国际能源署发布研究报告：波动性增强电力系统需稳健降碳-北极星火力发电网

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随着风电和光伏在发电量中所占比例持续增长，发电过剩和短缺的变化或将从到每小时或每日扩展到季节性时间尺度。解决可再生能源的季节性变化意味着在电力系统中，全年都需要不同程度的灵活性资源。

国际能源署日前发布题为《管理可再生能源的季节性和年际波动》的报告（下称“报告”）。报告指出，波动性可再生能源（下称“VRE”）在未来电力系统中的发电占比将超过70%，这需要多种灵活性资源来管理其在时间尺度和季节性方面的波动性。值得注意的是，具有高VRE水平的电力系统所需要的季节性灵活服务，可由现有的火电和水电来提供。最终，随着能源系统向净零排放过渡，电力系统中的所有弹性服务都需要完全脱碳。

可再生能源正迅速改变全球电力系统。报告指出，预计到2025年，可再生能源将超过煤炭，成为全球最大的电源种类；预计到2027年，全球将新增2400吉瓦可再生能源装机容量，发电量将增长10%，达38%。这相当于过去20年可再生能源增长的总量，也相当于中国目前的可再生能源总装机容量；预计到2030年，可再生能源的增长速度将超过全球电力需求的增长速度。从长远来看，可再生能源将成为全球主要的电力来源。报告显示，到2027年，VRE将占未来5年全球可再生能源发电增量的80%，改变电力系统运行方式。

国际能源署的最新数据表明，化石燃料的需求峰值正在临近。国际能源署署长法提赫·比罗尔近日在《金融时报》发表文章指出，当前清洁技术正蓄势待发。“清洁技术正迅速发展，这一点众所周知，但很多人没有意识到这种变化有多快。”

法提赫·比罗尔进一步分析称，以太阳能为例，过去两年，光伏在全球的安装速度与2050年实现净零排放路径中设想的完全一致；与此同时，全球许多地方的核电重启，也在推动低碳电力发展；热泵对建筑的可持续和安全供暖至关重要，过去两年在欧洲和其他地方的销量一直在快速增长。以这种增速看，到2030年，热泵在全球建筑供暖中的份额将翻番；电动汽车销量正在飙升，2022年占全球汽车市场的近15%，而两年前这一数字还不到5%。

国际能源署预计，未来几年，越来越多国家的VRE发电量占比将提高，这将导致越来越多的电力过剩。同时，在VRE发电相对较低的时期，更需要其他电源支撑。这种波动变化最终将不限于每小时或每天，而是扩展到每月和季节性的时间尺度。

要解决这种季节性变化，意味着在电力系统中，全年都需要不同程度的其他电源或灵活性调节资源。例如，中国处于温带气候带，季节变化较为复杂：夏季由于制冷而导致用电尖峰，冬季由于供暖而导致用电尖峰。由于冬季平均风力较大，风电有助于满足电力需求高峰，而夏季太阳能发电通常处于高位，水力发电能力也较为充足。

报告认为，在未来高VRE的电力系统中，传统的火力发电仅提供一年总发电量的5%-15%，它们是季节性灵活性发电资源的主要来源：在一年中的关键时期，火力发电将支撑一半到2/3的季节性灵活性用电需求。同时，火电厂每年的平均使用时间可能仅为500至2000小时，大大低于当前全球平均使用时间——4000小时。火电要实现从大规模发电到灵活供电的过渡，需要各方面的管理，以确保电力系统经济、安全和清洁。

此外，水电是仅次于火电的第二大季节性灵活性发电资源，将提供季节性灵活性用电需求的1/3至一半。然而，由于每年降水和融雪的不确定性，水电有着显著的年际变化。如果不把水电的波动性问题作为能源基础设施规划的一部分，并加以适当处理，可能会造成电力供应短缺问题。

据悉，国际能源署制定了一个安全且经济的风能和太阳能一体化框架。这一框架要求，大幅增加电力系统中各种形式的灵活性资源，包括更强大的电网互联和需求侧措施，以及可负担的储能和可调度的电力供应能力。例如，电动汽车的智能充电和工业需求响应可支撑30%-35%的短期灵活性用电需求。

然而，随着能源系统向净零排放过渡，化石燃料发电最终将被其他清洁的灵活性发电资源所取代。报告指出，氢、氨等低排放燃料可以被视为助力脱碳的灵活性资源。目前，高成本仍然是氢、氨广泛应用的关键障碍。在各国开始建设相关基础设施的同时，对氢、氨燃料运输、储存和供应的投资也需要大幅加快。

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