)响应实施
1、响应邀约
按照“一次申报、阶段邀约、随时调用”原则,电力用户(负荷集成商)每年年初根据自身实际自愿申报参与需求响应,省负荷管理中心分别在迎峰度夏和度冬前对申报成功的用户进行阶段性响应邀约(邀约时段一般为迎峰度夏和度冬相对应的时间节点),用户可再次确认参与响应的容量和时段,用户应邀后省电力负荷管理中心可根据电力供需形势随时调用需求响应资源。
2、响应启动
电力公司根据电力平衡缺口情况向省发改委提出需求响应启动申请,经同意后,省电力负荷管理中心向新型电力负荷管理系统发布各地需求响应调控指标信息,系统自动确定响应范围后通过新型电力负荷管理系统、手机APP、智能语音、电话等方式向用户(负荷集成商)发布响应执行通知,告知其负荷基线、响应量、响应时段。
当满足以下条件时,各设区市有权限自行启动需求响应执行,但事后必须向省发改委、省电力公司报备:地区或电网分区呈现供电缺口,且在当年省级调度或地区调度电网年度运行方式中已备案。
地市供电公司提出的需求响应启动请求经市发改委确认后,由地市发改委、供电公司根据实际需要确定负荷削减响应量,并向范围内的所有签约用户和负荷集成商发出响应通知。为统筹平衡全省需求响应资金使用,设区市自主发起的需求响应原则上全年不超过5次,否则需报省发改委、省电力公司同意后再实施。
3.响应量确认
收到需求响应通知的电力用户和负荷集成商应及时反馈是否参与响应及响应量,未反馈视为放弃参与。市电力负荷管理中心根据反馈信息统计汇总响应量,并决定是否扩大响应范围;响应量确认后,市电力负荷管理中心及时将信息反馈上报至省电力负荷管理中心。
4.响应执行
约定需求响应由电力用户和负荷集成商按照约定时间和容量执行已提前制定的需求响应方案。
实时需求响应电力用户(负荷集成商)的电能管理系统(生产管理系统、自动化系统、控制系统)或控制终端在接收到需求响应平台发出的响应指令后的1分钟内开始执行,在响应时段内完成响应负荷的调控。
约定响应结束时间为到达约定响应时刻,实时响应结束时间为下发允许恢复指令时刻。对于未按约定履行到位,且对电网安全产生严重影响的企业,纳入诚信评价体系,经向省发改委报备后可随时转为有序有电方式执行。
(六)效果评估
1.基线计算方法
约定需求响应选择电力用户在执行日前5个正常用电工作日所对应响应时段的负荷曲线(采集周期为15分钟)作为基线;实时需求响应选择电力用户在需求响应执行前2小时的负荷曲线(采集周期为30秒)作为基线。
负荷集成商的基线,以其集成的全体用户的基线合计得出。基线中出现的最大负荷称为基线最大负荷,根据基线计算出的平均负荷称为基线平均负荷。
其中以提升用电负荷为目标的填谷需求响应,基线一般选取相似日相应低谷时段负荷曲线(采集周期为15分钟)作为基线,具体将在响应邀约中予以明确;
2.评估标准
(1)通过新型电力负荷管理系统实时监测、自动记录并判断需求响应实施效果。省电力公司用电信息采集系统、调度系统、调度一体化电量系统等为核定用户关口负荷响应量和响应时间提供数据支撑。
(2)通过需求响应削减用电负荷时,电力用户(负荷集成商)在需求响应过程中如同时满足①响应时段最大负荷低于基线最大负荷;②响应时段平均负荷低于基线平均负荷,其差值大于等于响应量确认值的60%,则视为有效响应,否则视为无效响应。
(七)需求响应可中断负荷电价
1.对通过需求响应临时性减少(错避峰)的负荷按照其响应调控时间和响应速度执行可中断负荷电价。需求响应可中断负荷电价为调控时长对应电价标准乘以响应速度系数。
2.对通过需求响应临时性增加(填谷)负荷,促进可再生能源电力消纳,执行可再生能源消纳补贴。约定响应谷时段可再生能源消纳补贴为5元/千瓦,平时段补贴为8元/千瓦。
