電網(wǎng)第二次智能化的新挑戰(zhàn) 中國實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)至少需要20年時(shí)間

2018-01-02 15:19:57 來源: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 ——訪中國工程院院士余貽鑫高比例可再生能源新時(shí)代黨的十九大報(bào)告提出，要加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國，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)

我國要建成智能電網(wǎng)還需多久?在發(fā)展過程中，需要做出哪些改變和適應(yīng)?

余貽鑫：智能電網(wǎng)(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(lián)網(wǎng)那樣改變?nèi)藗兊纳詈凸ぷ鞣绞剑⒓?lì)類似的變革。但實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)，由于其本身的復(fù)雜性和涉及廣泛的利益相關(guān)者，需要漫長的過渡、持續(xù)的研發(fā)和多種技術(shù)的長期共存。我估計(jì)，中國實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)至少需要20年甚至更長時(shí)間。電網(wǎng)變遷的過程必將改變整個(gè)行業(yè)的業(yè)務(wù)模型。智能電網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)極其廣泛，涉及許多技術(shù)、體制和社會(huì)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(nèi)，我們可以著眼于實(shí)現(xiàn)一個(gè)較為智能的電網(wǎng)(smarter grid)。它利用已有的或不久的將來就可配置的技術(shù)，使目前的電網(wǎng)更有效;在提供優(yōu)質(zhì)電力的同時(shí)，也提供相當(dāng)大的社會(huì)效益，如較小的環(huán)境影響等。

智能電網(wǎng)最本質(zhì)的特征是，電力和信息的雙向流動(dòng)性，并由此建立起一個(gè)高度自動(dòng)化和廣泛分布的能量交換網(wǎng)絡(luò);把分布式計(jì)算和通信的優(yōu)勢(shì)引入電網(wǎng)，達(dá)到信息實(shí)時(shí)交換和設(shè)備層次上電力近乎瞬時(shí)的供需平衡。

在我國，高度自動(dòng)化已被廣泛接受，但廣泛分布式現(xiàn)在還在深入認(rèn)識(shí)過程當(dāng)中。風(fēng)能和太陽能應(yīng)用的主流形式是分布式的，“分布式電源+智能電網(wǎng)”更加關(guān)注本地控制和減少對(duì)外依賴，是“顛覆性”的改變，其對(duì)日常生活、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在潛在的巨大影響。

實(shí)施智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略不僅使用戶能夠獲得高安全性、高可靠性、高質(zhì)量、高效率和價(jià)格合理的電力供應(yīng)，還能提高國家的能源安全水平，改善環(huán)境，推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)激勵(lì)市場不斷創(chuàng)新，從而提高國家的國際經(jīng)濟(jì)競爭力。智能電網(wǎng)的關(guān)鍵是利用各種技術(shù)、資源和市場機(jī)制以實(shí)現(xiàn)高效。智能電網(wǎng)的預(yù)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(zhì)量提高方面的收益;電力設(shè)備、人身和賽博安全方面的收益;能源使用效率收益;環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的收益以及直接經(jīng)濟(jì)(容量、燃料和運(yùn)維成本)效益。而從廣義層面來看，由于技術(shù)涉獵廣泛，智能電網(wǎng)的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)是要催生新的技術(shù)和商業(yè)模式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)革命，以確保子孫后代繁榮昌盛。網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)袖思科預(yù)言，智能電網(wǎng)比互聯(lián)網(wǎng)擁有大得多的市場空間。事實(shí)上，智能電網(wǎng)是典型的大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)。

群集理念和智能分布式體系

就地開發(fā)消納模式成為可再生能源發(fā)展下一步方向，10月31日，相關(guān)部門下發(fā)《關(guān)于開展分布式發(fā)電市場化交易試點(diǎn)的通知》，規(guī)劃明年2月啟動(dòng)第一批試點(diǎn)地區(qū)交易，您如何看待其前景?

余貽鑫：為了激勵(lì)智能電網(wǎng)方面的創(chuàng)新，亟需建立一個(gè)成熟的、健全的和集成的電力市場，具體包括：一是實(shí)施分時(shí)/實(shí)時(shí)電價(jià)，使“電能”作為一種商品的市場價(jià)值得到合理地體現(xiàn)——比如說為了實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)需要這樣做;二是制定鼓勵(lì)分布式電源賣電回電網(wǎng)和作為電網(wǎng)后備電源使用的政策，含分布式清潔能源的上網(wǎng)電價(jià)政策——你所說到的分布式發(fā)電市場化交易試點(diǎn)應(yīng)該屬于這一點(diǎn);三是建立智能電網(wǎng)投資成本回收的政策。

