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新一代电力系统与能源互联网的内涵与发展趋势

2019-06-10

  SNEC第十三届(2019)国际太阳能光伏与智慧能源(上海)论坛在上海开幕。在6月4日进行的第三届能源互联网技术与应用高峰论坛上,中国科学院院士、中国电力科学院研究院名誉院长周孝信院长以“新一代电力系统与能源互联网”为题发表主旨演讲。

  以下为发言实录:

  周孝信:谢谢赵老师,尊敬的各位领导,各位专家,早上好!

  今天我的题目改一下“新一代电力系统与能源互联网”,我着重讲电力系统。新一代电力系统的内涵发展与趋势,我们7、8年前提出了三代电网的概念,分析了国内外电网发展的历史和主要的特征,划分为三代。基本上来讲50年一代,上世纪两代,本世纪前50年一代,就是所谓第三代电网。主要的特征就是可再生能源要占主导,再就是发展模式上骨干电源和分布电源要结合,要并举。主干电网和微网、局部的电网要结合,这是适应新的要求,包括应对环境和气侯变化造成的发展模式。

  新世纪以来我们有两大推动力,一个是高比例可再生能源大力发展,再一个信息技术、互联网技术的发展。推动了第三代电网,我现在叫新一代电力系统的发展。主要特征,刚才已经说了,可再生能源优先,多元能源结构,集中、分布并举,供应模式、还有多能互补,高效节约的用能方式,再就是给社会提供综合服务。

  我们的研究是这样,要衡量这样一个系统,新一代的电力系统,它有哪几个关键的指标。我们把一些电力的指标和能源系统的指标结合在一起,就是五个指标,下面分别介绍一下。

  第一,非化石能源在一次能源消费中占比。我们很快要实现15%非化石能源的比例,今年我们到了14.6%的,指标肯定可以完成。这个是比例的情况,其中绿颜色的曲线就是非化石能源比重的变化,我们希望到2050年是50%,黑的颜色是煤炭,煤炭目前是60%几,去年已经突破60%了,低于60%,希望逐步降低到2050年20%。蓝颜色的油气基本上保持不动,石油要降下来,天然气要上升。

  第二,指标非化石能源发电量,在总发电量中的比重,这个数非常重要,如果这个不能实现,我们的能源变革目标很难完成。我们希望到50%,去年是30%,还有十年的时间,能不能到50%,现在看来要加倍努力。2050年更高,到78%。

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  第三,电能在终端能源消费中的比重。我们现在,包括全世界的范围都是比较低的,美国20%几,为什么发达国家比较清洁,他们油漆比例比较高,我们没进入油气为主的时代,直接进入到用气为主的时代,逐步提高到43%,有的研究更高一些。

  第四,能源系统的总效率。电力系统和能源系统是相关的,电力效率的提高对能源的贡献是有效的。红颜色是这样,在这个基础上,我们把终端消费的效率大幅度提高,包括经济结构的变化,这样可以提高经济50%,这个比例是非常非常高的。

  第五,二氧化碳的排放。讲的是能源系统,蓝颜色是能源系统,我们希望在2025、2030年达到峰值。红颜色线指的是电力系统,指的是燃煤发电、天然气发电,它们的排放加起来就是红颜色的,总的来讲是30几一吨,到2050年降到15已吨,比例降30%左右。黑颜色的曲线是煤炭的,这两个曲线之间的差就是燃气。

  这个是非化石能源占比在一次能源中的比重,这个主要来自于电力。我们过去叫一次电力,这部分电力叫一次电力,就是水电、核电、太阳能电,发的电叫一次电力。把这个电力转换成标准煤,和总的化石能源消费占比,就是我们现在所说的非化石能源的一次能源消费中的占比。2015-2018年,三年算下来和整个社会的非化石能源占比差一点点,90%的非化石能源靠电力提供,一次电力提供的。其中主要是可再生能源的建立,包括核电。这是第一部分发展的趋势。

  二、新一代电力系统。

  第三代技术上有哪些突出的体征:第一,高比例再生能源电力系统、高比例电力电子装备电力系统、多能互补的综合能源电力系统、信息物理融合的智慧能源电力系统。我们要在整个能源系统的智慧发展中起一个关键的作用。

  2030年非化石发电量占49%,可再生能源发电量占40%,2050年非化石能源电量占78%,可再生是67%。中间差10%左右是核电,核电在未来的能源系统中会占9-10%的电量,就是核电的贡献。

