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对标德国能源转型 江苏省高比例可再生能源发展路径分析

发表于:2020-09-07 13:42:43     作者:蔡斌等

来源:电联新媒

全球工业化消耗了大量的煤炭、石油、天然气等化石能源,同时也带来了资源紧张、环境污染、气候变化、海平面上升等一系列问题,严重威胁了人类的生存和发展,以风能、太阳能、生物质能等为代表的可再生能源成为人类能源发展的重要选择。在国家能源战略的引领和相关政策的驱动下,我国可再生能源发展十分迅速,截至2019年底,我国可再生能源发电装机达到7.94亿千瓦,其中风电2.1亿千瓦,光伏发电2.04亿千瓦,水电3.56亿千瓦,可再生能源发电装机约占全部电力装机的39.5%,替代作用日益凸显。

江苏省经济规模庞大,能源资源禀赋相对较少,环境承载能力弱,人均用能基数高,在能源领域面临的挑战非常严峻,必须坚定不移将发展可再生能源作为推动能源转型,构建清洁低碳、安全高效能源体系的重要手段。然而,由于风电、光伏发电等可再生能源具有间歇性、波动性和反调峰等特性,高比例可再生能源对电网的规划、运行及保护等均有较大影响,增加了系统的调峰压力,给电力系统的调度和运行提出了更高的要求。此外,根据国家能源政策,“十四五”时期更要突出市场化、低成本优先发展可再生能源战略,在未来可再生能源“平价时代”,甚至上网电价低于燃煤标杆电价的“低价时代”,如何高比例发展可再生能源值得深入探讨。

江苏省可再生能源发展情况

资源储量

江苏省位于我国大陆东部沿海中纬度地区,地势平坦,全省陆域面积10.72万平方公里,海岸线全长954千米,滩涂面积约50万公顷,海域面积3万余平方公里。总体而言,风能、太阳能和生物质能等可再生能源资源十分丰富。

风能资源。江苏省年平均风速约在2.01~5.3m/s之间,全省大部分地区年平均风功率密度大约在25~100W/m2,风能年累积有效时间大于3000小时的区域占全省面积近70%。此外海上风能资源极其丰富,100米高度近海年平均风速在7.0~7.5m/s,同时海上风能资源受台风和热带气旋影响较小,是全国海上风电优质场址之一。

太阳能资源。江苏省全年辐射量约为4500~5200MJ/m2之间,大部分地区为资源丰富区,年均日照数在1400~3000小时之间,太阳总辐射呈北丰南贫趋势,苏中、苏北地区太阳能资源较为丰富,苏南地区太阳能资源较为贫瘠。

生物质能资源。江苏省境内平原、湖泊较多,土壤类型以潮土、水稻土为主,适宜多种农作物生长,生物质资源量大面广。据不完全统计,江苏省年产秸秆量3000余万吨,禽畜粪便近7000万吨,生活垃圾2000余万吨,折合标煤量约4000余万吨。

水能资源。江苏省水电资源较为贫瘠,根据我国第三次水能资源普查结果,江苏和上海地区水能资源理论蕴藏量为199.1万千瓦,技术可开发量为9.75万千瓦。此外,江苏抽水蓄能场址资源较为丰富,主要位于江苏省连云港市以及太湖周边无锡市等地。

发展情况

江苏省坚持将可再生能源作为优化能源结构、提高能源发展水平的重要抓手,风能、太阳能和生物质能等可再生能源发展指标均居全国前列。

装机规模持续扩大。2019年,江苏全省新增可再生能源发电装机365万千瓦,占江苏省发电装机新增量的57.8%,发挥了能量增量中的清洁替代主体作用。截至2019年底,江苏省可再生能源累计装机2987万千瓦。风电累计装机1041万千瓦,位居全国第八,其中海上风电装机423万千瓦,规模连续多年保持全国第一。光伏发电累计装机1486万千瓦,规模位居全国第三,其中分布式光伏新增124万千瓦,累计装机664万千瓦,位居全国第二。生物质发电累计装机196万千瓦,位居全国前列。水电(含抽水蓄能电站)装机265万千瓦,其中抽水蓄能电站装机260万千瓦。

