在成本的迅速下降和可再生能源發(fā)電在全球能源結(jié)構(gòu)中的占比持續(xù)上升的背景下，大家已經(jīng)把注意力轉(zhuǎn)移至與間歇性可再生能源(VRE)電網(wǎng)融和的相關(guān)成本上，特別是在與轉(zhuǎn)型相關(guān)的成本—效益計算方面。幸運的是，電力系統(tǒng)的靈活性不是靜態(tài)的。創(chuàng)新可以提高整個價值鏈(包括電源、輸配電和需求)的電力系統(tǒng)靈活性，同時降低系統(tǒng)總成本。
當(dāng)前和未來電力系統(tǒng)的靈活性
國際可再生能源署的綜合研究，即《可再生能源電力的創(chuàng)新藍(lán)景》，包含迄今為止最全面的間歇性可再生能源電網(wǎng)融和創(chuàng)新分析。報告中認(rèn)為，我們并非缺乏創(chuàng)新—相反，我們需要找到辦法，使最近的創(chuàng)新和公開宣布變得具有意義。本報告的目的是使指導(dǎo)成員對于這個復(fù)雜的主題更易接觸，以助于其創(chuàng)新。它確定了30種創(chuàng)新類型和11種基于這些創(chuàng)新的實際解決方案。它還確定并分析了200多個實際項目和應(yīng)用。研究結(jié)果不是藍(lán)圖，而是工具箱，因為應(yīng)用這些創(chuàng)新時必須考慮每個電力系統(tǒng)的現(xiàn)實。
3種創(chuàng)新趨勢
國際可再生能源署認(rèn)為推動能源轉(zhuǎn)型的3大趨勢：終端能源部門的數(shù)字化、分散化和電氣化。這些趨勢是由強大的經(jīng)濟(jì)和社會效益推動的。正如我們所知，它們一起可以改變能源行業(yè)。
結(jié)合三種創(chuàng)新趨勢提高靈活性
終端用戶部門的電氣化
上一節(jié)詳細(xì)討論了可再生能源電氣化是終端用戶部門(運輸、建筑和工業(yè))脫碳化的基石。例如，電動汽車(EV)提供了新的靈活性來源，2019年初已有560萬輛電動乘用車上路。在全球約10億輛汽車中，中國和美國形成了最大的市場，兩國分別擁有260萬和110萬輛電動汽車。供暖的電氣化也在增長。預(yù)計截止2017年底，歐洲已安裝超過1000萬臺熱泵。
在消費端連接的分布式能源(DERs)的出現(xiàn)正在使電力系統(tǒng)分散化。它們包括屋頂太陽能光伏、微型風(fēng)力渦輪機、電表后端電池儲能系統(tǒng)、熱泵和插電式混合動力汽車(PHEV)。值得注意的是，目前占全球發(fā)電量約1%的屋頂光伏發(fā)電正在加速增長?；诜植际侥茉吹姆稚⒒庆`活性的重要來源，比如采用需求響應(yīng)措施。例如，非洲的公司利用即用即付模式向肯尼亞和烏干達(dá)的家庭提供太陽能家庭系統(tǒng)。移動支付系統(tǒng)用于收集付款。這些國家為60多萬戶家庭提供了電力，使家庭能夠擁有照明、手機充電器以及電視和冰箱等家用電器。
電力部門的數(shù)字化
數(shù)字化是能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵“放大器”，能夠管理大量數(shù)據(jù)，并且對具有許多小型發(fā)電機組的系統(tǒng)實現(xiàn)優(yōu)化。增強的溝通、控制基于區(qū)塊鏈技術(shù)的自動化智能合約允許分布式能源資源由"集合商"捆綁在一起。智能電表和傳感器的廣泛應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的應(yīng)用以及通過人工智能對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，為系統(tǒng)提供新的服務(wù)創(chuàng)造了機會。
數(shù)字技術(shù)以多種方式支持電力部門的轉(zhuǎn)型，包括：更好地監(jiān)測資產(chǎn)及其業(yè)績;更精細(xì)的操作和控制更接近現(xiàn)實時間;實施新的市場設(shè)計;以及新業(yè)務(wù)模式的出現(xiàn)。據(jù)估計，全球已經(jīng)安裝了7億多臺智能電表，僅在中國就有4億臺左右。到2025年，全球預(yù)計將有750億臺電器通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)互聯(lián)互通，為消費者、制造商和公用事業(yè)提供商提供豐富的信息。例如，2018年，德國電池解決方案公司Sonnen提供電網(wǎng)服務(wù)，并參與了該國的電力平衡市場。電網(wǎng)服務(wù)由3萬戶家庭聯(lián)網(wǎng)家庭儲能系統(tǒng)提供。
創(chuàng)新的4個維度
