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发展绿色微电网 , 提升工业用能的低碳水平与安全保障能力

作者:韩雪 胡淑然等 来源:中国能源杂志社 发布时间:2023-01-12 浏览:

中国储能网讯:

摘要:工业用电占我国全社会用电量的66%,工业电力负荷主要集中于工业厂区或园区内。绿色微电网是统筹好工业用电可靠、经济和低碳三个目标、提升能源利用效率的一种重要方式,也是提升工业领域能源基础设施绿色化水平的重要内容。当前,部分工业厂区和园区供电存在可靠性低、经济成本高、用能形式粗放等问题,可通过适当加快工业绿色微电网的规模化示范应用和商业化推广,在增强我国工业产品低碳竞争力的同时,促使能源基础设施投资平稳运行。应着力拓宽工业绿色微电网的投融资渠道,完善技术规范标准体系和管理体制机制,继续深化电力市场化改革,为新型商业模式提供良好的投资环境。

关键词:工业绿色微电网;社会资本投资;体制机制建设;关键技术

一、工业绿色微电网的发展现状及特征

工业绿色微电网是指工业厂区或园区内主要电力供应来源为低碳电源的微电网,是由分布式绿色电源(发电)、工业用电负荷(用电)、必要的配变电设施(配电)及储能装置等组成的,可实现自主控制和管理的小型电力系统。

当前,我国工业绿色微电网的建设仍处于示范和试点阶段。一些研究提出了工业用户和园区场景下绿色微电网的运行方式、运营模式和应用场景,结合试点项目总结提出了微电网系统的规划方法和控制策略,从不同角度证实了工业绿色微电网的技术可行性。在国家开展的试点示范项目中也不乏工业绿色微电网的身影。2017年4月,吐鲁番新能源城市的微电网示范项目获得售电许可,成为我国第一例获得供电类电力业务许可证的微电网项目。同年7月,国家能源局确定了24个并网型、4个独立型共28个新能源微电网示范项目。部分工业绿色微电网项目也结合“能源互联网”“增量配电业务改革”“智能光伏”“源网荷储一体化”“零碳产业园区”等其他目标进行了试点示范(附表)。一些配有较高比例零碳电源的工业微电网项目也已建成投产(表1)。

综合来看,工业绿色微电网具备四个主要特征。一是规模小,园区电网或增量配电项目的电压等级一般在110千伏及以下,根据现有政策和技术标准(见附表),单个微电网的电压等级一般在35千伏及以下,容量不大于20兆瓦;二是绿色,电源以循环能源、可再生能源和其他低碳能源为主,其发电量占微电网总发电量的比重远高于全国平均水平;三是自治,微电网具有可独立运行的控制系统,可在网内进行电力供需的优化调度甚至自平衡,并网型微电网与外部电网的年交换电量一般不超过年用电量的50%;四是友好,可满足电力用户的用电质量要求,且并网型微电网可与其联接的电网实现友好互动。

二、发展工业绿色微电网具有重要意义

首先,工业绿色微电网可在增强大电网韧性与灵活性的同时,保证工业用电质量和供电可靠性。通过对网内“源”“荷”“储”的有效整合,微电网一方面可使资源更好地匹配电力负荷的特征,提供差异化的用电需求、保障特殊负荷供电质量;另一方面为大电网提供备用、调峰、调频等服务,给大电网安全运行提供灵活性资源的保障,提升电力系统的整体韧性。而且,工业绿色微电网通过本地分布式资源的接入,可降低电力远距离传输的损耗,还可相应减少输电线路和配电站扩容的建设成本。

其次,工业绿色微电网可以为分布式可再生能源提供新的应用场景,助力工业用能绿色低碳转型。工业园区中的工业用能约占全国工业用能的70%,其用能呈现出能源需求量大、用能区域范围集中、用能行为规律和用能形式多样的特点。结合工业园区的厂房屋顶、堆料场、停车场等布置分布式的风电、光伏,可实现土地和风光资源的集约化利用,所发电量也可就地消纳。较高渗透率分布式可再生能源的接入和消纳也可大幅改善用电结构,提高工业生产的低碳化水平。在不同类型产业园中,微电网还可与工业过程中的冷、热、气、水及物料系统实现统筹优化,充分利用园区内的燃料、原料、废料、余热等,通过能源的梯级利用进一步改善能源利用效率。

再次,适应全球市场对低碳产品的需求,以基础设施超前布局保障有效投资规模。近年来,全球低碳转型趋势加快,国内外一些大型企业纷纷提出减碳或零碳的目标,碳排放正在成为全球供应链产业链变化的重要考量,“碳足迹”逐渐成为产品竞争比较优势的主要指标。因此,为工业生产提供充足的、可核证的低碳零碳能源将是未来工业能源基础设施需要具备的能力,工业绿色微电网可在其中发挥“领头羊”的作用。

据统计,截至目前,全国占地面积超过10亩的工业园或产业园已达2万余个,为工业绿色微电网的推广实践提供了广阔的场景。绿色微电网的建设可充分利用工业负荷规模大、用户承受能力强的特点,通过选取负荷条件成熟的园区优先推广,可快速打造较为成熟的商业模式,形成具有一定规模的有效投资。

三、工业绿色微电网的生存和发展条件有待改善

一是体制机制不健全,建设、管理、运行难。多年来,我国虽已出台了不少政策,但在管理措施等方面仍需进一步完善。其一,微电网内的电源种类多、电网环节多,部分项目还涉及与其他资源能源的耦合,项目规划和可行性论证复杂,项目核准的环节和涉及管理部门多,审批流程较长。其二,微电网涉及地方政府、园区管委会、入驻企业、电网企业等多个主体,项目在股权配置、价格核定、供电区域划分等多个领域的统筹难度大。其三,微电网涉及发电、供电、售电及向大电网提供辅助服务等多种业务,在参与市场竞争、与传统电网分担供电责任、价格机制设计等领域均存在理论和实践空白。