3.当地区电网需求小于申报容量时采用竞价模式,竞价上限不高于需求响应可中断负荷电价和可再生能源消纳补贴电价标准,优先选择申报价格低、响应容量大的用户(负荷集成商)参与响应。
4.尖峰电价增收的资金用于需求响应可中断电价和可再生能源消纳补贴的支出,按照公平、公开、透明原则安排使用。当年尖峰电价增收资金大于需求响应补贴需支出总额时,按照电价标准予以补贴,尖峰电价资金可跨年滚动使用;当年尖峰电价增收资金小于需求响应补贴需支出总额时,按照尖峰电价增收与补贴发放收支平衡原则,对补贴发放按比例折算。
5.负荷集成商视为单个用户参与响应,负荷集成商与电力用户的补贴分享比例由双方市场化协商确定。
6.负荷集成商和电力用户参与需求响应所得激励资金应优先用于电能在线监测系统建设,实现响应点的数据实时采集,并接入国家(省)电力需求侧管理在线监测平台。鼓励电能在线监测系统与工业自动化系统集成对接,促进实时自动需求响应能力建设。
(八)实施系统架构
需求响应的启动、沟通、执行和效果评估等各环节均需要数据和技术平台的支撑,整个响应过程涉及国家(省)电力需求侧管理平台、新型电力负荷管理系统、需求响应平台、负荷集成商电能管理系统以及电力用户电能管理系统(或需求响应系统等)等,其实施系统基本架构如下图:
其中,新型电力负荷管理系统提供用户关口负荷数据的监测,是统计约定响应实际效果的重要依据;国家(省)电力需求侧管理在线监测平台对响应点的实时负荷数据进行监测,是判定实时响应是否有效执行的重要依据。省电力负荷管理中心借助新型电力负荷管理系统,与电力用户(负荷集成商)实时双向互动,实现需求响应过程的组织协调。
四、有关工作流程
(一)组织申报
省发改委会同省电力公司根据电力供需形势编制年度需求响应方案,各设区市发改委、供电公司按照年度方案积极组织电力用户及负荷集成商申报需求响应。
1.自愿参与:原则上每年3月至5月期间,符合申报条件的电力用户(负荷集成商),可通过省电力需求侧管理平台中的需求响应平台进行网上申请,填写需求响应申请单并上传相关资料。电力负荷管理中心可根据电力供需情况在其他时段组织电力用户动态补报。
2、审核评估:各设区市发改委会同供电公司对申报用户进行资格审核和需求响应能力评估确认,负荷集成商由省发展改革委会同省电力公司审核。用户(负荷集成商)必须通过省负荷管理中心对负荷管理装置、能源管理系统以及参与响应设备运行状况的检查。
3.签订协议:省电力需求侧管理平台对通过审核的用户(负荷集成商)予以公示,公示结束后,需求响应平台自动生成用户(负荷集成商)、省(市)发改委、省(市)电力(供电)公司需求响应三方协议,具备三方电子签章,不需线下签订。
若用户委托负荷集成商参与需求响应,应与负荷集成商签订需求响应可中断负荷业务委托协议,确定参与的设备以及负荷量,明确安全责任,并将协议上传至需求响应平台。
(二)响应效果确认
1、核定:需求响应执行的次月,各市发改委、供电公司和负荷集成商根据效果评估标准,结合用户执行实际以及系统监测数据分别对独立用户和集成商子用户实际需求响应负荷容量进行效果核定和统计汇总,并盖章上报省发展改革委、省供电公司。负荷集成商集成响应效果核定由省发展改革委会同省电力公司负责。
2、公示:省电力负荷管理中心将经核定后的用户响应负荷容量予以公示,公示期7个工作日。并通过省电力需求侧管理平台、手机APP、电话等多种方式告知用户(负荷集成商),用户(负荷集成商)对响应评估情况如有疑议可提出申诉,省电力负荷管理中心将对响应结果进行复核,如确有错误,应予以修正并告知相关地市或负荷集成商。
3、归档:省电力负荷管理中心将公示完毕后的用户数据报送省电力公司和省发改委,并将最终结果归档。
(三)激励资金核发
1.测算
