隨著風(fēng)電和光伏在發(fā)電量中所占比例持續(xù)增長，發(fā)電過剩和短缺的變化或?qū)牡矫啃r或每日擴(kuò)展到季節(jié)性時間尺度。解決可再生能源的季節(jié)性變化意味著在電力系統(tǒng)中，全年都需要不同程度的靈活性資源。

國際能源署日前發(fā)布題為《管理可再生能源的季節(jié)性和年際波動》的報告(下稱“報告”)。報告指出，波動性可再生能源(下稱“VRE”)在未來電力系統(tǒng)中的發(fā)電占比將超過70%，這需要多種靈活性資源來管理其在時間尺度和季節(jié)性方面的波動性。值得注意的是，具有高VRE水平的電力系統(tǒng)所需要的季節(jié)性靈活服務(wù)，可由現(xiàn)有的火電和水電來提供。最終，隨著能源系統(tǒng)向凈零排放過渡，電力系統(tǒng)中的所有彈性服務(wù)都需要完全脫碳。

可再生能源正迅速改變?nèi)螂娏ο到y(tǒng)。報告指出，預(yù)計到2025年，可再生能源將超過煤炭，成為全球最大的電源種類;預(yù)計到2027年，全球?qū)⑿略?400吉瓦可再生能源裝機(jī)容量，發(fā)電量將增長10%，達(dá)38%。這相當(dāng)于過去20年可再生能源增長的總量，也相當(dāng)于中國目前的可再生能源總裝機(jī)容量;預(yù)計到2030年，可再生能源的增長速度將超過全球電力需求的增長速度。從長遠(yuǎn)來看，可再生能源將成為全球主要的電力來源。報告顯示，到2027年，VRE將占未來5年全球可再生能源發(fā)電增量的80%，改變電力系統(tǒng)運(yùn)行方式。

國際能源署的最新數(shù)據(jù)表明，化石燃料的需求峰值正在臨近。國際能源署署長法提赫·比羅爾近日在《金融時報》發(fā)表文章指出，當(dāng)前清潔技術(shù)正蓄勢待發(fā)。“清潔技術(shù)正迅速發(fā)展，這一點眾所周知，但很多人沒有意識到這種變化有多快。”

法提赫·比羅爾進(jìn)一步分析稱，以太陽能為例，過去兩年，光伏在全球的安裝速度與2050年實現(xiàn)凈零排放路徑中設(shè)想的完全一致;與此同時，全球許多地方的核電重啟，也在推動低碳電力發(fā)展;熱泵對建筑的可持續(xù)和安全供暖至關(guān)重要，過去兩年在歐洲和其他地方的銷量一直在快速增長。以這種增速看，到2030年，熱泵在全球建筑供暖中的份額將翻番;電動汽車銷量正在飆升，2022年占全球汽車市場的近15%，而兩年前這一數(shù)字還不到5%。

國際能源署預(yù)計，未來幾年，越來越多國家的VRE發(fā)電量占比將提高，這將導(dǎo)致越來越多的電力過剩。同時，在VRE發(fā)電相對較低的時期，更需要其他電源支撐。這種波動變化最終將不限于每小時或每天，而是擴(kuò)展到每月和季節(jié)性的時間尺度。

要解決這種季節(jié)性變化，意味著在電力系統(tǒng)中，全年都需要不同程度的其他電源或靈活性調(diào)節(jié)資源。例如，中國處于溫帶氣候帶，季節(jié)變化較為復(fù)雜：夏季由于制冷而導(dǎo)致用電尖峰，冬季由于供暖而導(dǎo)致用電尖峰。由于冬季平均風(fēng)力較大，風(fēng)電有助于滿足電力需求高峰，而夏季太陽能發(fā)電通常處于高位，水力發(fā)電能力也較為充足。

報告認(rèn)為，在未來高VRE的電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的火力發(fā)電僅提供一年總發(fā)電量的5%-15%，它們是季節(jié)性靈活性發(fā)電資源的主要來源：在一年中的關(guān)鍵時期，火力發(fā)電將支撐一半到2/3的季節(jié)性靈活性用電需求。同時，火電廠每年的平均使用時間可能僅為500至2000小時，大大低于當(dāng)前全球平均使用時間——4000小時。火電要實現(xiàn)從大規(guī)模發(fā)電到靈活供電的過渡，需要各方面的管理，以確保電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、安全和清潔。

此外，水電是僅次于火電的第二大季節(jié)性靈活性發(fā)電資源，將提供季節(jié)性靈活性用電需求的1/3至一半。然而，由于每年降水和融雪的不確定性，水電有著顯著的年際變化。如果不把水電的波動性問題作為能源基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃的一部分，并加以適當(dāng)處理，可能會造成電力供應(yīng)短缺問題。

據(jù)悉，國際能源署制定了一個安全且經(jīng)濟(jì)的風(fēng)能和太陽能一體化框架。這一框架要求，大幅增加電力系統(tǒng)中各種形式的靈活性資源，包括更強(qiáng)大的電網(wǎng)互聯(lián)和需求側(cè)措施，以及可負(fù)擔(dān)的儲能和可調(diào)度的電力供應(yīng)能力。例如，電動汽車的智能充電和工業(yè)需求響應(yīng)可支撐30%-35%的短期靈活性用電需求。

然而，隨著能源系統(tǒng)向凈零排放過渡，化石燃料發(fā)電最終將被其他清潔的靈活性發(fā)電資源所取代。報告指出，氫、氨等低排放燃料可以被視為助力脫碳的靈活性資源。目前，高成本仍然是氫、氨廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵障礙。在各國開始建設(shè)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的同時，對氫、氨燃料運(yùn)輸、儲存和供應(yīng)的投資也需要大幅加快。