多種電力資源“養育”未來電網實現資源互補

能源結構的重大變化將給未來的電網帶來一系列重大挑戰。如何通過改變電網結構和運行方式來解決電網未來發展中的關鍵技術問題，已成為一個值得深入研究和探討的問題。如果將大量的各種電力資源打包在一起，資源的互補性可以使“電力包”成為一種相對穩定可控的資源。

未來電網中各種電力資源的互補性主要體現在以下幾個方面：

時間上的互補性

有些資源只在某個時間可用，而另一些資源在其他時間更豐富，或者在其他時間根據需求使用。由于時差的原因，東部和西部地區的太陽能在時間上是互補的。水電資源在一定程度上是可控的，可以通過調整水電站的發電量和庫容來實現對太陽能或風能的補償。例如，在24小時內，當風能和太陽能充足時，可以適當減少水力發電，增加水庫容量；當太陽能和風能減少時，適當增加水力發電量。與其他可再生能源相比，生物質能具有更好的時間互補性，因為生物質能是一種可以大量儲存的能源。只要太陽能和風能的電力在任何時候都缺乏，就可以啟動生物質能來補充。

我國水電資源理論儲量為6.88億千瓦，技術上可開發利用的水電資源總量達到5.4億千瓦，經濟可開發量達到4億千瓦（相當于2010年發電總裝機容量的40%）。目前，水電總裝機容量已超過2億千瓦，仍有很大的發展潛力。2010年，中國可利用的各類生物質資源相當于3億噸標準煤。預計到2050年，可利用的生物質能源將達到10億噸標準煤。按年發電5500小時計算，可發電約5億千瓦；如果僅作為輪換備用，生物質發電裝機容量將遠高于5億千瓦。根據嚴魯光院士的研究報告，到2050年，中國的發電總裝機容量將達到24億千瓦。即使2050年我國太陽能發電裝機容量達到5億千瓦，風力發電裝機能力達到4億千瓦，水電和生物質能也能及時與太陽能和風能互補，并能實際發揮大容量儲能系統的作用。

空間互補性

所謂空間互補，是指同一時間不同地點的能源資源是互補的。在可再生能源中，風能是最不穩定的能源。德國的相關研究表明，單個風電場的24小時預測誤差達到15%，單個控制區（400×400km）的誤差為7.5%~10%，整個德國（650×800km）的誤差僅為5%~6.5%，這表明范圍越大，資源互補性越強。特拉華大學和紐約石溪大學最近公布了不同地點風力發電的研究數據。近五年來，美國東海岸11個跨度2500公里的氣象站的風力統計數據顯示，盡管每個觀測點的風電都非常不穩定，但如果這11個地點建造的所有風電場都通過輸電線路連接起來，作為一個統一的風電場，那么低功率或滿功率的情況將很少。與單個風電場相比，11個風電場的總功率變化緩慢，永遠不會沒有風電。可以看出，如果將大型風電場連接成一個統一的整體，它們的發電具有顯著的互補性。

不同發電模式之間的互補性

不同的可再生能源發電模式具有不同的輸出響應特性，也可以表現為形式上的互補性。例如，光伏發電的功率由于光強的變化而實時變化；

對于太陽能熱發電來說，由于熱系統的慣性時間常數較大，其發電量不會隨著光強的變化而實時變化，但其輸出功率也可以通過短時間調整熱交換功率來調整，因為熱系統可以儲存一些熱量。同樣，對于風力發電，不同類型的風力渦輪機的啟動風速是不同的。此外，不同高度單位面積的有效風力也不同。因此，如果在同一風電場中使用不同類型的風機，并實施統一的協調控制，整個風電場的功率輸出可以更平穩。

電動汽車充電系統的調節功能

電動汽車動力電池是未來電網的主要負載之一。事實上，這個負載也可以被視為一個電源。因為我們可以在風能或太陽能充足的時候提高充電速度，在相對較少的時候降低充電速度，甚至將一些電力反饋給電網，充電系統可以起到平滑電網電力的作用。在這里，我們認為電池更換模式是未來電動汽車的主要充電模式，因此電動汽車的電池充電系統可以根據電網的實際情況進行充電。

據估計，中國約有8500萬輛汽車，到2020年，中國的汽車數量將達到1.5億輛。如果2050年中國的汽車數量達到4億輛，其中一半是電動汽車（即2億輛汽車）。假設每輛車的電池一次可以使用4天，那么每天大約有5000萬輛車需要充電。由于太陽能和風能的年有效利用小時數約為2000小時，可換算為日均有效利用時間5.5小時。如果每組動力電池的額定充電功率為15千瓦，并且考慮到充電速度可以根據太陽能或風能的變化進行調整，如果平均充電功率為10千瓦（即可以從5千瓦調整到15千瓦），則可以在5.5小時內以55度左右的溫度充電（相當于一次行駛約275公里）。可以看出，太陽能和風能的日均有效利用小時數大致相當于一組電動汽車動力電池的平均充電時間，每個充電系統能夠響應太陽能和風能變化的功率可以達到10千瓦，也就是說，中國電動汽車充電設施可用于功率調節的總功率可達5億千瓦。考慮到可再生能源電站在大范圍內的互補作用，5億千瓦的電力具有相當大的調節作用。

綜上所述，盡管可再生能源是間歇性的、不穩定的，但如果我們充分利用這些資源在時空和發電方式上的互補性，利用水電、生物質發電和電動汽車充電系統的調節功能（即將各種資源有機地“打包”在一起），那么，即使沒有安裝大量的儲能系統，電力供應也可以變得更順暢、更穩定、可控，從而向用戶輸出符合要求的電力。

