光儲應用場景
今年3月，中央財經領導小組第九次會議明確提出將碳達峰、碳中和納入生態(tài)文明建設總體布局，構建以新能源為主體的新型電力系統。“十四五”將是夯實新型電力系統基礎，保障光伏發(fā)電轉變?yōu)殡娏ο到y主角的關鍵時期。
碳中和倒逼新型電力系統加速建設
能源生產端碳減排是實現
碳達峰碳中和的根本措施
全球累積排放的2.2萬億噸二氧化碳中有70%以上來源于化石能源消費，只有徹底擺脫化石能源依賴才能從源頭上化解氣候危機。近年來，我國碳排放強度持續(xù)下降，截至2020年底，我國單位GDP二氧化碳排放較2005年降低約48.4%，提前超額完成下降40-45%的目標。
我國煤電裝機容量和發(fā)電量均居世界第一，同時，電力結構中煤電占比高，2020年煤電發(fā)電量為5.17萬億千瓦時，占總發(fā)電量的67.9%，大量排放的二氧化碳主要來源于煤電機組。因此，減少煤電發(fā)電量是實現碳達峰碳中和的關鍵。而且，削減的煤電發(fā)電量可為光伏等可再生能源發(fā)電提供發(fā)展空間。
新型電力系統是
電力系統轉型的內在要求
構建以新能源為主體的新型電力系統，符合電源結構向風電、光伏發(fā)電過渡的發(fā)展趨勢，可有效適應電源建設主體多元化、快節(jié)奏的發(fā)展需求。同時，建設新型電力系統是滿足新型電源結構下電力系統安全穩(wěn)定運行的基本要求。新型電力系統運行需要構建新的穩(wěn)定運行策略，實現發(fā)電和用電實時平衡。
傳統電力系統發(fā)電端主要由煤電、燃氣發(fā)電等可控電源構成，通過調節(jié)可控煤電和燃氣發(fā)電來滿足負荷波動的需求。新型電力系統是以不可控、間歇性的風電和光伏發(fā)電為主力電源，發(fā)電單元數量多、分布范圍廣，與傳統電源差異大?？稍偕茉闯隽Φ牟淮_定性和負荷波動疊加，將導致電力系統存在較大的安全運行風險，進而使得電力系統穩(wěn)定運行更為復雜，這要求電力系統應具有更高的智慧調度能力。
電源建設主體的多元化和快節(jié)奏客觀上要求必須建立新型電力系統。與傳統火電相比，光伏發(fā)電單個項目體量小、數量多，建設周期短，這些特征勢必造成電力系統更為復雜，對電力規(guī)劃工作提出了更高要求。具體來說，一是要求能夠提前研究電網結構和電源結構的合理性，并結合新電源特點更加靈活地開展電力規(guī)劃工作；二是電力規(guī)劃工作要更頻繁的評估和滾動編制，這就需要打破原來電力系統五年一規(guī)劃的節(jié)奏，充分利用數字化和智能化手段，及時掌握電力發(fā)展形勢，適應光伏發(fā)電發(fā)展規(guī)律。此外，可再生能源滲透率的不斷提高對電力系統靈活性資源也提出了更高要求。
光伏面臨融資、土地成本高等制約
尚未形成光伏發(fā)電市場化發(fā)展格局。近幾年，光伏發(fā)電布局快速變化是行政手段干預的結果。“十三五”初期，光伏發(fā)電主要集中在甘肅、青海，以集中式為主；“十三五”后期，光伏發(fā)電快速轉向分布式，主要分布在中東部地區(qū)，特別是形成了戶用光伏山東省一家獨大的局面。隨著光伏發(fā)電成本逐步降低，實現全面平價上網，應減少行政干預光伏發(fā)電布局，轉為通過市場化機制促進光伏發(fā)電在各地多元化均衡發(fā)展，并與應用場景緊密結合，這有利于高效利用太陽能資源和土地資源。
配電網智能化水平不高，建設速度不能滿足分布式光伏發(fā)電快速發(fā)展的需要。智能化程度提高可以有效改善配電網接納光伏發(fā)電的空間，并有利于提高分布式及戶用光伏效率。配電網建設周期長，而分布式光伏發(fā)電項目建設周期短，若不提前開展配電網改造和技術升級，有可能導致分布式光伏發(fā)電項目延期并網，這將降低分布式光伏項目的經濟性。
當前的電力系統不能充分利用和調動靈活性資源。客觀來看，我國電力系統現有的靈活性資源不多，需對火電機組進行改造，增加靈活性資源供給。當前，我國電力輔助服務市場不完善，沒有靈活性機組改造的補償機制，這導致既不能利用現有的靈活性電源，也不能有效調動火電機組靈活性改造的積極性，限制了光伏消納空間提升。