需求响应执行次月,省发改委会同省电力公司根据需求响应执行情况和尖峰电价资金增收情况按照当年收支平衡原则确定需求响应激励资金兑付总体方案。省电力公司根据总体方案完成对每个用户和负荷集成商激励资金的测算,并于7个工作日内报送省发改委。
2.结算
省发改委对省电力公司上报的用户(负荷集成商)激励资金金额进行审核确认后,省电力公司于10个工作日内完成相关资金结算和兑现。
3.资金管理
省电力公司、省电力负荷管理中心完成年度资金结算后,应将实施尖峰电价年度增收费用、实施需求响应可中断电价和可再生能源消纳补贴支出费用以及年度总体收支情况报送省发改委。省发改委适时对资金管理情况进行监督检查。
五、保障措施
(一)职责分工
需求响应组织实施工作由省发改委、省电力公司、省(市)电力负荷管理中心、各设区市发改委和供电公司、电力用户和负荷集成商等协同完成。
1.省发改委牵头研究完善需求响应实施细则。省电力负荷管理中心指导各设区市电力负荷管理中心在年度需求侧保供方案中同步完成需求响应方案编制。
2.省发改委、省电力公司负责需求响应整体组织协调,指导设区市发改委和供电公司做好参与需求响应用户的筛选、审核和协议签订工作;对需求响应组织实施不力的各设区市发改委和供电公司,将采取相应的惩罚措施,纳入本单位绩效考核。
3.省(市)电力负荷管理中心负责需求响应具体执行和实施效果评估;
4.用户(负荷集成商)负责制定自身需求响应预案,履约实施响应,对执行不力的用户,各设区市发改委可将其转为有序用电用户,供电公司负责提供技术保障。
(二)系统运行保障
1.省电力公司负责需求响应签约用户(包括负荷集成商聚合的用户)负荷管理装置的运维工作,指导市供电公司确保数据监测的准确性和实时性,及时消除数据异常或通讯不畅等故障。
2.需求响应签约用户应保证其负荷管理装置、电能管理系统正常运行,将用电设备监测数据实时传送至省电力需求侧管理平台和新型电力负荷管理系统。
3.负荷集成商应保证其所属用户的负荷管理装置、电能管理系统正常运行,将用电设备监测数据实时传送至省电力需求侧管理平台和新型电力负荷管理系统。
4.省电力负荷管理中心应保障省电力需求侧管理平台和新型电力负荷管理系统稳定运行,确保与用户(负荷集成商)之间的信息传输正确无误。
(三)监督检查
1.省发改委、各设区市发改委负责对省电力公司、各市供电公司、电力负荷管理中心及负荷集成商在需求响应实施过程中相关工作及成效的监督检查。
2.省电力公司负责组织各市供电公司对参与需求响应用户(包括负荷集成商聚合的用户)的负荷管理装置运行状态的监督检查。
3.电力负荷管理中心负责对参与需求响应用户(包括负荷集成商聚合的用户)的响应点设备和负荷监测装置运行状态的监督检查。
4.省发改委负责对专项资金收支情况的监督检查。
(四)评价机制
省(市)电力负荷管理中心负责对用户(负荷集成商)需求响应执行全过程进行效果评价,省发改委、省电力公司分别将各市发展改革委、供电公司需求响应组织实施成效纳入本单位绩效考核指标体系。
各设区市发改委完善对属地独立用户需求响应效果评价机制和奖惩措施,鼓励在省级需求响应可中断电价的基础上进一步出台激励措施和将用户(负荷集成商)需求响应履约执行情况纳入企业征信。
新能源、常规能源、可再生能源三者均是现代社会所探索的能源种类。三者之间有3点不同:
一、三者的特点不同:
1、新能源的特点:能量密度低,开发利用需要较大空间;不含碳或含碳量很少,对环境影响小;分布广,有利于小规模分散利用;间断式供应,波动性大,对持续供能不利;除水电外,可再生能源的开发利用成本较化石能源高。
2、常规能源的特点:常规能源的储藏是有限的。
3、可再生能源的特点:属于取之不尽,用之不竭的能源,不需要人力参与便会自动再生,是相对于会穷尽的非再生能源的一种能源。
