智能電網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展是智能能源網(wǎng)

2017-12-20 14:29:54 來(lái)源:能源評(píng)論作者:王偉　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

高比例可再生能源兩點(diǎn)論——訪中國(guó)工程院院士余貽鑫高比例可再生能源新時(shí)代《能源評(píng)論》：黨的十九大報(bào)告提出，要加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國(guó)，您認(rèn)為，能源電力行業(yè)，如何在能源革命進(jìn)程中落實(shí)這一號(hào)召

高比例可再生能源“兩點(diǎn)論”——訪中國(guó)工程院院士余貽鑫

高比例可再生能源新時(shí)代

《能源評(píng)論》：黨的十九大報(bào)告提出，要加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國(guó)，您認(rèn)為，能源電力行業(yè)，如何在能源革命進(jìn)程中落實(shí)這一號(hào)召?

余貽鑫：建設(shè)美麗中國(guó)、推進(jìn)能源革命，需要高比例可再生風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電。習(xí)近平主席2015年在巴黎氣候大會(huì)上宣布，2030年中國(guó)單位GDP二氧化碳排放要比2005年下降60%~65%。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委能源研究所、美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、落基山研究所、能源基金會(huì)等機(jī)構(gòu)的研究(《重塑能源：中國(guó)》)，預(yù)計(jì)：2050年我國(guó)電力占整個(gè)終端能源消費(fèi)的比例將提高到41%以上，2050年電能的總發(fā)電量約10.8萬(wàn)億kWh(基于能源利用效率大幅度提升的假設(shè));2050年煤電在我國(guó)電能構(gòu)成中的占比將降低至12.4%;可再生能源發(fā)電量占比將達(dá)到68%以上，非化石能源發(fā)電量達(dá)到82%，其中風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電量的比例達(dá)到47.3%以上(風(fēng)電為24.7%，太陽(yáng)能發(fā)電為22.6%)。

《能源評(píng)論》：對(duì)于我國(guó)可再生能源資源的家底，您怎么看?

余貽鑫：眾所周知，德國(guó)是利用太陽(yáng)能很先進(jìn)的國(guó)家，而我國(guó)的太陽(yáng)能資源條件要比德國(guó)好很多。中國(guó)76%國(guó)土面積上的風(fēng)能，以及幾乎百分百國(guó)土面積的太陽(yáng)能都具有開(kāi)發(fā)的潛力，僅太陽(yáng)能資源一項(xiàng)，就可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足我國(guó)遠(yuǎn)景(2050年)用電需求，而且不論是東部地區(qū)還是西部地區(qū)太陽(yáng)能資源都十分富裕。以京津地區(qū)為例，即使不考慮技術(shù)進(jìn)步使得光電轉(zhuǎn)換效率提高的影響，按照光伏年利用小時(shí)數(shù)取1100小時(shí)計(jì)算，只需鋪蓋我國(guó)國(guó)土面積的1.0%左右就可產(chǎn)生2050年全社會(huì)總用電量10.8×1012kWh。對(duì)于分布式光伏而言，可利用土地和建筑屋頂或墻面也是重要的資源條件。我國(guó)擁有世界最大量的建筑，太陽(yáng)能與建筑結(jié)合及一體化，可以充分利用建筑以及太陽(yáng)能資源，降低成本，具有規(guī)模發(fā)展的廣闊前景。預(yù)計(jì)2020年分布式建筑光伏最大可裝機(jī)容量達(dá)7.5億千瓦，2050年達(dá)10億千瓦。中國(guó)不能用于耕作的沙漠和灘涂，總面積為128萬(wàn)平方公里，其中戈壁面積為57萬(wàn)平方公里，有充足的土地資源發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電。此外農(nóng)田和魚(yú)塘的上方空間也是可以利用的，如農(nóng)光互補(bǔ)、漁光互補(bǔ)等。與此同時(shí)，國(guó)際上已在探索利用路面鋪設(shè)太陽(yáng)能光伏，而我國(guó)現(xiàn)有人均城市道路的面積已達(dá)15平方米。應(yīng)該注意的是伴隨著我國(guó)大規(guī)模的快速城鎮(zhèn)化進(jìn)程，預(yù)計(jì)2030年全國(guó)城鎮(zhèn)建筑面積可達(dá)400億平方米，相當(dāng)于未來(lái)20年內(nèi)再造一個(gè)中國(guó)。一方面，這樣大規(guī)模的城鎮(zhèn)建設(shè)，是無(wú)法直接采用當(dāng)前西方發(fā)達(dá)國(guó)家的用能模式的，必須大力開(kāi)展全方位節(jié)能模式和節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新，這就為分布式太陽(yáng)能光伏的發(fā)展提供了難得的機(jī)遇;另一方面也為太陽(yáng)能光伏的發(fā)展提供了土地和空間資源。