（編輯/張翠翠）能源結構的重大變化將給電網未來帶來一系列重大挑戰。如何通過改變電網結構和運行方式來解決電網未來發展中的關鍵技術問題，已成為一個值得深入研究和探討的問題。如果將大量的各種電力資源打包在一起，資源的互補性可以使“電力包”成為一種相對穩定可控的資源。

未來電網中各種電力資源的互補性主要體現在以下幾個方面：

時間上的互補性

有些資源只在某個時間可用，而另一些資源在其他時間更豐富，或者在其他時間根據需求使用。由于時差的原因，東部和西部地區的太陽能在時間上是互補的。水電資源在一定程度上是可控的，可以通過調整水電站的發電量和庫容來實現對太陽能或風能的補償。例如，在24小時內，當風能和太陽能充足時，可以適當減少水力發電，增加水庫容量；

當太陽能和風能減少時，適當增加水力發電量。與其他可再生能源相比，生物質能具有更好的時間互補性，因為生物質能是一種可以大量儲存的能源。只要太陽能和風能的電力在任何時候都缺乏，就可以啟動生物質能來補充。

我國水電資源理論儲量為6.88億千瓦，技術上可開發利用的水電資源總量達到5.4億千瓦，經濟可開發量達到4億千瓦（相當于2010年發電總裝機容量的40%）。目前，水電總裝機容量已超過2億千瓦，仍有很大的發展潛力。2010年，中國可利用的各類生物質資源相當于3億噸標準煤。預計到2050年，可利用的生物質能源將達到10億噸標準煤。按年發電5500小時計算，可發電約5億千瓦；如果僅作為輪換備用，生物質發電裝機容量將遠高于5億千瓦。根據嚴魯光院士的研究報告，到2050年，中國的發電總裝機容量將達到24億千瓦。即使2050年我國太陽能發電裝機容量達到5億千瓦，風力發電裝機能力達到4億千瓦，水電和生物質能也能及時與太陽能和風能互補，并能實際發揮大容量儲能系統的作用。

空間互補性

所謂空間互補，是指同一時間不同地點的能源資源是互補的。在可再生能源中，風能是最不穩定的能源。德國的相關研究表明，單個風電場的24小時預測誤差達到15%，單個控制區（400×400km）的誤差為7.5%~10%，整個德國（650×800km）的誤差僅為5%~6.5%，這表明范圍越大，資源互補性越強。特拉華大學和紐約石溪大學最近公布了不同地點風力發電的研究數據。近五年來，美國東海岸11個跨度2500公里的氣象站的風力統計數據顯示，盡管每個觀測點的風電都非常不穩定，但如果這11個地點建造的所有風電場都通過輸電線路連接起來，作為一個統一的風電場，那么低功率或滿功率的情況將很少。與單個風電場相比，11個風電場的總功率變化緩慢，永遠不會沒有風電。可以看出，如果將大型風電場連接成一個統一的整體，它們的發電具有顯著的互補性。

不同發電模式之間的互補性

不同的可再生能源發電模式具有不同的輸出響應特性，也可以表現為形式上的互補性。例如，光伏發電的功率由于光強的變化而實時變化；

對于太陽能熱發電來說，由于熱系統的慣性時間常數較大，其發電量不會隨著光強的變化而實時變化，但其輸出功率也可以通過短時間調整熱交換功率來調整，因為熱系統可以儲存一些熱量。同樣，對于風力發電，不同類型的風力渦輪機的啟動風速是不同的。此外，不同高度單位面積的有效風力也不同。因此，如果在同一風電場中使用不同類型的風機，并實施統一的協調控制，整個風電場的功率輸出可以更平穩。

電動汽車充電系統的調節功能

電動汽車動力電池是未來電網的主要負載之一。事實上，這個負載也可以被視為一個電源。因為我們可以在風能或太陽能充足的時候提高充電速度，在相對較少的時候降低充電速度，甚至將一些電力反饋給電網，充電系統可以起到平滑電網電力的作用。在這里，我們認為電池更換模式是未來電動汽車的主要充電模式，因此電動汽車的電池充電系統可以根據電網的實際情況進行充電。

據估計，中國約有8500萬輛汽車，到2020年，中國的汽車數量將達到1.5億輛。如果2050年中國的汽車數量達到4億輛，其中一半是電動汽車（即2億輛汽車）。假設每輛車的電池一次可以使用4天，那么每天大約有5000萬輛車需要充電。由于太陽能和風能的年有效利用小時數約為2000小時，可換算為日均有效利用時間5.5小時。如果每組動力電池的額定充電功率為15千瓦，并且考慮到充電速度可以根據太陽能或風能的變化進行調整，如果平均充電功率為10千瓦（即可以從5千瓦調整到15千瓦），則可以在5.5小時內以55度左右的溫度充電（相當于一次行駛約275公里）。可以看出，太陽能和風能的日均有效利用小時數大致相當于一組電動汽車動力電池的平均充電時間，每個充電系統能夠響應太陽能和風能變化的功率可以達到10千瓦，也就是說，中國電動汽車充電設施可用于功率調節的總功率可達5億千瓦。考慮到可再生能源電站在大范圍內的互補作用，5億千瓦的電力具有相當大的調節作用。

綜上所述，盡管可再生能源是間歇性的、不穩定的，但如果我們充分利用這些資源在時空和發電方式上的互補性，利用水電、生物質發電和電動汽車充電系統的調節功能（即將各種資源有機地“打包”在一起），那么，即使沒有安裝大量的儲能系統，電力供應也可以變得更順暢、更穩定、可控，從而向用戶輸出符合要求的電力。

（編輯/張翠翠）

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