二、三者的概述不同:
1、新能源的概述:新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源,如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。
2、常规能源的概述:常规能源也叫传统能源,是指已经大规模生产和广泛利用的能源。
3、可再生能源的概述:在自然界可以循环再生的能源。
三、三者的种类不同:
1、新能源的种类:包括太阳能、地热能、风能、海洋能等。
2、常规能源的种类:包括煤炭、石油、天然气、水等。
3、可再生能源的种类:再生能源包括太阳能、水能、风能、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能、地热能等。
参考资料来源:百度百科-新能源(能源资源学术语)
参考资料来源:百度百科-常规能源
参考资料来源:百度百科-再生能源
文/熊华文 符冠云,国家发改委能源研究所,环境保护
当前,世界各国都在加快推进氢能产业发展,初步形成了四种典型模式,即以德国为代表的“深度减碳重要工具”模式,以日本为代表的“新兴产业制高点”模式,以美国为代表的“中长期战略技术储备”模式和以澳大利亚为代表的“资源出口创汇新增长点”模式。我国在推动氢能产业高质量发展的过程中,应充分参考借鉴国际经验,进一步明确“初心”与“使命”、目标与路径,以推进能源革命为出发点,构建“大氢能”应用场景,统筹推进氢能产业技术与市场、供应与需求的协调发展。
氢能作为二次能源, 具有来源广泛、适应大范围储能、用途广泛、能量密度大等多种优势。随着氢能产业的兴起, 全球迎来“氢能 社会 ” 发展热潮,欧盟、日本、美国、澳大利亚、韩国等经济体和国家均出台相关政策,将发展氢能产业提升到国家(地区)战略高度,一批重大项目陆续启动,全球氢能产业市场格局进一步扩大。对我国而言,加快发展氢能产业,也有现实而迫切的意义。具体来看, 发展氢能产业是优化能源结构、推动能源转型、保障国家能源安全的战略选择,是促进节能减排、应对全球气候变化、实现绿色发展的重要途径,是超前布局先导产业、带动传统产业转型升级、培育经济发展新动能、推动经济高质量发展的关键举措。
2019年是我国氢能发展的创新之年,“理想照进现实”特点明显— 战略共识基本成形, 探索 的步伐正在加快, 先进理念、技术、模式层出不穷。超过30个地方政府发布了氢能产业发展规划/ 实施方案/ 行动计划,相关的“氢能产业园”“氢能小镇”“氢谷”项目涉及总投资额多达数千亿元,氢燃料电池 汽车 规划推广数量超过10万辆,加氢站建设规划超过500座。我国在加快发展氢能产业的过程中,需要广泛参考借鉴国际经验。我们认为,对于国际经验的研究不应只停留在政策、措施和行动的简单总结及归纳层面,而应该深入分析各国发展氢能背后的初衷、动机、利益格局等内容。在充分了解各国资源禀赋、产业基础、现实需要等各方面因素的基础上,找到发展的方向、目标、路径、模式与政策措施之间的逻辑关系。换言之,不止要看“做了什么”,更要研究“为什么做”“做了有什么好处”等深层次问题。
从不同国家发展氢能产业的出发点、侧重点、着力点等方面看, 全球各国实践大致可总结为四大类型,本文称之为四种典型模式,即把氢能作为深度脱碳的重要工具的德国模式(法国、英国、荷兰等国做法类似);把氢能作为新兴产业制高点的日本模式(韩国做法类似);把氢能作为中长期战略技术储备的美国模式( 加拿大做法类似) 以及把氢能作为资源出口创汇新增长点的澳大利亚模式( 新西兰、俄罗斯等国做法类似)。
德国模式:推动深度脱碳,促进能源转型