替代作用日趋明显。2019年,江苏省可再生能源发电量达479亿千瓦时。可再生能源发电量占全省总发电量的9.5%,相比“十二五”末提高5.8个百分点,可再生能源的替代作用日益加强。

社会效益持续提升。2019年江苏省可再生能源年利用量相当于节约标煤1418万吨,减排二氧化碳3535万吨,减排二氧化硫、氮氧化物以及烟尘等大气污染物1.55万吨,环境效益十分显著。同时,可再生能源的发展有力带动了相关产业发展,创造了大量就业岗位,成为带动地方经济增长的重要推动力。

产业规模持续领先。2019年,江苏省新能源产业规模居全国前列。光伏方面,目前拥有重点光伏制造企业600余家,硅片、晶硅电池、晶硅组件等产量占全国总产量的40%以上,产业集聚效应明显。风电方面,风电产业以整机制造为核心,逐步向关键零部件、运营管理等方面发展,形成风电成套机组与高速齿轮箱、叶片、发电机等关键零部件配套发展、错位发展和互补发展的良性格局,特别是南通、盐城等地海上风电产业发展迅速,已经形成了较为完整的海上风电产业链。

江苏省与德国可再生能源发展对比

江苏省和德国均处于平原地区,工业较为发达,可再生能源资源禀赋较为丰富,且均将发展可再生能源发电作为推动能源转型的主要途径。通过对江苏省与德国相关数据的对比和分析,可为江苏省可再生能源发展提供有益参考。

装机及发电量。根据国际可再生能源署数据,截至2019年底,德国可再生能源装机达1.25亿千瓦,其中风电装机6084万千瓦,光伏发电装机4902万千瓦,生物质发电装机998万千瓦,水电(含抽水蓄能电站)装机1095万千瓦。从人均可再生能源装机和发电量、单位面积装机和发电量来看,江苏相比德国均存在一定差距。

转型目标。德国政府《可再生能源法》中提出将不断提高可再生能源比例,推动能源转型,到2030年德国可再生能源占终端能源消费将达到30%,占电力消费的比例将达到50%,并将于2038年完全退出煤电。目前江苏煤炭等化石能源消费仍占较大比重,到“十三五”末非化石能源占比目标仅为到11%,能源转型空间巨大。

发展政策。德国主要通过财政补贴的方式激励可再生能源发展,由于可再生能源电价附加的不断增长,导致德国居民电价持续提高,从实际运行来看,德国新能源大发时,电力市场的出清均价持续下降,甚至会出现一定的负电价。江苏主要执行国家可再生能源电价补贴政策,可再生能源电价附加为0.19元/千瓦时,并通过辅助服务市场的建立来实现对新能源的调节。

招标电价及成本发展趋势。从最新江苏省和德国可再生能源竞价结果情况来看,可再生能源成本受资源条件、初始投资、运行年限及费用、政策等方面影响。2019年,德国风电最低中标电价为0.054欧元/千瓦时(0.42元/千瓦时)。相比较而言,江苏已能实现风电、光伏发电上网电价与燃煤标杆电价相当,且建设成本逐年下降。如表2所示,根据目前江苏省风电、光伏发电等可再生能源项目成本测算,预计到2025年沿海陆上风电、海上风电以及光伏发电的建设成本约为6000~7000元/千瓦、12000~14000元/千瓦、3000~3500元/千瓦。

以资本金内部收益率8%计,预计2025年沿海陆上风电、海上风电以及光伏发电的平均度电成本约为0.35元/千瓦时、0.5元/千瓦时、0.29~0.33元/千瓦时,相比江苏省0.391元/千瓦时的燃煤标杆电价已经具有一定的经济性和竞争力。具体测算情况如表3所示。

总体来看,近年来江苏可再生能源取得了长足的发展,可再生能源上网电价已与燃煤标杆电价相当,且未来具有较大的发展优势。但相比德国,可再生能源装机仍存在一定差距,电力市场等尚未建设完善,能源转型压力巨大。

