英國皇家工程院院士麥克·斯德林：智能電網本質是優化控制

2017-11-23 15:59:09 來源:能源評論雜志　點擊量：評論 (0)

大智物云移+新能源時代，面對新能源大規模接入，智能電網有哪些作為？基于特高壓輸電的技術創新，對用戶側的互動新需求、新模式、新技術，當如何綢繆？本刊日前采訪了英國首相科技理事會能源工作主席、英國皇家工

“大智物云移+新能源”時代，面對新能源大規模接入，智能電網有哪些作為？基于特高壓輸電的技術創新，對用戶側的互動新需求、新模式、新技術，當如何綢繆？本刊日前采訪了英國首相科技理事會能源工作主席、英國皇家工程院院士麥克˙斯德林。他結合歐洲的情況分析認為，大規模接入新能源需要以大范圍電網互聯為基礎，并統籌考慮儲能技術。在與用戶側進行互動時，第三方的智能化方案需要兼顧電網與用戶訴求，智能電網的本質是優化對系統和用戶的控制能力。

電網互聯帶來新機會

《能源評論》：在第三次工業革命時代，以風電、光伏為代表的新能源蓬勃發展。從歐洲的經驗來看，針對新能源的波動性，如何能做到平衡電網安全與用戶需求？

麥克˙斯德林：歐盟制定的目標是，到2020年可再生能源占比將達到20%。歐洲議會今年提出，將2030年的目標由原來的27%提升至35%。要應對新能源發電量不斷提升，以及越來越多的電網波動性問題的辦法只有兩個：一是增加基礎的電力供應容量，二是對用戶端進行控制。如何將可再生能源的不斷并網和用戶需求控制來結合起來，尋求到平衡點，是未來技術挑戰所在。整個過程非常復雜，這也正是發展智能電網的意義所在。為此，歐洲各國都意識到智能電網是電力行業發展的重要趨勢，在加足馬力不斷往前推進。

《能源評論》：在輸電側增加供給能力，或者大范圍電網互聯，無疑會加增強系統調節的底氣。在這方面，中國的特高壓輸電工程技術已經給出了證明，您認為，歐洲和英國的未來會怎樣？

麥克˙斯德林：互聯性的問題——需要讓更多的電源、更廣泛的地區電網互聯，來提供穩定的電力供應。中國其實已經做到這一點，歐洲可能有一些問題，因為每一個國家地域比較小，所以就必須和鄰國進行互聯。以英國為例，因為是一個島國，長期以來實現了相當程度的國際電網互聯，比如在1986年就實現了和法國電網互聯，目前已經簽約的互聯項目包括比利時、丹麥等國家。從數量來看，英國的需求峰值是52.7吉瓦，進口容量達到14.2吉瓦，潛在的電網互聯容量為22.4吉瓦。對整個歐洲而言，目標是到2020年所有國家電網互聯度要達到10%以上，到2030年要達到15%以上。

歐洲的智能電網，目前是以各國發展為主，很多國家已經部署了智能電網的試點運行，但是仍然沒有實現國際間的協調和互聯。一旦實現互聯的話，僅對英國而言，到2020年，消費者每年就會因智能互聯節約10億英鎊，其商業前景非常廣闊。同時，增加電網互聯性對于新技術發展也會帶來很多機會，比如對跨地區遠距離輸電的特高壓技術。因此我相信，全球能源互聯網也許是一個遙遠的目標，但仍然存在希望，而且發展合作組織正在發揮領頭的作用。

《能源評論》：如果只是在供給端簡單疊加裝機，可能會使波動加劇，或需要大量協調傳統能源。您認為，還有哪些更有效更智能的解決方案和手段嗎？

麥克˙斯德林：正如您講到的，對于可再生能源的擴張帶來的挑戰，如果發電端沒有有效的管理，就需要在用戶側進行控制——尋求在用電高峰階段，減少用戶同時用電的強度。但用戶控制不意味著減少用戶數量，或者硬性減少其用電總量，而是給他們另外一種選擇，讓他們盡量減少在高峰期間同時用電。智能電表作為一個非常重要的科技，其更大的應用價值就在于，它是一個教育的過程，會讓更多的家庭明白他們需要智能互動，而且減少在高峰時間同時用電會帶來更多附加價值，比如經濟性和節能環保等等。