德国能源转型近年来暴露出越来越多的问题。首先,随着可再生能源装机容量和发电量的稳步提升,维护电力系统稳定性成为其头等挑战。2019年德国部分地区出现了电力供应中断事故,暴露出其储能和调度能力不足的短板。其次,为提升电力系统供应能力,德国增加了天然气发电,但由此需要从俄罗斯等国家进口更多天然气,导致能源对外依存度提升。最后, 能源转型使带来能源价格走高,能源转型面临越来越多的争议。与能源转型陷入困境一脉相承的问题是碳减排进展不如预期。德国政府已经提出了2030年比1990年减排55%的中期目标和2050年实现碳中和的长期目标,然而自2015年以来碳排放量不降反升,2018年在暖冬的帮助下才实现了“转跌”。传统减排路径边际效益递减,急需开辟新途径,挖掘更多减碳潜力。
发展氢能可助力大规模消纳可再生能源,并实现“难以减排领域”的深度脱碳。电解水制氢技术发展迅速,规模提高、响应能力增强、成本下降,使其有望成为大规模消纳可再生能源的重要手段。在区域电力冗余时,通过电解水制氢将多余电力转化为氢气并储存起来,从而减少“弃风能”“弃光能”“弃水能”等现象,降低可再生能源波动性对于电力系统的冲击。与此同时,氢能具有高能量密度(质量密度)、电化学活性和还原剂属性, 能够在各种应用领域扮演“万金油”角色,对“难以减排领域”的化石能源进行规模化替代,实现深度脱碳目标。
围绕深度脱碳和促进能源转型,德国创新提出了电力多元化转换(Power-to-X)理念,致力于 探索 氢能的综合应用。具体而言,在氢气生产端,利用可再生电力能源电解水制取低碳氢燃料,从而构建规模化绿色氢气供应体系。在氢气应用端,将绿色氢气用于天然气掺氢、分布式燃料电池发电或供热、氢能炼钢、化工、氢燃料电池 汽车 等多个领域。现阶段,德国政府与荷兰等国正在开展深度合作,重点推广天然气管道掺氢,构建氢气天然气混合燃气(HCNG) 供应网络。其中,依托西门子等公司在燃气轮机方面的技术优势, 已开展了若干天然气掺氢发电、供热等示范项目。截至2019年年底,德国已有在建和运行的“P to G”(可再生能源制氢 天然气管道掺氢)示范项目50个,总装机容量超过55MW。此外,蒂森克虏伯集团已开展氢能炼钢示范项目,预计到2022年进入大规模应用阶段。
日本模式:保障能源安全,巩固产业基础
日本能源安全形势严峻,急需优化能源进口格局和渠道。日本的能源结构高度倚重石油和天然气,二者占能源消费比重高达2/3,因为国内能源资源比较匮乏,95%以上的石油和天然气都需要进口。能源地缘政治局势日趋复杂,断供风险犹如“达摩克利斯之剑”,再加上国际能源市场价格的大起大落,都会给日本能源安全甚至经济安全带来冲击。2011年福岛核事故之后,日本核电发展遇到越来越多的阻力,如果实现本土“弃核”,意味着能源对外依赖程度还要提升。因此,日本迫切需要在当前能源消费格局中开辟新的“阵地”,寻找能源安全的缓冲区和减压阀,摆脱其对于石油和天然气的依赖。
发展氢能可提升能源安全水平、分化能源供应中断及价格波动风险。日本未来消费的氢能虽然仍需要从海外进口, 但主要来自澳大利亚、新西兰、东南亚等国家和地区, 与中东、北非等传统油气来源地区形成了空间分离,进而分化了地缘政治风险。同时,石油和天然气在价格上有较高的关联度,两者仍然属于“一个篮子里的鸡蛋”。而氢能来源广泛,价格与油气的关联度不高,增加氢能进口和消费,能够在一定程度上分化油气价格同向波动对本国经济的影响。此外,氢能还能够提升本国的能源安全水平。日本是地震、海啸、台风等自然灾害多发的地区,能源供应中断情况经常发生。氢燃料电池 汽车 、家用氢燃料电池热电联产组件等设备在充满氢气或其他燃料的情况下,可维持一个家庭1 2天的正常能源供应。氢能终端设备的普及,还可以为日本减灾工作作出贡献。
