能源数字化：虚拟电厂推动节能减碳

引言

为落实推进我国碳达峰、碳中和重大战略目标，在能源绿色低碳转型方面确立了“构建新型电力系统”的发展方向，当前电力供需形势下，加强电力需求侧管理是改进用电方式，提高电能利用效率，促进电力资源优化配置的重要举措，从而实现节约用电、环保用电、绿色用电、智能用电、有序用电。

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能效电厂

1.能效电厂概念

能效电厂（efficiency power plant，简称EPP）是一种虚拟电厂，即通过实施一揽子节电计划和能效项目，获得需方节约的电力资源。国际能源界将实施电力需求侧管理，开发、调度需方资源所形成的能力，形象地命名为能效电厂。将减少的需求视同“虚拟电厂”提供的电力电量。能效电厂是一种虚拟电厂，“能效电厂”把各种节能措施、节能项目打包，通过实施一揽子节能计划，形成规模化的节电能力，减少电力用户的电力消耗需求，从而达到与扩建电力供应系统相同目的。

能效电厂可被理解为是一种虚拟电厂，但两者显然并不等同。EPP在碳交易权市场将更有用武之地。

2.能效电厂特点

（1）优势：与建设一个常规电厂相比， EPP具有建设周期短、零排放、零污染、供电成本低、响应速度快等显著优势，是实施电力需求侧管理、实现节能减排的一种有效、直观的途径，有利于大规模、低成本的外部资金的进入，是解决电力短缺和能源可持续利用问题的“好帮手” 。能效电厂每发（节省）1度电的成本是1角钱左右，只有发电成本的四分之一。

（2）发电能力：电力高峰期减少的供电需求统称为需方调峰资源，是能效电厂可实时调度的调峰能力。能效电厂的发电量是需方的节约电量。

3.能效电厂主要功能

能效电厂通过优化运行控制与市场交易，实现电源侧多能互补与负荷侧灵活互动，为电网提供电能、调峰、调频、备用等服务。能效电厂通过聚合用户侧可控负荷，提升新能源并网承受能力；能效电厂将分布式新能源聚合成一个实体，解决分布式新能源接入成本高和无序并网的问题，提高分布式新能源的接纳能力；通过聚集分布式电源、储能设备和可控负荷，实现 冷、热、电整体能源供应效益最大化，促进清洁能源消纳和绿色能源转型。

电力需求侧管理

通过采取有效的激励措施，引导电力用户改变用电方式，提高终端用电效率，优化资源配置，改善和保护环境，实现最小成本电力服务所进行的用电管理活动，是促进电力工业与国民经济、社会协调发展的一项系统工程。

电力需求侧理念源自美国20世纪70年代，发达国家意识到单纯依靠扩大能源供应难以满足不断增长的能源需求，必须考虑需求侧的节约和能源利用效率的提高，能源管理方法演进为把供应方和需求方两种资源整体进行综合资源规划的新理念。

需求侧节点方案的投资一般仅为电力供应侧投资的20%-50%。

延展1：中国电力中长期发展趋势判断

总论：清洁能源发电量占比逐渐提升，需求侧资源与新型储能迎来发展机遇期。

1.电力需求仍有较大增长空间

我国电力需求将持续增长，增速逐步放缓，2035年达10.9~12.1万亿千瓦时，2050年达到12.4~13.9万亿千瓦时。建筑部门是电气化水平提升最快的部门，而工业部门仍长期将是我国最重要的电力消费部门。2050年我国人均用电量将达到约8800~10000千瓦时，介于当前日、德等高能效国家水平与美、加等高能耗国家水平之间。

2.电源装机增速快于电力需求

电源结构呈现“风光领跑、多源协调”态势，风电和光伏发电将逐步成为电源主体，煤电装机将在2025至2030年前后达峰。我国电源装机规模将保持平稳较快增长，2035年将达到约35亿~41亿千瓦，2050年将达约43亿~52亿千瓦。

