中科院院士周孝信:能源轉(zhuǎn)型中我國新一代電力系統(tǒng)的發(fā)展前景
2018年3月7-8日,由中國電工技術(shù)學會和國家自然科學基金委電工學科主辦的“第五屆電工學科青年學者學科前沿研討會”,在福州舉辦,會議由福州大學電氣工程與自動化學院承辦。
中國科學院院士、中國電力科學研究院名譽院長周孝信應(yīng)邀在會上發(fā)表演講,報告題目為“能源轉(zhuǎn)型中我國新一代電力系統(tǒng)的發(fā)展前景”。
經(jīng)我刊編輯征求周院士同意后,特將該報告整理發(fā)布在本微信號上,以饗讀者。
一、能源轉(zhuǎn)型與新一代電力系統(tǒng)
習近平總書記2014年6月在中央財經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第六次會議上發(fā)表重要講話,提出了推動能源消費革命、能源供給革命、能源技術(shù)革命、能源體制革命和全方位加強國際合作等重大戰(zhàn)略思想,為我國能源發(fā)展改革指明了方向。
以可再生能源逐步替代化石能源,實現(xiàn)可再生能源等清潔能源在一次能源生產(chǎn)和消費中占更大份額,實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型,建設(shè)清潔低碳、安全高效的新一代能源系統(tǒng)是我國新一輪能源革命的核心目標。
我國能源轉(zhuǎn)型的主要指標
能源轉(zhuǎn)型中我國一次能源消費結(jié)構(gòu)演化趨勢
基于國家能源生產(chǎn)和消費戰(zhàn)略的能源系統(tǒng)發(fā)展目標估算匯總表
電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的主要支撐
我國三代電力系統(tǒng)(三代電網(wǎng))的發(fā)展及階段特征
基于國家能源發(fā)展戰(zhàn)略目標估算的中長期能源電力發(fā)展模型示意圖
2017年電力裝機容量和用電量
我國(2020-2030-2050)發(fā)電裝機容量和年發(fā)電量情景模型估算
我國(2020-2035-2050)發(fā)電裝機容量和年發(fā)電量情景估算
能源轉(zhuǎn)型中發(fā)電裝機和電量結(jié)構(gòu)演化趨勢
二、新一代電力系統(tǒng)的主要技術(shù)特征
新一代電力系統(tǒng)的主要技術(shù)特征是:1)高比例可再生能源電力系統(tǒng);2)高比例電力電子裝備電力系統(tǒng);3)多能互補的綜合能源電力系統(tǒng);4)信息物理融合的智能電力系統(tǒng)。
1)高比例可再生能源電力系統(tǒng)
2017年底,全國并網(wǎng)風電裝機達到1.6367億kW,太陽能發(fā)電裝機達到1.3025億kW。新能源裝機容量占全國總量17%。但我國西部北部省份新能源裝機占比可達20-30%以上。
我國新能源開發(fā)在西北部省份主要采取大規(guī)模集中開發(fā)模式。西部北部省份風電開發(fā)占全國開發(fā)總量80%,太陽能光伏占50%。我國東部光伏發(fā)電主要采取分布開發(fā)模式。
2016年甘肅省的風電和太陽能光伏發(fā)電開發(fā)
大規(guī)模風電太陽能發(fā)電接入電網(wǎng)
2)高比例電力電子裝備電力系統(tǒng)
我國電力系統(tǒng)中直流輸電的快速發(fā)展
2016年我國的超/特高壓直流輸電工程
柔性直流輸電技術(shù)和直流電網(wǎng)
大量風電光伏電力電子變換器接入電網(wǎng)
安徽金寨縣光伏扶貧
江蘇常州孟河5MW農(nóng)光互補
浙江嘉興秀洲光伏小鎮(zhèn)和光伏科創(chuàng)園
高比例電力電子裝備電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性問題
3)多能互補的綜合能源電力系統(tǒng)
面向用戶的綜合能源系統(tǒng)
4)信息物理融合的智能電力系統(tǒng)
三、幾類技術(shù)突破的全局性影響
幾類技術(shù)突破的全局性影響:1)高效低成本太陽能風能發(fā)電技術(shù);2)高效低成本長壽命儲能技術(shù);3)高可靠性低損耗電力電子技術(shù);4)高強度絕緣技術(shù)和超導(dǎo)輸電技術(shù);5)新一代人工智能技術(shù)。
1)高效低成本太陽能、風能發(fā)電和電網(wǎng)友好技術(shù):其大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用,將有可能顛覆傳統(tǒng)發(fā)電方式,告別化石能源主導(dǎo)電力生產(chǎn)的時代。
2000年至今,7年來大型地面光伏全生命周期平準成本(LCOE)下降了85%。美國能源部(DOE)預(yù)計光伏發(fā)電成本2030年前降至3美分/kwh。與火電、水電、核電機組相比,新能源建設(shè)周期短,50MW風電項目建設(shè)周期約為幾個月,MW級光伏電站建設(shè)周期不到半年,新能源裝機占比可迅速提高。
2)高效低成本長壽命儲能技術(shù):它的規(guī)模化廣泛應(yīng)用,將有可能顛覆傳統(tǒng)電力系統(tǒng)運行方式,開啟全新的電力生產(chǎn)分配新模式。