二是初始投资大、运营风险高,限制了社会投资的积极性。微电网建设投资大致可分为源、网、变、控、储五个部分。根据项目和文献调研,微电网的单位千瓦投资约为1.2万元~2万元,其中约80%为初始投资,初始投资的85%以上为电源和储能设备。较高比例的初始投资限制了部分社会资本参与工业绿色微电网的发展,较高的运营风险也抑制了投资。一方面,工业绿色微电网的投资回收与园区招商引资密切相关,一旦园区入驻企业少或者慢,会导致用电负荷无法短时间内达到预期,项目回收期将延长,项目初期面临较大的资金压力;另一方面,工业企业和园区管委会普遍没有分布式能源、配电网等规划建设运维经验,设备运行不畅、成本控制不当的风险大大增加。

三是关键技术仍有制约,技术标准体系有待完善。微电网涉及的并网技术、储能技术和控制技术存在扩展性不足、标准化模块化程度不高、安全控制体系设计薄弱等问题,影响微电网的规模化发展。微电网标准体系的顶层设计以及规划设计规范、仿真测试、调试验收、运行评价、信息通讯和系统优化控制等领域的标准仍需进一步完善。

四是专业服务队伍市场仍需培育。工业绿色微电网的建设运营囊括了电力领域的大部分专业,汇聚了源网荷储各个环节的设备,投入的技术类型众多,系统复杂性强。因前期市场发育不充分,导致能够提供一体化解决方案和完整服务的市场主体少,服务队伍经验参差不齐,微观主体活力不足。现有电网企业的服务队伍人员有限,服务市场缺乏竞争,服务费用较高;装备制造和建设企业的服务队伍虽可完成微电网的建设,但在电网运维领域经验仍然较少;作为微电网的服务对象,工业企业更是缺乏相关专业经验。

四、加快建立工业绿色微电网发展的政策体系

建设工业绿色微电网是发展工业绿色基础设施的重要内容,也是“源网荷储一体化”建设的有机组成。随着可再生能源发电、储能和智能电网等关键技术装备的成熟和商业模式的不断探索,工业绿色微电网将成为支撑我国工业绿色低碳化发展和新能源高比例消纳的有效路径。需要在技术装备、商业模式、投融资模式创新和电力体制改革上下功夫,为工业绿色微电网的发展提供良好的制度环境。

首先,要加强顶层制度设计,健全管理机制。根据我国工业园区的实际建设情况、用能特征及发展趋势等,结合绿色供应链建设和深化电力体制改革步伐,确立工业绿色微电网发展的整体发展目标,引导工业用能的低碳化转变。落实《“十四五”工业绿色发展规划》要求,结合已有试点经验,将绿色微电网建设需求纳入各类工业园区规划。优化审批流程,明确审核条件和标准,确保微电网项目具有自我调度优化的能力,引入部门联审、网上审批等便利化举措,保障微电网的源网荷储的一体化设计、一体化审批。

其次,明确电力市场主体地位,完善市场环境。将工业绿色微电网纳入电力专项规划,根据微电网运行能力和相应的市场和运行准入要求,明确其作为独立的电力市场主体和独立的电网主体的权责,并按照规定取得配电网经营权。允许其在具备售电公司准入条件、履行准入程序后,开展售电业务。鼓励微电网作为市场主体参与电力辅助服务市场,提供调频、调峰及可中断负荷等服务,并根据服务质量和能力获取收益。同时,进一步完善电网企业的现代化经营制度,提升基层电网企业的投资和经营的决策自主权,为创新经营模式提供空间。此外,加强对微电网投资和运营企业准入监管,完善相应的退出机制。

第三,拓宽投融资渠道,提高社会资本的投资意愿。通过专项债、基础设施投资基金、PPP融资等方式,发挥公共投资的引导作用,调动社会资本参与投资的积极性。加快整合金融、保险、信贷等配套支持政策,将工业绿色微电网纳入绿色金融支持范畴,提供绿色贷款、绿色债券、融资租赁等形式的支持。力争以定向政府引导基金和电网企业入股、绿色金融信贷政策支持、绿色基础设施投融资试点先行等措施,鼓励多元化投资和商业模式创新,引导供售电企业、设备制造企业、能源服务企业及工业企业等与业务相关的企业,率先参与工业绿色微电网的投资建设。

第四,落实电网企业主辅分离,加快培育运维服务市场。进一步推进电网企业的主辅分离,提升服务运维市场的活跃程度。通过示范项目等方式努力培育一批具备微电网规划、建设和运营能力的服务企业,集合各类市场主体优势,形成模块化、可复制的一体化微电网解决方案。

第五,以关键技术的突破和标准体系建设,推进商业化应用。一是将技术先进性作为微电网下一步试点示范的主要筛选指标,通过以奖代补方式鼓励关键核心技术突破。二是依据验收评估和绩效评价结果,对工业绿色微电网新技术示范应用,以及关键核心技术产业化应用给予奖励。三是加强统筹,以系统集成为重点,完善微电网的关键设备、信息管理、系统优化等领域的技术规范,形成适用于不同应用场景,覆盖规划、设计、仿真、调试、验收和评价等环节的标准体系。

(本文作者:韩 雪 ,胡淑然 ,李继峰 ,郭焦锋 )

作者简介  

韩雪,博士,副研究员,研究方向为能源转型与电力战略规划、可再生能源产业和创新政策、电力市场与电力体制改革。

文章来源    

本篇文章发表于《中国能源》杂志2022年第11期。

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