支撐光伏發(fā)電成為主力電源的電力體制機制需完善。未來光伏發(fā)電承擔電力系統安全穩(wěn)定運行的責任尚無明確說法，急需頂層設計，明確相關要求。當前，各地提出的光伏發(fā)電配備一定容量的儲能并非最優(yōu)的發(fā)展方案，相比之下，未來通過電力輔助服務市場統一解決電網安全穩(wěn)定運行問題，效率更高，成本也更低。
電力系統靈活性不足，導致西北地區(qū)成為主要棄光地區(qū)。太陽能資源條件較好的甘肅和青海在我國最早開始大規(guī)模發(fā)展集中式光伏，2015年兩省光伏發(fā)電裝機容量分別為610萬、564萬千瓦，分別位居全國第一、第二。短時間內光伏發(fā)電裝機容量大幅增加，然而當地靈活性電源建設沒有跟上，導致出現光伏限電，特別是甘肅。隨后，為了抑制棄光現象，國家能源局采取了一系列措施引導光伏向具有消納空間的地區(qū)發(fā)展，“十三五”光伏增量主要集中在中東部地區(qū)。2017-2019年，我國光伏發(fā)電平均棄光率分別為6%、3%、2%，光伏發(fā)電利用率得到改善。曾經的光伏大省，近幾年鮮見紅紅火火的光伏建設場面。雖然新增光伏發(fā)電裝機容量較小，但受制于當地消納條件有限，棄光仍主要集中在西北地區(qū)。
光伏發(fā)電與其他行業(yè)融合尚處于起步階段，融資及土地等非技術成本高。中國光伏行業(yè)協會最新統計數據顯示，在光伏發(fā)電項目其他成本均下降的形勢下，土地成本不降反升，是下一階段降低成本需要重要解決的。近一兩年，國外光伏電站項目電價屢創(chuàng)新低，其中一個重要原因就是低廉的融資成本。戶用光伏的投資主體主要是個人或小微企業(yè)，難以拿到優(yōu)惠貸款，造成項目成本較高。
后平價上網時代，光伏投資者面臨投資回報不穩(wěn)定的風險，可能影響光伏發(fā)電替代煤電的進度。與平價上網時代的政策大不相同，后平價上網時代，光伏發(fā)電獲取收益的不確性增加，應通過精細化運維、科學選址等手段提高電站的效益水平。
光伏高質量發(fā)展迎來歷史性機遇
光伏發(fā)電在多種可再生能源發(fā)電技術中具有發(fā)電成本低、資源分布廣、易于安裝、應用場景豐富等多種優(yōu)勢，被國際能源署（IEA）等許多國內外能源研究機構認為是未來主要的電力來源。作為全球最大的光伏設備制造國，我國通過頂層設計精準支持光伏發(fā)力，結合“十四五”時期部分省（市）、行業(yè)碳達峰目標，光伏產業(yè)將在“十四五”迎來歷史性發(fā)展機遇。
符合國際能源轉型
整體趨勢
近年來，各國紛紛加入聯合國自主貢獻減排承諾行列，積極采取措施應對氣候變化，全球能源綠色轉型步伐逐步加快，對清潔能源的重視程度不斷加深。如坐擁豐富石油資源的中東國家也提出了發(fā)展清潔能源戰(zhàn)略。國際能源署報告顯示，到2030年，中東可再生能源（不含水電）總發(fā)電能力將超過192GW，為當前水平的17倍，其中光伏占比將達42%以上。在“一帶一路”倡議下，我國可以利用光伏制造業(yè)世界領先的優(yōu)勢，向中東國家出口光伏產品，開拓市場空間。
已入列“十四五”
重點發(fā)展行業(yè)
“十四五”是碳達峰的關鍵時期和窗口期，受益于頂層設計精準支持，光伏發(fā)電有望更好地發(fā)揮能源替代作用，實現從發(fā)電生力軍到主力軍的轉變。
《十四五規(guī)劃和2035遠景目標規(guī)劃綱要》（以下簡稱《綱要》）明確提出，加快發(fā)展非化石能源，堅持集中式和分布式并舉，大力提升光伏發(fā)電規(guī)模，加快發(fā)展東中部分布式能源，建設一批多能互補的清潔能源基地，非化石能源占能源消費總量比重提高到20%左右。另外，針對當前困擾光伏等可再生能源發(fā)展的消納問題，《綱要》也提出了多種解決辦法，如加快電網基礎設施智能化改造和智能微電網建設，提高電力系統互補互濟和智能調節(jié)能力，加強源網荷儲銜接，提升清潔能源消納和存儲能力。
