中國工程院院士余貽鑫：智能電網的進一步發展是智能能源網

2017-12-20 14:47:10 來源:能源評論作者:王偉　點擊量：評論 (0)

高比例可再生能源兩點論——訪中國工程院院士余貽鑫高比例可再生能源新時代《能源評論》：黨的十九大報告提出，要加快生態文明體制改革，建設美麗中國，您認為，能源電力行業，如何在能源革命進程中落實這一號召

《能源評論》：我國要建成智能電網還需多久?在發展過程中，需要做出哪些改變和適應?

余貽鑫：智能電網(Smart Grid)的愿景，在智能化及誘人的視野方面是極不尋常的。它將像互聯網那樣改變人們的生活和工作方式，并激勵類似的變革。但實現智能電網，由于其本身的復雜性和涉及廣泛的利益相關者，需要漫長的過渡、持續的研發和多種技術的長期共存。我估計，中國實現智能電網至少需要20年甚至更長時間。電網變遷的過程必將改變整個行業的業務模型。智能電網面臨的挑戰極其廣泛，涉及許多技術、體制和社會問題，而最主要的是要確立分布式電源和用戶廣泛參與的理念。

短期內，我們可以著眼于實現一個較為智能的電網(smarter grid)。它利用已有的或不久的將來就可配置的技術，使目前的電網更有效;在提供優質電力的同時，也提供相當大的社會效益，如較小的環境影響等。

智能電網最本質的特征是，電力和信息的雙向流動性，并由此建立起一個高度自動化和廣泛分布的能量交換網絡;把分布式計算和通信的優勢引入電網，達到信息實時交換和設備層次上電力近乎瞬時的供需平衡。

在我國，高度自動化已被廣泛接受，但廣泛分布式現在還在深入認識過程當中。風能和太陽能應用的主流形式是分布式的，“分布式電源+智能電網”更加關注本地控制和減少對外依賴，是“顛覆性”的改變，其對日常生活、社會和經濟發展存在潛在的巨大影響。

實施智能電網發展戰略不僅使用戶能夠獲得高安全性、高可靠性、高質量、高效率和價格合理的電力供應，還能提高國家的能源安全水平，改善環境，推動可持續發展，同時激勵市場不斷創新，從而提高國家的國際經濟競爭力。智能電網的關鍵是利用各種技術、資源和市場機制以實現高效。智能電網的預期效益是明顯的，這些效益包括：供電的安全性、韌性、可靠性和電能質量提高方面的收益;電力設備、人身和賽博安全方面的收益;能源使用效率收益;環境保護和可持續發展的收益以及直接經濟(容量、燃料和運維成本)效益。而從廣義層面來看，由于技術涉獵廣泛，智能電網的一個關鍵目標是要催生新的技術和商業模式，實現產業革命，以確保子孫后代繁榮昌盛。網絡領袖思科預言，智能電網比互聯網擁有大得多的市場空間。事實上，智能電網是典型的大規模物聯網。

群集理念和智能分布式體系

《能源評論》：就地開發消納模式成為可再生能源發展下一步方向，10月31日，相關部門下發《關于開展分布式發電市場化交易試點的通知》，規劃明年2月啟動第一批試點地區交易，您如何看待其前景?

余貽鑫：為了激勵智能電網方面的創新，亟需建立一個成熟的、健全的和集成的電力市場，具體包括：一是實施分時/實時電價，使“電能”作為一種商品的市場價值得到合理地體現——比如說為了實現需求響應需要這樣做;二是制定鼓勵分布式電源賣電回電網和作為電網后備電源使用的政策，含分布式清潔能源的上網電價政策——你所說到的分布式發電市場化交易試點應該屬于這一點;三是建立智能電網投資成本回收的政策。

我國目前的費率結構和電力公司收入模型，無法用來促進或捕捉分布式能源價值。建立一個好的商務模型(商業案例)極其重要，因為它們能為容量規劃和電網運行中的投資，以及分布式電源(DERs)科學地發揮作用提供依據。分布式發電市場化交易是一個復雜的系統工程問題，涉及規范參與主體、費率制定、交易模式、平臺支撐等眾多方面，為了構建經濟高效的分布式發電市場機制，從而促進分布式發電的健康快速發展，開展試點工作是非常必要的。

《能源評論》：那目前有哪些具有商業價值的負荷和用戶能實現與電網友好合作?

余貽鑫：除了分布式的發電和儲能之外，鼓勵用戶參與需求響應(Demand Response, DR)和基于協議的負荷控制也是實現電力供需平衡的有效方法。需求響應的定義是：“在正常耗電模式下，用戶用電功率能夠隨著電價的變化而變化，或者當電力零售市場電價過高或系統可靠性受到損害時，能夠促使用戶減少用電”。生態文明意識的提升，使電力公司積極尋求不同于傳統的方式來滿足供需平衡。居民負荷、商業負荷和高耗能產業中均含有較大比例的可平移負荷,它們可以與電網友好合作,支持削峰填谷與事故情況下的減負荷，幫助系統實現近乎瞬時的功率平衡。以居民負荷為例，他們的洗衣機、熱水器、電冰箱等都屬于可平移負荷。據美國調查顯示，在日高峰時有13%的居民電力負荷可以與電網友好合作，其可平移負荷功率與電網的旋轉備用容量相當，技術經濟價值十分巨大。

