2023清华大学碳中和经济论坛今日在北京开幕,来自政府、行业组织、专...
为指导各地更好地贯彻落实《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》(国办函〔2022〕39号),及时总结推动新能源高质量发展的成功经验和优秀做法,我们组织国家发展改革委能源研究所、电力规划设计总院、水电水利规划设计总院、国家电投集团、三峡集团、中广核集团、光伏行业协会、风能协会等单位开展了案例解读编制工作,形成了《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案案例解读》,拟按章节以连载方式陆续发布,供大家在推动可再生能源高质量发展工作中参考。3月、4月已分别发布第一、第二、第三章内容,现发布第四、五章内容。如有意见和建议,请及时反馈。
经过多年培育,我国已经打造出一条技术成熟、产业链完备的新能源产业体系,具备了全球领先的竞争优势。在落实双碳目标的新形势下,面对更大规模与更高质量的发展要求,我国新能源产业仍需进一步强化创新驱动,统筹发展与安全,促进形成以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新格局。针对于此,《实施方案》从强化科技创新能力、保障产业链供应链安全、提高国际化水平等方面支持引导新能源产业健康有序发展。
主要政策点1:建立产学研一体化平台,建设国家级新能源实验室和研发平台,加大基础理论研究投入,超前布局前沿技术和颠覆性技术。
过去十多年,我国新能源产业体系日臻成熟,科技创新实力领跑全球。风电方面,我国已具备大兆瓦级风电整机和关键核心部件的自主研发制造能力,机组设备制造基本实现系列化、标准化和型谱化,机型涵盖双馈、直驱和混合式技术路线兆瓦,设备技术水平和可靠性不断提高,通过高塔架、翼型优化、独立变桨、场群控制、新材料应用和精准测风等技术创新,推动发电效率较十年前提高了30%,成本下降超过50%。光伏方面,我国更是在产业规模、技术创新能力以及成本经济性等方面占据了全球优势地位,推动光伏发电在全球部分国家成为单位造价最低的电源品种。目前,我国已建成了国家光伏、储能实证实验平台(大庆基地),为有效支撑共性技术研发工作、充分发挥产学研用结合能力起到了重要作用。
下一步,通过加快技术创新进一步提升新能源经济性仍是业界必须推进的重点工作,尤其是强化基础理论研究、超前布局前沿技术和颠覆性技术,将是新能源产业能否持续提高竞争力、不断拓宽发展空间的关键所在。以光伏为例,虽然我国在产业化技术方面已处于全球第一梯队,但研发创新能力仍有待提升:一是原理性研究积累不足。在我国已实现大规模量产、在实验室不断打破效率世界纪录的PERC电池技术,其结构原理来自海外高校科研院所;TOPCON、HIT、IBC等有望实现量产的高效电池技术,其电池结构原创发明人同样来自海外。这给我国光伏产业的国际化发展埋下知识产权纠纷的隐患。二是前沿性研究滞后。虽然我国晶硅电池研发水平后来居上,不断创造世界纪录,但在叠层电池等前沿技术方面的研发储备不足,一旦出现产业化颠覆性技术,可能对我国光伏产业带来沉重打击。三是国家级实验室数量不多。光伏产业基础较好的国家基本上建有国家级研发实验室,如德国的弗劳恩霍夫实验室、美国的NREL实验室和日本的NEDO等,其通过与企业联合研发、政府合同服务等方式开展共性关键技术研发,屡次创造不同电池类型的转换效率世界纪录,并能通过产学研用紧密结合的运营模式快速实现产业化。
《“十四五”能源领域科技创新规划》将“先进可再生能源发电及综合利用技术”列为一项重点任务,并提出开展新型高效低成本风电技术研究、开发15兆瓦及以上海上风电机组、研发远海深水区域漂浮式风电机组;建设晶体硅/钙钛矿、钙钛矿/钙钛矿等高效叠层电池制备及产业化生产线,开展钙钛矿光伏电池应用示范;开展高效低成本光伏电池技术研究和应用示范等研究工作。