同時，圍繞可再生能源高質量發(fā)展問題，國家能源主管部門積極開展工作，包括健全可再生能源電力消納保障機制、推動解決可再生能源補貼資金拖欠問題，以及引導光伏發(fā)電、風電、生物質發(fā)電產業(yè)持續(xù)健康發(fā)展等。2021年政府工作報告明確提出，要制定2030年前碳排放達峰行動方案，優(yōu)化產業(yè)結構和能源結構，大力發(fā)展新能源。
我國光伏設備制造
及應用全球領先
作為全球最大的光伏設備制造國，我國持續(xù)深化光伏領域國際合作，為全球市場供應了超過70%的光伏組件。目前，我國已成為世界上最大的光伏應用市場，光伏發(fā)電的新增裝機容量和累計裝機容量連續(xù)數年均位居世界第一。2020年，全國光伏發(fā)電新增裝機容量4820萬千瓦，其中集中式光伏3268萬千瓦，分布式光伏1552萬千瓦；累計裝機容量達2.53億千瓦，年發(fā)電量2611億千瓦時，占全社會總發(fā)電量的3.4%。同時，光伏發(fā)電經濟性不斷提升，2020年我國地面光伏發(fā)電系統初始投資每瓦造價已低于4元。全年平價上網項目裝機規(guī)模約3305萬千瓦，預計近一兩年基本會實現新增光伏發(fā)電項目全面平價上網。
在光伏發(fā)電新增裝機大幅向消納空間充裕地區(qū)布局的前提下，光伏發(fā)電消納形勢明顯改善。2020年，全國平均棄光率2%，與2019年基本持平，光伏消納問題較為突出的西北地區(qū)棄光率降至4.8%，同比降低1.1個百分點，尤其是新疆、甘肅棄光率進一步下降，分別為4.6%和2.2%，同比降低2.8和2.0個百分點。
同時，青海實現了高比例可再生能源電力系統穩(wěn)定運行，為全國全面建設以光伏發(fā)電、風電為主的新型電力系統作出了示范。截至2020年底，青海光伏發(fā)電裝機容量1237萬千瓦，風電裝機容量622萬千瓦，水電裝機容量1301萬千瓦，火電裝機容量僅為37萬千瓦，清潔能源發(fā)電裝機容量占比高達89.3%。
雙碳目標下
我國光伏發(fā)電市場空間廣闊
我國巨大的電力需求存量和維持經濟社會持續(xù)發(fā)展所需的電力需求增量是支撐光伏發(fā)電跨越式發(fā)展的基礎。全球能源互聯網合作組織預測，到2025年我國太陽能發(fā)電裝機容量將達5.6億千瓦，其中集中式光伏3.7億千瓦，分布式光伏1.8億千瓦，光熱936萬千瓦；分區(qū)域來看，西部和北部地區(qū)3.1億千瓦，中東部地區(qū)2.45億千瓦。中國光伏行業(yè)協會預計“十四五”期間，我國年均新增光伏裝機將達7000萬-9000萬千瓦。
我國承諾在2030年前實現碳達峰，并不是2030年前一個時間點統一達峰，而是結合各行業(yè)和各地經濟社會發(fā)展特點，科學規(guī)劃，分階段、分領域和分地區(qū)逐步達峰。今年3月21日，生態(tài)環(huán)境部部長黃潤秋在中國發(fā)展高層論壇2021年會上指出，推動制定2030年前碳達峰行動方案，穩(wěn)步推行碳強度和總量“雙控”制度，支持有條件的地方和重點行業(yè)、重點企業(yè)率先達峰。
得益于光伏發(fā)電和風電成本快速下降，電力行業(yè)減排將有更多技術路徑，其中，通過光伏發(fā)電實現清潔替代，能夠較為經濟地實現碳達峰。具體而言，為實現東部地區(qū)逐步碳達峰，“十四五”將不再新建煤電項目，并要實現4000萬千瓦煤電機組退役，這將為光伏發(fā)電等綠色電力騰出發(fā)展空間。
需創(chuàng)新體制機制和研發(fā)前沿技術
新型電力系統的基本要求是服務能源結構轉型，滿足從高碳向低碳轉型的要求，適應高比例可再生能源接入后的安全穩(wěn)定運行，同時，高效消納可再生能源。
協調長期與短期、
整體和局部的關系