日本氢能基本战略聚焦于车用和家用领域的应用,是产业和技术发展的必然延伸。日本在技术、材料、设备等方面拥有非常明显的优势, 尤其是已基本打通氢燃料电池产业链。经过多年耕耘,日本已在氢能领域打造出一批“隐形冠军”,如东丽公司的碳纤维、川崎重工的液氢储运技术和装备等。据统计,日本在氢能和燃料电池领域拥有的优先权专利占全球的50%以上,并在多个关键技术方面处于绝对领先地位。专利技术既是日本的“保护网”,也是其他国家的“天花板”。推广氢燃料电池 汽车 和家用燃料电池设备,一方面,可将过往的投入在市场上变现、获取现金流,另一方面,还能及时获取信息反馈,完善技术和设备,由此形成了“技术促产业、产业促市场、市场促技术”的良性循环和正向反馈。
美国模式:储备战略技术,缓推实际应用
美国氢能发展经历“ 两起两落”,但将氢能视为重要战略技术储备的工作思路一直没有改变。早在20世纪70年代,美国政府就将氢能视为实现能源独立的重要技术路线,密集开展了若干行动和项目, 但热度随着石油危机影响的消退而降温。2000年前后氢能迎来了第二个发展浪潮。2002年美国能源部(DOE)发布了《国家氢能路线图》,构建了氢能中长期愿景,启动了一批大型科研和示范项目,但后因页岩气革命和金融危机的冲击,路线图被搁置,不过联邦政府对氢能相关的研发支持延续至今。
在过去的10年中,美国能源部每年为氢能和燃料电池提供的支持资金从约1亿美元到2.8亿美元不等,根据2019年年底参议院、众议院通过的财政拨款法案,2020年支持资金为1.5 亿美元。总体来看,在近50年的时间里,尽管有起伏,但联邦政府将氢能视为重要战略技术储备的工作思路一直没有改变,持续鼓励 科技 研发使得美国能够保持在全球氢能技术的第一梯队。
页岩气革命是美国氢能发展战略被搁置的最主要原因。凭借具有经济、清洁、低碳优势的页岩气,美国已逐步实现能源独立和转型,而页岩气和氢能在应用端存在较多重合,对氢能形成了巨大的挤出效应。加州燃料电池合作伙伴组织(CaFCP)的数据显示,美国的氢燃料电池 汽车 市场已陷入停滞状态,在2019年甚至出现了12%的下滑,发展势头已被日韩、中国赶超。
澳大利亚模式:拓宽出口渠道,推动氢气贸易
澳大利亚一直是全球最主要的资源出口国,同时资源出口也是其最重要的经济增长引擎。根据澳大利亚联邦矿产资源部发布的数据,2019年资源出口直接贡献了该国GDP增长的1/3 以上。但传统的“三大件”(煤炭、液化天然气、铁矿石)出口已现颓势。在煤炭方面,长期以来澳大利亚在全球煤炭贸易中占比超过1/3, 主要目标市场集中在东北亚地区,然而近几年中、日、韩相继开展减煤控煤行动,煤炭出口前景暗淡。在铁矿石方面,中国买走了60%以上的澳大利亚出口铁矿石,而中国钢铁产量进入峰值平台、电炉钢比重提升,这都将拉低其对铁矿石的需求;在液化天然气(LNG)方面,尽管市场需求增长潜力仍然可观,但由于国际油价暴跌,LNG出口创汇能力也被大幅削弱。据世界天然气网站分析, 未来五年内澳大利亚LNG出口收入将持续收缩。
出于经济可持续发展考虑,澳大利亚政府急需找准新兴市场需求,拓宽出口渠道。2019年11月,澳大利亚政府发布了《国家氢能战略》,确定了15大发展目标、57项联合行动,力争到2030年成为全球氢能产业的主要参与者。打造全球氢气供应基地是澳大利亚发展氢能的重要战略目标。澳大利亚正积极推动与日、韩等国的氢气贸易,签订氢气供应协议,同时与相关企业开展联合技术创新,完善氢能供应链,扩大供应能力、降低成本。
如澳大利亚政府与氢能供应链技术研究协会(HySTRA,由川崎、岩谷、电力开发有限公司和壳牌石油日本分公司组成)合作组成联合技术研究组,开展褐煤制氢、氢气长距离输送、液氢储运等一系列试点项目。2019年年底川崎重工首艘液氢运输船下水,补齐了澳大利亚和日本氢气供应链最后一块拼图。这种“贸易 技术创新”一体化模式调动了各参与方的积极性,澳方可实现本国氢气资源的规模化开发,川崎等企业能够获得成本更低的氢气,技术研发团队获得了宝贵的试验田。
