探究新能源消纳关键因素分析及解决措施

王颂

（福州大学至诚学院 350002）

1 概述

能源是现代社会持续运行的基础，是人类生产生活的动力来源。能源问题历来和经济发展、生态环境、气候变化等息息相关，为了确保能源安全，积极应对生态环境变化，推行可持续发展的新能源已经成为社会的普遍共识。因为各种各样的因素影响，新能源消纳问题一直是推行新能源普及战略的重大难题。各种矛盾的凸显已经引起了各界的广泛关注。据统计，当前我国的新能源汽车数量已经跃居世界第一，汽车行业依托着庞大的消费群体和能源消费市场，在消纳新能源方面具有不可限量的潜力。

2 我国新能源消纳以及新能源汽车的发展现状

根据官方统计数据，从2016以来，我国在新能源汽车充电设施建设运行方面的投资持续高速增长（图1）。

图1 我国2016—2018年新能源汽车月度销量及构成

在投资拉动下，充电桩和充电站数量年均增长率高达20%。在充电桩的调度方面，国家电网为主要接入平台，市场占比80%以上。在数量和规模上虽然呈现逐年增加的趋势，但存在与现实充电需求不匹配以及电网资源浪费的问题，另一方面电力系统在应对不同时间用户需求方面缺少灵活性。不平衡的电力负荷每年处于逐步扩大的趋势，如何利用汽车储能来应对这一变化，使电力系统在新能源的波动出力状况下更加平稳运行是问题的关键所在[1]。

为了进一步减少传统能源消耗及其带来的污染问题，政府机构近年来，在新能源汽车以及充电桩（站）建设方面给予了很大的补贴优惠政策。充电站和充电桩在技术上逐步向着大功率快充的方向发展。但是目前来看，在新能源汽车的使用方面依然没有达到理想状态，突出表现在：①充电设施数量少，而且充电设施标准不一；②新能源汽车的充电受到行业内一系列技术因素的制约，目前存在行业发展瓶颈；③新能源汽车储能技术一直停留在概念性阶段，在市场应用方面尚未达成一致共识，进而导致充电站投资方、运营方、终端用户普遍对V2G（车辆到电网）接受度不高。

以上种种因素在一定程度上阻碍了新能源汽车对新能源电网系统的剩余电能的消纳，其解决难度较大。

3 新能源消纳的机理分析

电力系统的规模发展到一定程度后，系统的自身调节能力关键取决于电源结构，新能源相比与传统能源而言，不仅体现在对生态环境的友好性，而且体现出了巨大的价格优势。对于车主用户而言，新能源汽车和燃油汽车相比，出行成本可以降低20%以上。但这一过程目前仅仅是电网向车载电池输出能量，能量的传输只是单向传输，并不能有效解决电网侧新能源的消纳问题。相比常规的蓄水消纳控制或飞轮储能技术，电动汽车的电池储能具有更强的可操作性，对新能源调节幅度更广，而且更加灵活。但目前电源总体的调节性能依然取决于火电调峰能力。灵活调节的电源在数量和规模上依然处于弱势。

另外，利用新能源汽车消纳剩余电能需要结合各个地区末端电网供电的具体现状实行不同的方案。在规划时要注重可靠性和供电质量等问题，配网末端建设储能充放电站的方案要综合考虑项目的经济性、安全性、可靠性及充电桩设备选型等[2]。

4 新能源消纳的理论分析

从理论上分析，新能源汽车和传统汽车的区别不仅是能量的来源不同，更在于电源结构和负荷功率的调节空间不同。对于内部无网络约束的系统，新能源汽车消纳一方面能够满足发电和用电的平衡状态，另一方面可以综合充电站系统上下线空间限制自我调节能力。系统调整空间“负载+连接线输出功率”曲线与系统调节能力的下限，即新能源的理论最大能耗空间如图2所示[3]。

图2 新能源消纳空间示意图

电动汽车是新能源汽车，如果只使用传统电网供电模式，庞大的充电电流会对电网的安全构成巨大威胁。未来，电动汽车的普及对整个电网来说将是灾难性的。电动汽车的目的是节能减排，大多数传统电网的电力来自火力发电，这仅仅是提高了城市的空气质量，但对于整个地球生态，节能减排的贡献甚微[4]。

5 新能源消纳问题的解决措施

利用新能源汽车来消纳电网剩余电能是一个系统工程，不可能仅仅从一方面来彻底解决。从近些年来的实施效果看，消纳新能源要从电源侧、输配电网络、用户需求负荷3部分进行综合部署、逐级推进。

5.1 电源调节

(1)提高可灵活调节的电源比例，尤其是针对条件较好地区，积极进行充电设备的升级换代，淘汰落后充电设施，推动储能设备调峰能力改造，提高场站调峰深度。

(2)优化电源调节技术，从技术上改进电源的调节和能量转换效率，提高调节功效。

5.2 电网互联互通

(1)对于地区之间的负荷不平衡问题，政府部门应主导加强各类新能源汽车充电或换电以及储能项目的互联互通，科学布局，提高剩余电量的消纳空间。

(1)不同地区的场站进行灵活组网，形成不同电网之间灵活动态分配机制，必要时建立跨区域电力外送通道，消除区域之间人为的壁垒，统筹发挥好国家电网配置和平衡能力。

(3)提高充电设施的标准统一性，大力推广充电堆和柔性充放电技术。

5.3 用户负荷及规模控制

新能源的消纳最终是落实到用户侧的，因此用户终端是整个新能源消纳策略的落脚点。应积极发掘电网应用场景，建立需求侧的电力负荷响应机制；在新能源汽车方面，我们将推动电能替代，加快微电网、储能技术、“互联网+”智能能源技术研究，并利用市场方式引导用户参与调峰和调频，积极应对新能源产出的变化。从价格机制以及制度上推广并支持电动汽车以及充电站储能、换能等新技术的发展和应用[5]。

另外，还要从电池储能的技术基础上，进一步探索新材料新工艺。充分发挥新能源电池储能的优势，确保其安全性和经济性。建立废旧电池梯次回收利用方法，减少二次污染和浪费。

6 结束语

新能源的开发往往需要大量的资金和技术。因此从实现成本上来看，大多是集中式开发。但是，电厂调峰供电性能不足、电网输电能力不足、市场机制尚不完善，给新能源消耗带来了负面影响。新能源汽车的可移动性强，而且数量庞大。利用新能源汽车的储能能力将会有效缓解电网电能的不均衡问题，相信在将来随着汽车电池技术的不断进步以及新能源各项制度的完善，我国新能源消纳水平必将会得到良好的解决。