新型電力系統建設需從系統規(guī)劃、建設及運行等各維度更新，投入資金和資源巨大，成本分攤需要頂層設計，避免公共電網發(fā)展滯后，影響清潔替代和電能替代進度。
從全國來看，光伏發(fā)電在“十四五”將逐步成長成為主力電源之一。受限于西部地區(qū)的消納條件，“十四五”光伏發(fā)電更多以分布式兼集中式，主要布局在電力負荷較高、具備消納空間的中東部地區(qū)，同時，西南地區(qū)利用水電資源豐富的特點，可以建設風光水多能互補電站。
創(chuàng)新商業(yè)模式
豐富光伏發(fā)電應用場景
隨著碳達峰碳中和要求不斷深入，全社會將從過去“要我減排”轉變?yōu)?ldquo;我要減排”的自覺減排。其中，參與光伏發(fā)電應用涉及電力消費的重點領域有建筑、交通。如2019年我國建筑運行碳排放達22億噸，占全國碳排放的22%，碳減排壓力大。
因此，分布式光伏發(fā)電可與建筑及充電設施等結合，實現就地消納，特別是公園、學校、醫(yī)院、交通場站等公共建筑應大力發(fā)展分布式光伏。其中，分布式光伏發(fā)電與建筑結合，可降低建筑能耗；與充電樁結合，可實現零碳交通；與廢棄的采礦區(qū)結合，可為資源枯竭型城市注入新活力。
集中式光伏電站方面，“十四五”期間，可發(fā)揮西部太陽能發(fā)電成本低的優(yōu)勢，開展光伏制氫、光伏制燃料等應用，這將有助于解決西部電力系統光伏消納空間小的問題。
加快電力體制改革
構建新型電力系統下的運行機制
一直以來，光伏發(fā)電一直被認為是新生事物，需要扶持和幫助，電力系統中傳統的煤電和燃氣發(fā)電承擔了調峰、調頻等穩(wěn)定電力系統安全運行的責任。近年來，隨著煤電機組更多參與調峰、調頻等，發(fā)電空間讓給了光伏發(fā)電和風電，煤電利用小時逐年降低。未來隨著煤電退役規(guī)模逐步增加，光伏等可再生能源發(fā)電將轉變?yōu)橹髁﹄娫矗匀簧俨涣顺袚娏Π踩€(wěn)定運行的責任。
目前，各?。ㄊ校┮蠊夥鋫湟欢ㄈ萘康膬δ?，由于電池成本較高，這將造成光伏項目經濟性下降，影響其更大規(guī)模應用。因此，建議完善電力輔助服務市場，從電力系統全局考慮靈活性調節(jié)問題，提高靈活性電源的利用效率，這可以借鑒更多的光儲應用場景，而不是采用行政命令一刀切，要求各項目均配備儲能。如澳大利亞光伏發(fā)展速度較快，面臨中午高峰期發(fā)電能力強、電網難以消納的問題。對此，澳大利亞能源市場委員會（以下簡稱AEMC）近日提出，擬對向電網出售太陽能電力的居民征收“太陽能稅”。根據公布的規(guī)則草案，AEMC建議在中午時段對上網的太陽能電力征稅2美分/千瓦時。AEMC表示，征稅將發(fā)送“價格信號”，以幫助減少電網擁堵，并鼓勵更多的家庭安裝電池存儲設備，減少高峰期上網電力。
協同供需兩側
挖掘光伏發(fā)展空間
發(fā)電側在碳排放強度較大的地區(qū)開展光伏發(fā)電替代煤電，消費側開展電能替代，提高終端電力消費比重。隨著電氣化進程加快及工業(yè)、建筑等領域電能替代提速，我國人均用電量增長潛力增大。預計到2025年，我國人均用電量約為6425千瓦時，相當于2016年美國的1/2、加拿大的1/5，與主要發(fā)達國家仍有較大差距，增長空間巨大。
科技賦能
光伏轉型發(fā)展
在基礎前沿領域，建議重點攻關高效率高安全性大容量儲能、氫能及燃料電池、高效率光伏發(fā)電材料、新型絕緣材料、超導材料、寬禁帶電力電子器件等技術；在工程應用領域，可重點攻關適應高比例可再生能源電力系統的安全穩(wěn)定運行技術，以及高效率低成本光伏發(fā)電、虛擬電廠、源網荷儲協調運行、主動需求響應等技術。
總的來說，建設新型電力系統是一個系統工程，需綜合考慮發(fā)、輸、配、用和儲等各個環(huán)節(jié)，建議從全局、長遠的角度進行體制機制創(chuàng)新和前沿技術研發(fā)，服務于未來主力電源光伏發(fā)電發(fā)展，讓光伏發(fā)電安全、穩(wěn)定、高效、可靠地融入新型電力系統。