江苏可再生能源中长期发展应关注的重点问题

由于过度依赖补贴,我国可再生能源补贴缺口越来越大,2019年1月,国家发改委、国家能源局联合印发《关于积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知》,要求各地在认真总结风电、光伏发电开发建设经验基础上,开展平价上网项目和低价上网试点项目建设,促进可再生能源高质量发展。到“十四五”初,全国将实现风电和光伏发电上网电价与当地燃煤标杆电价相当,甚至低于燃煤标杆电价,突出市场化低成本优先发展可再生能源的战略。

在“十四五”可再生能源步入“平价”甚至“低价”时代,江苏实现高比例可再生能源发展应关注以下几个重点问题:

一是进一步降低技术成本和非技术成本。风电、光伏发电的成本不仅包括设备等技术成本,还包括土地、融资、税费等非技术成本。可再生能源主要依赖技术水平提高资源利用效率,通过更高发电效率提升总体发电量。此外,还有非技术成本的降低,特别是在设备等技术成本降低到一定程度后,土地等非技术成本将成为可再生能源发展的重要制约因素。根据目前对江苏省风电、光伏发电项目经济性测算,非技术成本较低的可再生能源项目存在较强的竞争优势。

二是电力系统整体系统成本问题开始显现。江苏98%以上的风电和60%以上的光伏分布在苏中、苏北地区,60%以上的负荷分布在苏南地区,可再生能源电力生产与省内负荷消纳长期空间错位。受地理资源特性制约,江苏省内抽水蓄能场址资源匮乏,电源侧调峰资源潜力有限,过江通道输送能力偏弱,辅助服务市场机制尚未完善,导致省内可再生能源消纳压力增大。与单一可再生能源发电成本逐步下降对比来看,为实现风电、光伏发电等波动性可再生能源的有效消纳,电力系统调峰、调频等系统成本问题开始显现。在可再生能源中长期发展过程中,应进一步关注系统成本问题,从技术和市场两方面降低整体系统成本。

三是大规模、高比例可再生能源对电力系统电力电子化的影响。近年来,江苏省可再生能源实现了快速发展,区外特高压交流、直流来电稳步提升加速电力系统的电力电子化趋势,电网特性面临深刻的变化。从电气角度来看,电网转动惯量持续降低,电力系统抗扰动能力减弱,从故障特性来看,新的电力电子化故障形态、扰动形式可能成为常态。电力系统整体的稳定面临电力电子化的新的挑战,亟待研究解决。

江苏省高比例可再生能源发展路径

创新政策发展机制

综合运用体制机制改革、管理调控措施、财税金融政策等手段,构建与可再生能源高质量发展战略目标相适应的管理体制,形成长效机制,促进发展方式转变,为江苏省高比例发展可再生能源提供有力保障。

一是建立健全可再生能源电力消纳保障机制。制定科学合理的指标和实施方案,形成可再生能源电力消费引领的长效发展机制,促进清洁低碳、安全高效的现代能源体系建设。

二是简化政府服务模式。继续推进能源领域的“放管服”工作,特别是进一步优化分布式光伏、分散式风电等可就地消纳的分布式可再生能源项目审批流程,简化办理程序,促进分布式能源的进一步发展。

三是探索更多开发模式。规模化屋顶光伏开发利用,加强可再生能源与农业、渔业等相关产业之间的融合,进一步发展渔光互补、农光互补等可再生能源项目,加强可再生能源与储能、氢能等之间的融合,通过构建能源互联网,扩展可再生能源发展空间。

加快电力市场建设

电力现货市场是保障电力系统运行平衡的市场化运行机制,实现计划管理向市场优化的转变。欧洲各国普遍采用中长期市场、现货市场、平衡市场等相结合的市场模式,多级市场协调配合,电力市场相对成熟,有力地促进了可再生能源的消纳。

一是建立健全电力市场体系。完善电力市场化交易机制,建立标准统一的电力市场交易技术支持系统,积极培育合格市场主体,完善交易机制,丰富交易品种,切实保障电力电量平衡。

二是加快辅助服务市场体系建设。加快建设江苏电力辅助服务(调峰)市场,通过市场化手段,鼓励发电企业积极参与调峰辅助服务,建立储能等新型调峰资源接入后市场化奖惩机制,缓解电网调峰压力,促进调峰资源优化配置和清洁能源消纳,提升电网安全经济运行水平。