作为重要的清洁电源，陆上风电、光伏发电的经济竞争力也呈逐步提升趋势，将成为我国发展最快的电源类型，预计2050年两者装机容量占比之和超过一半，发电量占比之和超过1/3。

3.电网大范围资源配置能力持续提升

由于我国优质资源区与负荷中心呈现明显的逆向分布特征，并且为应对未来高比例新能源的波动性需加强区域间的互联互济，我国跨区输电通道容量将持续增长，2035年、2050年将由当前的1.3亿千瓦分别增长至4亿、5亿千瓦左右。西北地区、西南地区为主要送端，华东地区、华中地区为主要受端，“西电东送”、“北电南送”规模呈逐步扩大趋势，尤其是在2035年之前将保持快速发展。电网作为大范围、高效率配置能源资源的基础平台，重要性将愈加凸显，以特高压骨干网架为特征的全国互联电网将在新一代电力系统中发挥更加重要的作用。（新基建方向之一：特高压）

4.需求侧资源与新型储能迎来发展机遇期（三大技术持续发展）

随着能源消费新模式新业态逐步涌现，需求侧资源将在我国电力系统中发挥重要作用。

一方面，在节能降耗的发展要求下，以能效电厂模式推动需求侧节能节电，可在规划中替代部分常规电厂建设，预计2035年、2050年我国能效电厂总容量将分别达到3.8亿、4.5亿千瓦左右。

另一方面，在智能电网与能源互联网环境下，供需双向互动成为可能，激励可削减、可时移负荷以需求响应的形式参与系统运行，成为电力系统重要的灵活性资源，预计2035年、2050年我国需求响应总容量将分别达到2.1亿、4.1亿千瓦左右。

此外，储能技术的逐步成熟将改变电力发、输、配、用同时完成的特性，丰富了电力平衡的手段，可为电力系统调峰调频、新能源消纳等作出重要贡献。新型储能在2030年之后迎来快速增长，预计2035年、2050年装机将达0.5亿、4.2亿千瓦左右。

5.电力系统成本将呈现先升后降趋势

当前至2025年，电力需求保持较快增长，新能源发电技术等仍处于发展期，能源转型需付出一定经济代价，电力系统成本持续上升。（气候保护与环保，使Europe一直都高度依赖Russia天然气等清洁能源）此后，随着新能源发电成本与系统灵活性资源成本持续下降，电力发展的清洁目标与经济目标逐渐重合，能源转型将更多基于市场自主选择。在考虑环境外部成本内部化的情况下，2050年度电成本约为当前水平的70%左右。如果不计环境成本，2050年度电成本约为当前水平的60%左右。

6.电力系统二氧化碳排放拐点将显

随着清洁能源发电量占比逐渐提升，电力系统二氧化碳排放总量在2025年前后出现峰值，峰值水平约为45~50亿吨，2050年排放量约18~19亿吨，占全国二氧化碳排放的比重降至30%以下。2050年单位电量二氧化碳排放强度约为当前水平的22%-26%。（电力结构转型，奔赴Europe的现在）

延展2：分布式能源（2022年值得关注）

分布式能源包括小规模的发电及储能技术（通常从1 kW到10,000 kW），可以替代或加强传统电力系统。它们可以存在于电力公用事业公司的配电系统之中或作为配电系统的子系统、或是完全体现为用户侧。它可能包括储能、间歇性发电、分布式发电、需求响应、能源效率（节能）、蓄热或电动汽车及其充电设备。

供应韧性和高电价将推动更多消费者采用分布式能源，与虚拟电厂相结合，这一技术可作为一体化程度更高的用户侧储能电池和新能源汽车产品得到应用。关键性市场包括美国加利福利亚州和得克萨斯州、英国、日本及澳大利亚。