值得一提的是, 澳大利亚提出的低碳氢能,既包括可再生能源电解水制氢,也包括化石能源(尤其是煤炭) 制氢( 碳捕捉) 与储运技术。虽然化石能源制氢备受争议,但正是在煤炭出口增长乏力背景下的现实选择。
对我国的启示:明确氢能“协同互补”定位,构建多元化应用场景
每个国家发展氢能产业都有其“初心”和“使命”。德国模式将氢能视为手段,即发展氢能是为了破解能源转型和深度脱碳过程中出现的诸多问题;日本模式将氢能视为目的, 即发展氢能是关乎国家能源安全和新兴产业竞争力的战略选择,是迎合技术在市场变现中的强烈诉求;美国模式将氢能视为备选,即氢能只是众多能源解决方案中的一种,氢能发展与否,取决于其技术进步、成本下降等因素;澳大利亚模式将氢能视为产品,即乘着全球刮起的“氢风”,积极扩展出口产品结构,获取更多收益。
从上述对全球氢能发展四种典型模式的分析中可以看到,各国发展氢能产业均有其出发点和立足点,均考虑了各自的资源禀赋、产业基础、现实需要等多方面因素,大多遵循了战略上积极、战术上稳健,坚守发展初衷、不盲从、不冒进的推进策略。当前,我国有关部门正在研究制定国家层面的氢能产业发展战略规划,首先应该明确的是我国发展氢能产业的“初心”与“使命”、目标与路径等问题。参考借鉴国际经验,结合我国实际国情,本文提出我国氢能产业战略定位及发展导向等方面的三点建议。
一是明确产业定位,发挥氢能在现代能源系统中的载体和媒介作用。 国家《能源统计报表制度》已将氢气纳入能源统计,明确了氢能的能源属性,氢能即将成为能源系统的新成员,其发展必须服从和服务于能源革命的总体要求。需要认清的是,我国拥有多个与氢能存在替代关系的能源解决方案,因此氢能并非我国的必选项,而是备选项和优选项。因此,应从我国能源系统的核心问题出发,找准切入点,选择融入能源系统的合适路径。应利用氢能的特点和优势,发挥其在可再生能源消纳、增强能源系统灵活性与智能性等方面的作用,更好地与既有的各种能源品种互动,最终促进能源革命战略的深入实施。
二是提升认识视角,逐步构建绿色低碳的多元化应用场景。 2018年以来出现的各地区扎堆造车情况,既源于对氢燃料电池 汽车 发展前景认知过于乐观,又源于对氢能认识的局限。事实上,我国的氢能技术储备不足、产业根基不牢固,地区间差异非常明显,绝大多数地区都不具备将技术装备推向市场变现的能力和条件。而在深入推进生态文明建设和积极应对气候变化的格局之下,我国已经提出2030年前碳达峰和2060年碳中和的目标愿景,“难以减排领域”的深度脱碳将成为未来我国需要面对的重大问题。因此,应统筹经济效益、节能减碳和产业发展等因素,利用氢能具有的“高效清洁的二次能源、灵活智慧的能源载体、绿色低碳的工业原料”三重特点,逐步构建在交通、储能、工业、建筑等领域的多元化应用场景。
三是加强统筹协调,推动技术与市场、供应与需求“齐步走”。 氢能和燃料电池集尖端材料、先进工艺、精密制造于一身,兼具高附加值和高门槛属性。须清醒地看到,我国氢能产业与发达国家差距明显,远未达到大规模商业化的临界点,对价值创造功能不可预期过高。再加上目前产业利润集中在国外企业的事实,我国更应保持战略定力,坚持以“安全至上、技术自主、协调推进”为原则,不盲目追求市场扩张,避免强行通过补贴手段刺激下游需求,进而把大量补贴资金输送至国外公司。各地在谋划氢能产业发展过程中,应遵循“需求导向”原则,“自下而上”布局生产、储运及相关基础设施建设,推动氢能供应链各环节协同发展,避免某环节“单兵突进”。
什么是可再生能源?