三是完善中长期和跨省跨区电力交易机制。在中长期和跨省跨区市场,优先选择西南和“三北”地区水电、风电、光伏发电等清洁能源,建立相对稳定的中长期交易机制,采用约定交易电量、交易曲线等多重方式进行交易,建立以电力中长期交易和现货交易相结合的市场化电力电量平衡机制,同时将跨省跨区交易、现货市场和辅助调峰相结合,促进省内可再生能源消纳。

提高电网保障能力

发展可再生能源电力是替代江苏省化石能源的重要途径,电力系统是可再生能源电力的主要载体。发展与高比例可再生能源相适应的江苏电网,提高电网的消纳能力,是高比例可再生能源发展的可靠保障。

一是提升电网灵活调节能力。煤电方面,加大煤电深度调峰改造,加大新投产火电机组灵活调节能力建设。抽水蓄能方面,开展省内抽水蓄能资源普查和选点规划工作,加快抽水蓄能电站建设。推进综合能源服务,加强终端供能系统统筹规划和一体化建设。

二是提高终端利用效率。江苏省电能消费水平较高,但电能替代、清洁替代潜力仍然巨大,根据统计,江苏省建筑、工业、交通、农业以及家居等方面电能替代潜力达2521亿千瓦时以上,其中电窑炉、工业电锅炉、电炊具、热水器以及自备电厂替代等电能替代潜力约为2424亿千瓦时。电能占终端能源消费比重提升1个百分点,单位GDP能耗能够下降4%左右,加快推动“两个替代”,制定推进电能替代工作方案,加快实施“清洁替代、电能替代”,提高电力在终端能源消费中的比重。

进一步提高技术水平

风电和光伏产业的核心竞争力在于光伏设备发电效率和发电量的增加加大技术研发和创新能力建设,围绕推动风电产业、光伏发电产业向产业链和价值链高端延伸,重点突破关键技术和装备,推动产业优化升级,实现发电量的提升和建设成本的降低。

一是新型高效电池组件技术。光伏组件成本占到光伏发电总成本的40%以上,光伏发电技术成本的降低和效率的提高主要依赖于新型高效电池组件。面对未来光伏平价甚至低价上网的形势,一方面,开展光伏组件特别是单晶、多晶光伏组件转换效率关键技术研究,另一方面,开展HIT、IBC、HBC等电池量产化关键技术研究,同时加强对路面光伏组件、光伏建筑一体化组件等特殊用途组件的研发,提高光伏组件的发电效率。

二是规模化海上风电技术。江苏是国家批复的七个千万千瓦级别风电基地之一,海上风电是江苏风电发展的主要方向。重点加强海上风电机组大型化、轻量化、降成本等方面的研究,开展远海海上风电抗台风、抗腐蚀等技术研究,推动江苏海上风电实现规模化发展。

三是低风速风电技术。目前,江苏省内风能资源较好的地区开发程度普遍较高,风电开发加速向内陆低风速地区转移。针对江苏内陆低风速区域特点,宜采用高塔筒、长叶片技术方案以提高风电机组捕风能力,同时辅以差异化、精细化的方案,在尽可能减少土地等资源占用的同时,提高低风速风电地区的发电量。

 

江苏整体能源转型压力较大,可再生能源资源较为丰富,必须坚定不移将发展可再生能源作为推动能源转型,构建清洁低碳、安全高效能源体系的重要手段。近年来江苏可再生能源发展十分迅猛,但相比德国,人均装机和单位面积装机等数据仍存在一定差距。预计“十四五”时期,江苏风电、光伏发电等可再生能源发电相比江苏省0.391元/千瓦时的燃煤标杆电价具有一定的经济性和竞争力。在“十四五”可再生能源步入“平价”甚至“低价”时代,江苏省应更关注降低技术成本和非技术成本、降低电力系统整体系统成本以及减少大规模、高比例可再生能源对电力系统电力电子化等方面的影响。同时,通过创新可再生能源发展机制、加快电力市场建设、提高电网保障能力以及进一步提高技术水平等方面,推动江苏可再生能源高质量发展。

责任编辑:小牛

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