現代交通在能源消費結構中占比很高，僅次于電力，對其實現電能替代和電能高效利用，可以有效緩解化石能源資源緊缺的局面。到2050年實現美麗中國的目標要求電動汽車比重達到80%以上，其電能的總消費量和總存儲量都十分巨大，可在用電低谷(電價便宜)時充電,并在白天最需要電能(電價貴)的時候將電輸回電網，所以電動汽車也將成為需求響應的重要部分，應該且可以與大規模發展的分布式可再生能源發電協同發展。仿真研究表明，如果2030年全國總用電量約8.5萬億千瓦時，則到2030年需要23億千瓦時的儲能即可把風電和太陽能光伏電量提升到40%以上，而預計2030年電動汽車保有量約為8000萬輛(《節能與新能源汽車技術路線圖》)，電池容量將達到24億千瓦時，如果管理好就可能為風、光、火、儲的大規模配合奠定基礎。為此需要為電動汽車的發展提供技術平臺和市場平臺，技術平臺是讓老百姓充電方便，市場平臺是激勵用戶夜充晝放的積極性。電動汽車發展很可能是帶動分布式能源和智能電網發展的“殺手級”應用(Killer-Application)。

《能源評論》：隨著大量分布式電源和智能終端接入電網，系統會非常復雜，未來智能電網將怎樣控制、管理、響應負荷與需求?

余貽鑫：可再生能源的分布式特性決定了集成高比例分布式可再生能源需要的是協作，而不是集中或分級的命令和控制機制。協作行為將導致更加分散地共享所產生的利益，通力合作、追求共同利益是實現經濟可持續發展的最佳途徑。

里夫金(Jeremy Rifkin)在《第三次工業革命》一書中所提倡的能源互聯網構想是，讓數以百萬計的用戶在家庭、辦公室或者工廠自行利用可再生能源發電，并能夠彼此共享所發出的電能;電動汽車與本地儲能設備將會得到廣泛的應用。互聯網技術的加入將把電網轉變為一種能源可以互相共享的互聯網。其理念與智能電網是一致的。

為了抓住未來的機遇已提出如下的設想：未來的配電網、微網、建筑單元(大樓、工廠和住宅等)與輸電系統的差異將逐步消失，具有本地發電和雙向電力潮流的特點，都將配有能量管理系統(Energy Management System，EMS)并按照“群集”理念實現各自近實時的功率平衡，即輸電系統(互聯電力系統)是若干個控制區(即區域性輸電網)互聯起來的群集(clusters)，每個控制區是一個群(cluster);每個區域性輸電網是若干個配電網互聯起來的群集，每個配電網是若干個微網、建筑單元組成的群集，每個微網又可以是由若干個建筑單元互聯起來的群集;每個群集的運行過程中，通過調度確定各群間的功率交換計劃，每一個群必須維持其內部凈功率的平衡并履行與外部功率交換的職責，以維持整個群集近實時的功率平衡。和控制區相似，每個群都有發電和/或負荷，以及智能控制和通信。群的基本功能包括如下三項：進行發電/負荷調度(Dispatch)，以維持凈功率平衡;當地的反饋控制，用于平滑波動;通過削減發電機/負荷來緩解故障。

需要強調的是，任何智能電網的命脈都是用以驅動應用的數據和信息，而這些應用又反過來促使開發新的和改進的運營策略成為可能。電力系統任一領域，從電力用戶、電力市場、服務提供商、運行、發電、輸電和配電，所收集到的數據都可能同其它領域的改善相關。所以以適時的方式與那些需要使用或有權了解數據的參與者實時共享數據，是智能電網的基本要素。

《能源評論》：目前主流的智能終端設備，會否取代智能電表，成為共享數據和信息的核心環節?

余貽鑫：國外現有的產品，如亞馬遜的Echo，谷歌的Home，都是智能家居方面的產品，它們可以作為共享數據和信息的一個來源，但很難取代智能電表，因為智能電表的一個基本功能是計費，是需要監管的。

《能源評論》：在您看來，分布式能源加儲能，是否會造成用戶離網，最終拋棄大電網甚至是智能電網?業界應該如何積極布局和推動?

余貽鑫：智能電網和能源互聯網不會消失，因為分布式能源需要通過它實現互聯、互通和互濟。恰如里夫金在《第三次工業革命》中宣稱的那樣，電網將成為一種大量分布式可再生能源可以互相分享的互聯網，數以億計的人們會從家中、辦公室和工廠中生產綠色能源，并在“能源互聯網”中彼此分享，就像在線創造和分享信息一樣。大電網的規劃與建造需要考慮到這一趨勢。

我們現在討論能源互聯網，更應該關注多種能源網絡結合在一起的系統，按其應用范圍可以分成終端能源系統、區域綜合能源系統和全域綜合能源系統。從經濟、社會因素、技術難易程度方面綜合考慮，鑒于中國燃氣網絡不像美國、英國等發達國家，我們可以先從終端能源系統開始，逐步向區域綜合能源系統、乃至全域綜合能源系統發展。

原標題:能源院士論壇】高比例可再生能源“兩點論”