磷酸鐵鋰電池成本價2015年約3000元/kwh,2020年預(yù)計達到1000元/kwh;2016年鋰離子電池綜合度電成本接近0.65元/kwh,2030年預(yù)計0.12元/kwh,儲能系統(tǒng)成本的顯著下降將解決新能源發(fā)電波動不平衡問題;預(yù)計到2030年,以鋰空氣電池為代表的超高比能電池,比能量有望達到8-10kwh/kg(汽油熱值5.94kwh/kg),超高比能儲能技術(shù)將有望改變電網(wǎng)發(fā)/輸/配/用的形態(tài);儲熱、儲氫技術(shù)的發(fā)展。
3)高可靠性低損耗電力電子技術(shù):它的推廣應(yīng)用,將推動電網(wǎng)中電力電子裝備升級換代,促進新一代直流輸配電網(wǎng)的形成和發(fā)展。
SiC和GaN等寬禁帶電力電子器件的發(fā)展,將推動高壓直流輸電和直流電網(wǎng)具有更大容量、更高效率和更高可靠性;以此為基礎(chǔ)的高壓直流斷路器也是直流電網(wǎng)的主要組成部分
采用新型電力電子元件的交流FACTS裝置和交直流能量路由器直接接入電網(wǎng),具有更高功率體積比和更低損耗,適用于構(gòu)建直流配電網(wǎng)或作為微網(wǎng)功率轉(zhuǎn)換裝置,將給中低壓主動配網(wǎng)和微電網(wǎng)帶來革命性變化。
4)高強度絕緣技術(shù)和超導(dǎo)輸電技術(shù):它們的開發(fā)應(yīng)用將顛覆傳統(tǒng)輸電線路,成就輸配電線路新形態(tài)。
高擊穿場強、高非線性、耐高低溫、耐電痕化等絕緣材料技術(shù)的發(fā)展,可以提高設(shè)備長期安全性,實現(xiàn)電氣設(shè)備小型化、大容量化,顯著提高電氣設(shè)備的工作性能。
超導(dǎo)輸電將為未來電網(wǎng)提供一種全新的低損耗、大容量、遠距離直流輸電,以及有可能實現(xiàn)輸送電力和基于天然氣混合氣體燃料的一體化能源管道。
5)新一代人工智能技術(shù): 探索應(yīng)用于電網(wǎng)的設(shè)備管理、運行調(diào)度、市場交易等領(lǐng)域,開啟自主互動新模式。
2016年5月,美國白宮科學和技術(shù)政策辦公室宣布成立機器學習和人工智能國家科學技術(shù)委員會,并編制《國家人工智能研究和發(fā)展戰(zhàn)略計劃》
人工智能首次超越人類表現(xiàn)的主要里程碑包括:國際象棋(1997年)、Atari游戲(2013年)、圖像識別(2015年)、語音識別(2015年)、圍棋(2016年AlphaGo,2017年AlphaGoZero自我強化學習);2017年年7月我國發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》,提出2020、2025、2050三步走的戰(zhàn)略。
在智能電網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)上,基于先進傳感、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、深度學習、區(qū)塊鏈等信息通信、互聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù),應(yīng)用于電網(wǎng)的智能設(shè)備、智能調(diào)度、智能交易,有可能顛覆傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的設(shè)備管理、系統(tǒng)調(diào)度、能量管理和交易方式,促進新一代電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性和安全可靠性較傳統(tǒng)系統(tǒng)有大幅度提高。
四、總結(jié)
1)建設(shè)清潔低碳、安全高效的新一代能源系統(tǒng)是我國新一輪能源革命的核心目標,能源轉(zhuǎn)型是實現(xiàn)這一目標的關(guān)鍵步驟;
2)電力系統(tǒng)由以化石能源為主向低碳可再生能源為主轉(zhuǎn)型,將對能源轉(zhuǎn)型目標的實現(xiàn)起關(guān)鍵作用;
3)第三代電力系統(tǒng)是100多年來第一、二代電力系統(tǒng)的傳承和發(fā)展,是推動能源轉(zhuǎn)型發(fā)展、構(gòu)成新一代能源系統(tǒng)核心的新一代電力系統(tǒng);
4)高比例可再生能源、高比例電力電子裝備接入電網(wǎng),多能互補綜合能源以及信息物理深度融合智能化電網(wǎng),是新一代電力系統(tǒng)的顯著技術(shù)特征;
5)幾類技術(shù)的突破有可能對未來能源電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的發(fā)展形態(tài)、系統(tǒng)整體效率、運行控制方式和運營模式帶來全局性、變革性甚至顛覆性影響。

責任編輯:龍小蝦
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