延展3：可再生能源发展

随着“碳达峰、碳中和”目标提上日程，为实现能源绿色低碳转型，摆脱对煤炭、石油等传统化石能源的依赖，我国一直在高速推进可再生能源发展。截至目前，我国水电、风电、太阳能发电以及生物质发电装机均位居世界第一。众所周知，我国可再生能源资源分布不均，水电主要集中在西南部地区，而风电主要分布在“三北”地区，太阳能则以西北部及北部地区为主，但我国主要用电负荷却在中东部地区。能源生产与消费中心的逆向分布，造成了用电区位差异以及供需矛盾，严重制约了我国可再生能源的有序发展。

另一方面，可再生能源特有的波动性发电特性，使得大规模并网对电网的连续性、稳定性以及安全性要求极高，这让我国部分地区的电力系统在调峰调频方面显得有些吃力。在“十四五”时期的双碳目标下，可再生能源发电装机将实现倍增，也让这种问题更加凸显，从而使得可再生能源消纳问题更为棘手。

2018年10月，国家发改委、国家能源局制定了《清洁能源消纳行动计划（2018-2020年）》，要求2018年风电利用率高于88%，光电及水能高于95%；2019年，风电利用率高于90%，光电及水能高于95%；2020年风电利用率力争达到95%，光电及水能高于95%。我国这三年都超额完成目标，尤其是光电消纳情况表现最为突出。

回首刚过去的2021年，我国可再生能源累计装机突破了10亿千瓦，已占到全球总装机规模的1/3。在强劲的发展势头下，能源消纳也没有掉队，风电、光伏和水能利用率分别达到96.9%、97.9%和97.8%。

我国可再生能源消纳水平逐年提升，得益于国家采取的一系列措施。比如最直接的西电东送，采用我国领先世界水平的特高压技术，由南中北三条通道，将源源不断的电力输送至我国东部地区。随着特高压技术的不断升级，也使得我国电力输送距离更远、容量更大、耗损更少、成本更低、安全性更高，显著提升了我国能源消纳能力。

除此之外，我国还建立了可再生能源消纳保障机制，强制性设立市场配额标准，对电力消纳超额完成的地区予以奖励，对未达标的实施惩罚。而近两年，像绿电交易、碳交易等电力交易市场的上线，进一步解决了可再生能源的跨省跨区消纳问题，并带动更多企业迈进绿色低碳的世界。2021年，一向作为配角的分布式能源被推到“舞台中央”。尤其在光伏领域，随着整县推进分布式光伏试点的实施，使得分布式光伏年新增装机超过集中式光伏，这也成为我国光伏发展历史长河中的转折点。

分布式光伏作为一种可就近开发、就地消纳的发电方式，对装机场地、资金成本、技术难度的要求相对更小。尤其对工商业等用电企业而言，分布式光伏电站的建设可以利用闲置空间资源，比如厂房屋顶或车棚等，像是能环宝阳光17号电站，便是搭建在一家生产新能源汽车矩形电池的企业车棚上方。电站产生的绿电可自发自用，余下的还可并网，也可进入交易市场，获取相应绿电收益，并轻松达成能耗目标。用电企业在享受低成本清洁电力的同时，也解决了绿电消纳的问题。

放眼2022年，中国光伏行业协会预测了75吉瓦以上的光伏新增装机。对于伴随装机而来的消纳问题，国家也提前作了部署。比如新疆、宁夏等地近期发布的清洁能源优先发电计划，要求新能源发电优先上网，保障性收购，这一举措加大了西北部地区的绿电消纳力度。而在技术方面，储能、制氢、电网、电力系统等领域也将成为未来发展重点，为清洁能源消纳提供更多保障，为清洁能源的蓬勃发展提供持久动力！

注规考试真题

【2021-70】关于能效电厂的说法，错误的是（ ）

A.能效电厂在电力生产行业中位于发电效率前端

B.是一种虚拟电厂

C.通过实施一些节能效项目节约电力

D.是电力需求侧管理的一种创新模式

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