我國目前的費(fèi)率結(jié)構(gòu)和電力公司收入模型，無法用來促進(jìn)或捕捉分布式能源價(jià)值。建立一個(gè)好的商務(wù)模型(商業(yè)案例)極其重要，因?yàn)樗鼈兡転槿萘恳?guī)劃和電網(wǎng)運(yùn)行中的投資，以及分布式電源(DERs)科學(xué)地發(fā)揮作用提供依據(jù)。分布式發(fā)電市場化交易是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程問題，涉及規(guī)范參與主體、費(fèi)率制定、交易模式、平臺(tái)支撐等眾多方面，為了構(gòu)建經(jīng)濟(jì)高效的分布式發(fā)電市場機(jī)制，從而促進(jìn)分布式發(fā)電的健康快速發(fā)展，開展試點(diǎn)工作是非常必要的。

那目前有哪些具有商業(yè)價(jià)值的負(fù)荷和用戶能實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)友好合作?

余貽鑫：除了分布式的發(fā)電和儲(chǔ)能之外，鼓勵(lì)用戶參與需求響應(yīng)(Demand Response, DR)和基于協(xié)議的負(fù)荷控制也是實(shí)現(xiàn)電力供需平衡的有效方法。需求響應(yīng)的定義是：“在正常耗電模式下，用戶用電功率能夠隨著電價(jià)的變化而變化，或者當(dāng)電力零售市場電價(jià)過高或系統(tǒng)可靠性受到損害時(shí)，能夠促使用戶減少用電”。生態(tài)文明意識(shí)的提升，使電力公司積極尋求不同于傳統(tǒng)的方式來滿足供需平衡。居民負(fù)荷、商業(yè)負(fù)荷和高耗能產(chǎn)業(yè)中均含有較大比例的可平移負(fù)荷,它們可以與電網(wǎng)友好合作,支持削峰填谷與事故情況下的減負(fù)荷，幫助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)近乎瞬時(shí)的功率平衡。以居民負(fù)荷為例，他們的洗衣機(jī)、熱水器、電冰箱等都屬于可平移負(fù)荷。據(jù)美國調(diào)查顯示，在日高峰時(shí)有13%的居民電力負(fù)荷可以與電網(wǎng)友好合作，其可平移負(fù)荷功率與電網(wǎng)的旋轉(zhuǎn)備用容量相當(dāng)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值十分巨大。

現(xiàn)代交通在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占比很高，僅次于電力，對(duì)其實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)美麗中國的目標(biāo)要求電動(dòng)汽車比重達(dá)到80%以上，其電能的總消費(fèi)量和總存儲(chǔ)量都十分巨大，可在用電低谷(電價(jià)便宜)時(shí)充電,并在白天最需要電能(電價(jià)貴)的時(shí)候?qū)㈦娸敾仉娋W(wǎng)，所以電動(dòng)汽車也將成為需求響應(yīng)的重要部分，應(yīng)該且可以與大規(guī)模發(fā)展的分布式可再生能源發(fā)電協(xié)同發(fā)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(shí)，則到2030年需要23億千瓦時(shí)的儲(chǔ)能即可把風(fēng)電和太陽能光伏電量提升到40%以上，而預(yù)計(jì)2030年電動(dòng)汽車保有量約為8000萬輛(《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》)，電池容量將達(dá)到24億千瓦時(shí)，如果管理好就可能為風(fēng)、光、火、儲(chǔ)的大規(guī)模配合奠定基礎(chǔ)。為此需要為電動(dòng)汽車的發(fā)展提供技術(shù)平臺(tái)和市場平臺(tái)，技術(shù)平臺(tái)是讓老百姓充電方便，市場平臺(tái)是激勵(lì)用戶夜充晝放的積極性。電動(dòng)汽車發(fā)展很可能是帶動(dòng)分布式能源和智能電網(wǎng)發(fā)展的“殺手級(jí)”應(yīng)用(Killer-Application)。

隨著大量分布式電源和智能終端接入電網(wǎng)，系統(tǒng)會(huì)非常復(fù)雜，未來智能電網(wǎng)將怎樣控制、管理、響應(yīng)負(fù)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(xié)作，而不是集中或分級(jí)的命令和控制機(jī)制。協(xié)作行為將導(dǎo)致更加分散地共享所產(chǎn)生的利益，通力合作、追求共同利益是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的最佳途徑。

里夫金(Jeremy Rifkin)在《第三次工業(yè)革命》一書中所提倡的能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)想是，讓數(shù)以百萬計(jì)的用戶在家庭、辦公室或者工廠自行利用可再生能源發(fā)電，并能夠彼此共享所發(fā)出的電能;電動(dòng)汽車與本地儲(chǔ)能設(shè)備將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的加入將把電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N能源可以互相共享的互聯(lián)網(wǎng)。其理念與智能電網(wǎng)是一致的。