自然界存在的、可以循环再生的能源。例如太阳能和由太阳能转换而成的水能、风能、海洋波浪能、生物质能等称作可再生能源。
可再生能源是能够转换成人们所需要的电能、热能、机械能等形式的能的资源。可再生能源能源按其来源与生成,分成五大类: 直接或间接来自太阳的能量;以热能形式储藏在地球内部的地热能;各种生物质能;风能;月亮、太阳等天体与地球的相互吸引所引起的潮汐能等。
可再生能源有哪些?
下面列举几种新能源和可再生能源的特点:
太阳能是以电磁辐射形式从太阳向外传播的一种能量。
风能是流动空气具有的一种动能。在地球表面一定的范围(全球,全国或某一地区)内,经过长期测量调查与统计得出的平均风能密度的概况。它是该范围内风能利用的依据。
地热能是一种由地球内部蕴藏的热,通常指地下热水或地下蒸汽以及用人工方法从干热岩体中获得的热水与蒸汽所携带的能量。
生物质能是生物质通过生物转化法、热分解法和气化法转化而成的气态、液态和固态燃料所具有的能量。
潮汐能是一种从海水面昼夜间上涨和降落中获得的能量;波浪能又称海浪能,海水在波动中,水质点以一定的速度运动,故具有动能。水质点的垂直位置相对于它的轨迹中心不断地发生变化,故具有势能。
火电短期内的前景依然会好于清洁能源(仅含水电、风电、光伏和燃气发电)。
原因有以下几点:
1、规模
单个项目火电的装机规模远大于清洁能源,随随便便一个火电项目就是几十万千瓦的装机,内陆风电一般都5万千瓦上下一期(分散式更小),光伏一般2~3万千瓦一期(屋面式分布式光伏基本都在1万千瓦上下),小水电一般也就5万以下装机;分布式能源站(即燃气发电)一般是冷热电三联供,其的装机受制于供热需求。
2、调度
火电机组出力的可控性要好于风电和光伏,不,换个说法,其实就是风电和光伏木有调节的方式,所谓的调节基本就是在弃风弃光,不能调峰是电网不喜欢风电光伏的原因之一。
3、电网购电价格
火电的标杆电价低,这个是主要原因……与光伏那接近1块的电价,风电六毛的电价相比,火电真特么便宜……同样便宜的有水电。
4、电厂度电成本
如果光伏和风电说自己的的度电成本远高于火电,分布式能源站就呵呵了……
综上所述,火电的优势在于规模大、便宜、能调峰、生产成本低,所以短期内还是有很好的前景。
以后的能源分布会呈两极化,这个我认同。当前光伏正在大力推分布式光伏发电,放宽分布式光伏的定义就是这样一种明示。将单个项目规模20MW以下,35KV以下电压等级接入,能够就地消纳的并网式光伏也算作分布式。传统的屋面式分布式是自发自用余电上网,即题主所讲路灯的例子;但是新的定义中最重要的一点不在于项目规模和电压等级,而在于就地消纳,这样某种程度上也算是自发自用(其实不是自用,只是就近用完避免线损)。