《能源評(píng)論》：與大多數(shù)新技術(shù)類(lèi)似，可再生能源發(fā)展也面臨成本過(guò)高的挑戰(zhàn)，您認(rèn)為未來(lái)趨勢(shì)是什么?

余貽鑫：隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些問(wèn)題都會(huì)逐漸解決。以光伏為例，由于材料科學(xué)和電子技術(shù)的發(fā)展，從1977年到2013年，光伏的價(jià)格下降到之前的1%，而且光伏的價(jià)格還在以每年10%甚至更快的速度下降。在國(guó)際上，2016年3美分/kWh的風(fēng)電和5美分/kWh的光伏電力已成為新常態(tài)。在我國(guó)，目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電的成本大概為0.45元/kWh甚至更低，光伏發(fā)電和電網(wǎng)平價(jià)已經(jīng)或者即將來(lái)臨。

《能源評(píng)論》：除了成本之外，風(fēng)能和太陽(yáng)能還有間歇性、多變性和不確定性，以及儲(chǔ)能價(jià)格相對(duì)高昂的痛點(diǎn)，這個(gè)難題如何破解?

余貽鑫：風(fēng)能和太陽(yáng)很難單獨(dú)運(yùn)行，需要采用一些功率補(bǔ)償或者平滑的措施，其中包括：大電網(wǎng)的吸納、需求側(cè)管理、分布式小型燃油燃?xì)獍l(fā)電、儲(chǔ)能，乃至綜合能源系統(tǒng)等。為此，需要一個(gè)功能合理的現(xiàn)代電網(wǎng)，來(lái)集成它們，并提高能源脫碳、轉(zhuǎn)化與利用過(guò)程的效率，這個(gè)電網(wǎng)就是智能電網(wǎng)。

我國(guó)現(xiàn)實(shí)的挑戰(zhàn)是，電網(wǎng)中用于功率平滑的可調(diào)容量很低。從全球來(lái)看，中國(guó)的可調(diào)容量只是美國(guó)的1/8，德國(guó)的1/4。所以在開(kāi)發(fā)風(fēng)電和光伏時(shí)，我國(guó)西北地區(qū)采取了風(fēng)光火打捆的模式，利用火電機(jī)組的調(diào)節(jié)容量。這樣做一方面降低了火電機(jī)組的熱效率和年運(yùn)行小時(shí)數(shù)，另一方面由于火電機(jī)組的可調(diào)節(jié)的范圍在其額定容量的50%~100%間，必然伴生大量的火電，這不是我們所希望的。但是相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)還是需要依賴火電機(jī)組作為調(diào)節(jié)容量的，應(yīng)該開(kāi)展增大火電機(jī)組調(diào)節(jié)范圍的研發(fā)工作，使其可以在20%~100%范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。與此同時(shí)，我們應(yīng)該加速抽水蓄能的開(kāi)發(fā)，因?yàn)樗悄壳白畋阋说膬?chǔ)能方式。由于國(guó)際上有關(guān)電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能的研究投入力度很大，分布式儲(chǔ)能價(jià)格也會(huì)逐漸減低。

大量分布式可再生能源和用戶側(cè)能量管理系統(tǒng)的接入提高了電力系統(tǒng)終端(如配電網(wǎng)、微網(wǎng)、工廠、建筑和家庭)的供需不確定性。需要強(qiáng)調(diào)的是，供給側(cè)與需求側(cè)的不確定性共同構(gòu)成了未來(lái)電網(wǎng)運(yùn)行所面臨的最大挑戰(zhàn)。解決該問(wèn)題的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)不確定性的就地(終端)解決，未來(lái)電網(wǎng)必須將責(zé)任分?jǐn)偟浇K端承擔(dān)。