  这个是高比例电力电子装备。从输电到配电到用电,都是体现了这样一个特征。这张图在书店里面我们这些年建设的特高压直流输电、西电东送的工程图。

  多能互补,提出两个概念,一个是源端基地综合能源系统,第二终端消费综合能源电力系统。为什么提源端基地?因为源端西北、西南是国家最丰富的可再生能源基地,如果他们全部大量发电,除了本地用以外,主要是东送。这个资源没有得到充分利用,因为东送的能力没有那么大。怎么办?在西南部发展本地的利用,包括综合利用,第二要电解制氢、制甲烷,变成气体、液体能够传输、储存的,应对高比例可再生能源的系统,跨际的长时间的波动,这个波动很难解决,常规的储能设备是不行的,也就一天两天的时间,包括抽水系统也是一样。解决长时间的波动,自然界的变化就很难预测了,这个波动靠什么?靠液体,靠氢,靠甲烷,靠甲醇这样一些东西,这些东西都可以从可再生能源技术。终端消费综合能源,这个大家都很熟悉了。

  三、能源互联网。

  里夫金的书我早旧看过了,最近我重新翻了翻,我归纳了三点,从思维方式上他的一些观点,不一定对。第一,生产要素配置的分散化和协同化,第二管理交易模式的扁平化和去中心化,第三消费供给的一体化和网络化。这个理念是不是这样?我一边读一边想,写了这个东西,不一定对。他来指导我们智慧能源+互联网。

  我们智能电网搞了很多年,现在又提能源互联网是什么关系?我概括为一个公式,能源互联网等于智能电网+多能互补,实现能源产业形态的互联网化。我认为它是核心。又提到物联网,前几年工业物联网等等,物联网是个什么?是在能源互联网的基础上+能源的万物互联,这个万物包括人。从控制分析模式上,数据驱动的智能化,我们过去是模型驱动主要,现在引入数据驱动,这个不一样。物联网大量的数据分析,数据传输,最后全面感知,可靠传输,智能处理,最后得出一些模型,这个模型是数据驱动的,不是我们过去意义的模型,这是我的理解。

  我们做这个目的是什么?是要支持能源系统更高水平的价值创造,没有这一条所有的钱就白花,所有的努力白费,一定要给整个链条里面各个环节都带来好处,带来很明确的实实在在的价值的创造,要用户有体验感、获得感,没有体验感、获得感也是白做。

  能源互联网核心目标的认识,我们搞电力人的认识。第一,要最大幅度提高能源综合利用效率,这是我们的贡献,我们做电力对整个社会的贡献就是这个。第二,最大限度开发利用可再生能源,这是必须的,如果没有这一条,系统做得再好,做先进,控制、信息做得再好,也不行,也满足不了现在时代的要求,所以这一条也是必须的。第三,为终端用户体就便捷可靠优质的综合能源服务,这是新要求。第四推动装备产业技术发展。

  无互联网思维审视和改造传统电力系统,传统电力系统具有天然的网络化基本特征。首先是分散化布局的电源结构和大规模互联的输配网络,本身就是个互联网。关于用电早已实现“即插即用”,这确实搞计算机系统他们奋斗了很多年,才实现现在的互联网。我们几十年前就实现了,这个优势对电力系统和其他的系统不同点就在这里。

  传统电力系统有局限,首先是多能互补,多能协同我们没有做。第二点以用户为中心,信息对称、双向互动不够。第三供需分配,系统扁平,这个发展趋势,我们现存的管理、调度、控制是不适应的。第四,市场化运作的模式也不能是新的发展,要新的技术。这个是局限性。

  刚才讲用户用电即插即用,我试想将来的分布式电源也应该做到即插即用,这个也可以实现的,靠信息技术可以实现。能源互联网改造传统,以互联网思维改造传统电力系统,我们要建设这样一个能源互联网,构建第三代电力系统关键的步骤。

  这是国家电网的目标,这个目标从今年年初提出以来,得到社会广泛的赞誉和响应,我觉得这个实际上是体现了互联网的思维一些具体的落实,特别是讲的泛在电力物联网这点,我觉得这个大家都在努力来做,包括国家电网的各个省,都在批方案,都在具体落实,这个我想是一个很大的推动。