正如國際可再生能源署的工作所證實的，沒有一個單一能改變游戲規(guī)則的創(chuàng)新。任何孤立的創(chuàng)新都不可能產(chǎn)生重大影響，而是需要伴隨著電力所屬部門的創(chuàng)新。國際可再生能源署調(diào)查了大量創(chuàng)新的前景，這些創(chuàng)新可促進(jìn)將高份額間歇性可再生能源融入到電力系統(tǒng)中，確定并集合了30項變革性創(chuàng)新，包括支持技術(shù)、業(yè)務(wù)模型、市場設(shè)計和系統(tǒng)操作。
支持技術(shù)：電池儲能、需求端管理和數(shù)字技術(shù)正在改變電力行業(yè)，為釋放系統(tǒng)靈活性的新應(yīng)用敞開大門。終端用戶部門的電氣化正在成為可再生能源的一個新市場，但如果以智慧的方式應(yīng)用，也可以提供其他靈活需求的方法(第4節(jié)進(jìn)一步闡述)。
商業(yè)模式：創(chuàng)新的商業(yè)模式是使這些技術(shù)創(chuàng)造的新價值貨幣化的關(guān)鍵。在消費者方面，許多創(chuàng)新的商業(yè)模式正在出現(xiàn)，同時，創(chuàng)新計劃允許在選擇有限的地區(qū)(如離網(wǎng)或人口稠密地區(qū))提供可再生電力供應(yīng)。
市場設(shè)計：使市場設(shè)計適應(yīng)不斷變化的模式——轉(zhuǎn)向擁有高間歇性可再生能源份額的低碳電力系統(tǒng)—對于實現(xiàn)價值創(chuàng)造和充足的收入流至關(guān)重要。
系統(tǒng)運營：隨著新技術(shù)和健全的市場設(shè)計到位，系統(tǒng)運行也需要創(chuàng)新，并且對更高份額的間歇性可再生能源融入電網(wǎng)進(jìn)行相應(yīng)。其中包括適應(yīng)不確定性的創(chuàng)新以及系統(tǒng)集成分布式能源(DER)的創(chuàng)新運營。
創(chuàng)新，以實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的轉(zhuǎn)型
在過去十年中，創(chuàng)新使可再生能源技術(shù)成本大幅下降，太陽能光伏發(fā)電成本在2009~2018年間下降了近75%，而陸上風(fēng)電成本也下降了近25%。因此，可再生能源發(fā)電的業(yè)務(wù)案例在目前非常強勁。從現(xiàn)在起，重點應(yīng)轉(zhuǎn)向降低這些技術(shù)的融入電網(wǎng)的成本。
根據(jù)國際可再生能源署的分析，為了在2015~2050年實現(xiàn)深度脫碳的投資水平，應(yīng)加強電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、儲能和靈活的傳統(tǒng)發(fā)電建設(shè)以實現(xiàn)間歇性可再生能源融入電網(wǎng)，該方面的投資規(guī)模與其他可再生能源發(fā)電技術(shù)所需的總投資規(guī)模相似。在與《巴黎協(xié)定》目標(biāo)一致的情景中，假設(shè)只完成有限的靈活性，在2015年至2050年期間，這些投資或?qū)⒏哌_(dá)18萬億美元。
這一預(yù)測強調(diào)了創(chuàng)新在提高電力系統(tǒng)靈活性方面的重要性。德國漢堡市給出了創(chuàng)新可以降低此類成本的一個例子，在大規(guī)模采用電動汽車之后，電網(wǎng)面臨瓶頸。在高需求期間(如同時為數(shù)千輛電動汽車充電)或緊急負(fù)載條件下(例如相鄰線路停止使用時)滿足所需負(fù)載，為需要加固約10000公里的0.4千伏電纜線路。作為替代方案，漢堡斯特羅姆內(nèi)茨與西門子合作，試圖通過使用數(shù)字技術(shù)測試智能解決方案，減少在同一地區(qū)電網(wǎng)上同時充電的電動汽車數(shù)量。該解決方案的成本估計為200萬歐元，僅為加固電網(wǎng)常規(guī)解決方案成本的10%，其中包括安裝30個控制單元和私人充電基礎(chǔ)設(shè)施負(fù)載監(jiān)控設(shè)施。
此案例表明，具有實際影響的實際解決方案來自創(chuàng)新的組合。正確的組合和最佳解決方案對于每個國家可能不同，但許多國家都有共同點。將這4個維度的創(chuàng)新相結(jié)合所產(chǎn)生的解決方案降低了電力系統(tǒng)成本。國際可再生能源署已詳細(xì)闡述了11種解決方案，以提高電力系統(tǒng)的靈活性，以說明如何結(jié)合創(chuàng)新，從而在針對間歇性可再生能源集成的定制方法中產(chǎn)生效果。
靈活性解決方案