電網(wǎng)第二次智能化新挑戰(zhàn)

《能源評(píng)論》：實(shí)際上，電網(wǎng)的智能化一直在推進(jìn)中，您認(rèn)為其終點(diǎn)在哪里?人工智能與深度學(xué)習(xí)技術(shù)，會(huì)給智能電網(wǎng)發(fā)展帶來(lái)什么影響?

余貽鑫：智能電網(wǎng)的特征包括智能化、高效、包容、激勵(lì)、機(jī)遇、重視質(zhì)量、抗擾能力、環(huán)保等，智能化只是這些特征之一。

電網(wǎng)的第一次智能化發(fā)生在1970年代，在輸電系統(tǒng)的(數(shù)以千計(jì)的)變電站中安裝了遠(yuǎn)方終端單元(RTU)，每2-10秒收集一次實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并把它們送到能量管理系統(tǒng) (EMS)控制中心，控制中心里的計(jì)算機(jī)使用復(fù)雜的軟件對(duì)系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)和輸電線進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)視、分析和控制。對(duì)于輸電來(lái)說(shuō)，這個(gè)電網(wǎng)是相當(dāng)智能的，只是電力消費(fèi)者完全不了解它。當(dāng)時(shí)通信與信息技術(shù)成本較高，這種模式難以推廣到配用電系統(tǒng)。然而，目前通信與信息技術(shù)的成本已大幅下降，為其向配電和用電領(lǐng)域推廣應(yīng)用準(zhǔn)備好了條件。與此同時(shí)，環(huán)境壓力與能源轉(zhuǎn)型，以及數(shù)字化社會(huì)對(duì)電網(wǎng)可靠性、韌性(抵御災(zāi)害和攻擊的能力)、電能質(zhì)量和節(jié)能降損的要求日益嚴(yán)格，成了電網(wǎng)第二次智能化的原動(dòng)力。毋容置疑的是，由于環(huán)境壓力與能源轉(zhuǎn)型這一原動(dòng)力的出現(xiàn)，電網(wǎng)第二次智能化的強(qiáng)勁程度遠(yuǎn)高于電網(wǎng)的第一次智能化。而且由于現(xiàn)在的配電網(wǎng)絡(luò)是按單向潮流設(shè)計(jì)的，不具備有效集成大量分布式電源的技術(shù)潛能。所以電網(wǎng)第二次智能化的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域在配用電側(cè)，借以集成高比例的分布式電源和加強(qiáng)電力公司與用戶的互動(dòng)。

智能電網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展是智能能源網(wǎng)(又稱(chēng)能源互聯(lián)網(wǎng)或綜合能源系統(tǒng))，其實(shí)施需要幾十年，它將伴隨能源轉(zhuǎn)型的全過(guò)程。

20多年前，電力系統(tǒng)領(lǐng)域就開(kāi)展了人工智能方法(如專(zhuān)家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的研究，也涉及人工智能中的眾多數(shù)學(xué)方法，由于現(xiàn)在計(jì)算機(jī)能力的大幅度提升，它會(huì)成功地應(yīng)用到智能電網(wǎng)的更多方面，特別是會(huì)在EMS中得到很好的應(yīng)用。至于深度學(xué)習(xí)技術(shù)，我的課題組已把它應(yīng)用到“非侵入式負(fù)荷分解裝置”中，它利用用戶出口處的電壓和電流信號(hào)，識(shí)別戶內(nèi)各種電器實(shí)時(shí)的用電(有功和無(wú)功)功率，這種精細(xì)到戶內(nèi)設(shè)備的用電信息在電力公司優(yōu)化電網(wǎng)的規(guī)劃、運(yùn)行與管理，電力用戶節(jié)省耗電量和電費(fèi)，及全社會(huì)把提高生態(tài)文明意識(shí)付諸實(shí)踐等方面具有重要意義。

責(zé)任編輯：lixin

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