為了抓住未來的機(jī)遇已提出如下的設(shè)想：未來的配電網(wǎng)、微網(wǎng)、建筑單元(大樓、工廠和住宅等)與輸電系統(tǒng)的差異將逐步消失，具有本地發(fā)電和雙向電力潮流的特點(diǎn)，都將配有能量管理系統(tǒng)(Energy Management System，EMS)并按照“群集”理念實(shí)現(xiàn)各自近實(shí)時(shí)的功率平衡，即輸電系統(tǒng)(互聯(lián)電力系統(tǒng))是若干個(gè)控制區(qū)(即區(qū)域性輸電網(wǎng))互聯(lián)起來的群集(clusters)，每個(gè)控制區(qū)是一個(gè)群(cluster);每個(gè)區(qū)域性輸電網(wǎng)是若干個(gè)配電網(wǎng)互聯(lián)起來的群集，每個(gè)配電網(wǎng)是若干個(gè)微網(wǎng)、建筑單元組成的群集，每個(gè)微網(wǎng)又可以是由若干個(gè)建筑單元互聯(lián)起來的群集;每個(gè)群集的運(yùn)行過程中，通過調(diào)度確定各群間的功率交換計(jì)劃，每一個(gè)群必須維持其內(nèi)部凈功率的平衡并履行與外部功率交換的職責(zé)，以維持整個(gè)群集近實(shí)時(shí)的功率平衡。和控制區(qū)相似，每個(gè)群都有發(fā)電和/或負(fù)荷，以及智能控制和通信。群的基本功能包括如下三項(xiàng)：進(jìn)行發(fā)電/負(fù)荷調(diào)度(Dispatch)，以維持凈功率平衡;當(dāng)?shù)氐姆答伩刂疲糜谄交▌?dòng);通過削減發(fā)電機(jī)/負(fù)荷來緩解故障。

需要強(qiáng)調(diào)的是，任何智能電網(wǎng)的命脈都是用以驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的數(shù)據(jù)和信息，而這些應(yīng)用又反過來促使開發(fā)新的和改進(jìn)的運(yùn)營策略成為可能。電力系統(tǒng)任一領(lǐng)域，從電力用戶、電力市場、服務(wù)提供商、運(yùn)行、發(fā)電、輸電和配電，所收集到的數(shù)據(jù)都可能同其它領(lǐng)域的改善相關(guān)。所以以適時(shí)的方式與那些需要使用或有權(quán)了解數(shù)據(jù)的參與者實(shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)，是智能電網(wǎng)的基本要素。

目前主流的智能終端設(shè)備，會(huì)否取代智能電表，成為共享數(shù)據(jù)和信息的核心環(huán)節(jié)?

余貽鑫：國外現(xiàn)有的產(chǎn)品，如亞馬遜的Echo，谷歌的Home，都是智能家居方面的產(chǎn)品，它們可以作為共享數(shù)據(jù)和信息的一個(gè)來源，但很難取代智能電表，因?yàn)橹悄茈姳淼囊粋€(gè)基本功能是計(jì)費(fèi)，是需要監(jiān)管的。

在您看來，分布式能源加儲(chǔ)能，是否會(huì)造成用戶離網(wǎng)，最終拋棄大電網(wǎng)甚至是智能電網(wǎng)?業(yè)界應(yīng)該如何積極布局和推動(dòng)?

余貽鑫：智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)不會(huì)消失，因?yàn)?a href="http://www.zuoguai.cn/special/fbsfd/" target="_blank" class="keylink">分布式能源需要通過它實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互通和互濟(jì)。恰如里夫金在《第三次工業(yè)革命》中宣稱的那樣，電網(wǎng)將成為一種大量分布式可再生能源可以互相分享的互聯(lián)網(wǎng)，數(shù)以億計(jì)的人們會(huì)從家中、辦公室和工廠中生產(chǎn)綠色能源，并在“能源互聯(lián)網(wǎng)”中彼此分享，就像在線創(chuàng)造和分享信息一樣。大電網(wǎng)的規(guī)劃與建造需要考慮到這一趨勢(shì)。

我們現(xiàn)在討論能源互聯(lián)網(wǎng)，更應(yīng)該關(guān)注多種能源網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起的系統(tǒng)，按其應(yīng)用范圍可以分成終端能源系統(tǒng)、區(qū)域綜合能源系統(tǒng)和全域綜合能源系統(tǒng)。從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)因素、技術(shù)難易程度方面綜合考慮，鑒于中國燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)不像美國、英國等發(fā)達(dá)國家，我們可以先從終端能源系統(tǒng)開始，逐步向區(qū)域綜合能源系統(tǒng)、乃至全域綜合能源系統(tǒng)發(fā)展。

原標(biāo)題:高比例可再生能源“兩點(diǎn)論”