为更好地支撑这些研究工作开展,下一步将尽快出台具体支持措施,包括建立产学研一体化平台、建设国家级新能源实验室,支持第三方机构通过政企合作的方式打造行业亟需的公共实验、测试平台和设施等。
随着我国光伏、储能产业的发展,相关技术进步迅速,光伏组件、逆变器、储能等关键设备以及产品理论研究、技术研发和实验室水平不断提升,户外实际运行专业性和系统性研究检测能力也需同步跟进。
国家光伏、储能实证实验平台(大庆基地)位于黑龙江省大庆市,是国家能源局批准的首个国家级光伏、储能户外实证实验平台,由国家电投黄河公司建设运维。平台可开展光伏和储能关键设备、产品、系统的户外实证实验检测工作,为新技术、新产品、新方案实际应用效果提供科学的检验对照数据支撑,为国家制定产业政策和技术标准提供科学依据,对推动行业技术进步、成果转化、产业发展具有重要意义。“十四五”期间,国家光伏、储能实证实验平台规划布置实证实验方案约640种,折算规模105万千瓦,逐年分期实施,2021年折算规模20万千瓦,2022-2025每年折算规模分别约15万千瓦、15万千瓦、30万千瓦、25万千瓦,总投资约60亿元。完全建成后,每年折算减少碳排放140万吨。目前,一期工程于2021年11月启动运行,布置了6个实验区、161种实证实验方案,二期工程于2022年5月开工建设,布置了4个实验区、111种实证实验方案。
随着我国海上风电跨越式发展,深远海将成为主战场,漂浮式技术已经成为海上风电最前沿的技术。“三峡引领号”漂浮式风电机组是我国首台半潜浮动式海上风电系统装备,也是全球首座抗台风型漂浮式风电机组,单台装机容量5.5兆瓦,主要由半潜式浮体、系泊锚固系统、风电机组及塔筒、动态电缆和智能监测系统五部分组成。
漂浮式海上风电技术在我国尚无先例,早期投运的机组为基础形式,在设计、建设、运营等方面缺乏经验,加之项目场区海洋水深较浅,台风多、风力大、地形条件复杂,对首台系统示范提出了极高的挑战。项目采用产学研用深度融合的方式,研发出漂浮式风电机组-基础-系泊系统一体化分析技术,突破了一体化设计壁垒;使用破断力达14500千牛的国产浮式风电单股系泊钢丝绳,应对超浅水环境;对机舱、塔筒进行特殊减阻减震设计,可抵御17级台风;采用1.18公里的35千伏动态电缆以及配套附件,解决了电缆干涉、打扭问题。
本项目由上海勘测设计院、三峡能源联合明阳智能、华南理工大学共同研发,填补了国内漂浮式海上风电多项技术空白。项目依托的三峡新能源阳江百万千瓦海上风电场,于2018年初正式立项,2020年5月启动试验样机工程建设,2021年12月实现商业化并网发电,年平均上网电量1518万千瓦时,每年可节约标准煤约4600吨。
主要政策点2:推行“揭榜挂帅”“”等机制,推动企业、科研院所、高校等针对新能源占比逐渐提高的电力系统安全稳定可靠等问题开展系统性研究,提出解决方案。
未来我国非化石能源比重要逐渐提高到80%以上,意味着风电、光伏在电力系统中的占比也将不断提高,需要构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统。大规模风电、光伏、储能等分布式电源与以电动汽车、数据中心为代表的直流化负荷快速发展并大量接入电网,使得新型电力系统的源荷组成发生巨大变化。如何妥善解决源荷矛盾带来的能源供应和消纳时空不匹配等问题,成为新型电力系统运行所面临的重大挑战。为了解决这些挑战,需要进行大量的技术攻关,涉及高效低成本电网友好型可再生能源发电和综合利用技术、安全高效低成本长寿命新型储能技术、数字化智能化综合能源控制技术、信息物理融合的能源互联网/物联网技术等。
针对新型电力系统及其支撑技术,《“十四五”能源领域科技创新规划》提出,加快战略性、前瞻性电网核心技术攻关,支撑建设适应大规模可再生能源和分布式电源友好并网、源网荷双向互动、智能高效的先进电网;突破能量型、功率型等储能本体及系统集成关键技术和核心装备,满足能源系统不同应用场景储能发展需要。
高效推进解决新能源占比逐渐提高所涉及的电力系统相关问题,是一项牵涉面广、协调关系复杂的重大工程,有必要开展一系列系统性研究。通过“揭榜挂帅”制度,面向全社会开放性地征集系统性研究参与主体或解决方案,充分发挥企业、科研院所、高校等各类机构参与研究的积极性与创造力。同时,采用一个课题由多个团队、不同路径同步攻关,在相互竞争中,激发参与主体更好完成研究工作,形成更富有成效的解决方案。
日前,中国电科院的国家电网仿线计划和国家电网公司科技项目,深入开展相关研究,取得了多项重大技术创新,研发了具有国际领先水平的大电网电磁暂态仿真项目。
首先是“仿得了”。该项目攻克了众多技术难题,将大电网仿真时间尺度由毫秒级变为微秒级,实现了含多回直流和高比例新能源的大规模电网的电磁暂态仿真,并实现了工程化应用,仿真规模达到上万节点,可以覆盖两个区域电网,突破了人们对电力系统特性认知的技术瓶颈,彻底解决了现代大电网“仿不了”的世界难题。
其次是“仿得准”。该项目攻克了子网分解随机优化、任务映射图匹配算法等技术难题,研制了基于高速光纤通信及软同步的大流量分散式数模接口,解决了大规模电力电子控制保护装置和复杂系统保护装置接入万节点级大区电网的数模混合仿线回直流控制保护装置(约300面屏柜,上万个交互信号)同时接入到大规模实时仿真电网的数模混合仿真,跨越式提升了大电网的仿真精度,解决了对大规模电力电子设备接入电网控制响应特性“仿不准”的世界难题。
最后是“仿得快”。该项目攻克了多项技术难题,将含大规模电力电子设备的大电网电磁模型启动时长由上百秒减少至5秒以内,实现了多潮流方式与故障组合的大批量仿真作业动态资源配置,计算效率提升3000倍以上,彻底解决了大电网仿真“仿不快”的世界难题。
自2021年开始,南方电网公司系统布局新型电力系统创新项目研究,在并网消纳领域已立项开展了新能源功率预测、电力电量平衡、源网荷储协同优化、灵活调节资源建设与互动、多类型能源协同优化调度、灵活智能调度等项目研究,组织优势力量集中攻关,在理论和应用等方面取得了系列成果,新能源可观可测可控方面基础技术支持水平实现提升,初步满足了新能源快速建设与安全并网的要求。
主要政策点3:加大对产业智能制造和数字化升级的支持力度。推进高效太阳能电池、先进风电设备等关键技术突破,加快推动关键基础材料、设备、零部件等技术升级。
加速科技创新和产业升级更是保持行业领先地位的核心要求,虽然经过多年发展我国新能源技术已经取得长足进步,但在部分材料和零部件环节仍存在一定的“短板”。未来,行业仍需要围绕关键核心技术和共性技术进行攻关。对于风电,主要方向包括风电机组大型化、定制化和智能化开发;大功率齿轮箱和百米级叶片等关键零部件技术的持续突破;以漂浮式为核心的海上风电技术研发;高性能替代材料的研发和应用;陆上和海上运输、安装、运维等工程装备的专业化研发;多能互补等综合应用技术创新等。对于光伏,需加大对高效晶硅电池与组件等关键技术及装备,银粉、POE树脂、IGBT芯片等关键核心材料与部件,跟踪支架跟踪算法,以及光伏系统设计等软件平台的支持力度,夯实产业发展基础;大力支持具有良好产业化前景的N型高效晶硅电池与组件技术的研发与产业化,提升对钙钛矿、晶硅/钙钛矿叠层电池等前沿技术的研发力度,加速科技研发成果应用转化,提升规模化量产能力。此外,风电和光伏产业链上下游的协同创新,产业外部围绕电力网、信息网和交通网的三网融合创新,也将是创新的重点。
对。