儲能需有全局觀

《能源評論》：在智能電網系統中，儲能被寄予厚望。對于大規模儲能、分布式儲能（如特斯拉的Powerwall），您更看好哪個的發展前景？

麥克˙斯德林：二者沒有絕對的優劣之分，對于智能電網的發展，需要把這兩個方面結合起來攜手發展。一方面，很多國家在進行大規模集中式儲能的研究，比如說液化空氣儲能等復雜的技術，可以提供電網級別的調頻調峰等服務；另一方面，微觀的或者分布式儲能，比如鋰電池、氫燃料電池的應用，可以彌補分布式太陽能、中等規模風能發電的波動性，還可以提供一些基本的家庭能源供應。需要注意的是，無論是大規模儲能，還是分布式儲能，都是構建智能電網有待解決的一個挑戰，核心問題是價格。一旦解決了儲能的成本問題，能夠實現新能源的“平價上網”，對于電網的建設和運行將起到非常大的支持作用。

《能源評論》：在有些人看來，電化學儲能尤其是鋰電池儲能會成為解決難題的“救世主”，您怎么評價？

麥克˙斯德林：當然，研發出更大容量的電池，意味著在能量釋放方面效率會更高，但是我們需要從全局來考慮，更全面看待能源與經濟社會的應用發展，而不是僅僅關注分布式儲能技術。比如絕大多數的國家都認為，電動汽車是未來分布式儲能的發展方向，但不要忘記，電動汽車未來供電還是應該從大電網來供電。同樣的，氫能經濟是一個非常好的概念，但是短期來講并不容易實現。當下要做的仍然是建設運營好智能電網，與發電側、用電側保持良性互動。

智能終端應對電網友好

《能源評論》：您提到電動汽車與智能電網的互動，智能電網與新一代交通系統、信息網絡融合需要哪些條件？它對能源供應體系會帶來哪些沖擊？

麥克˙斯德林：其實，這種融合已經在深度進行。現在電動汽車充電這種新型的用電方式，其容量和壓力都是前所未有之大，和此前的電冰箱、電視機的用電量給電網帶來的壓力完全不一樣，這對電網的控制系統是一個非常大的挑戰，也是分布式能源不能夠解決的問題，必須要通過智能電網解決。

對構建智能電網控制系統而言，毫無疑問其基礎是智能電表。當每個家庭都擁有這樣的控制節點的時候，如何保證一個國家成千上萬個，甚至如中國般的幾億個控制點合理運行，將成為極大的挑戰。基于現有的控制技術，還沒有非常好的解決方案。為此，智能電表必須足夠智能化。這意味著，未來的智能電表必須要具有一定的需求側管理能力，因為隨著行業的發展，會有大量的實時數據需要收集和應用。

需要強調的是，電網產生波動和不穩定是正常的現象，電網的特性就是，有可能前一兩秒我們需要往高調，后一兩秒就要進行反向操作，所以如果控制系統沒有設計好，運行不妥當的話，很可能就會產生大規模的停電事故，這是我們需要著力避免的問題。在智能電網的控制系統設計方面，未來方向還是應該堅持分級設計的模式，從每個用戶、不同地區再到國家層面逐級進行控制。

《能源評論》：在用戶側，有些家庭已經開始使用谷歌Home、亞馬遜Echo或其他智能終端進行能源控制甚至管理。您認為，面對新挑戰，電網與第三方的智能化控制系統應該如何更好銜接？有哪些創新和改變值得期待？

麥克˙斯德林：這種終端用戶模式，對于電力公司其實是非常難預計的。目前在電力公司和用戶之間的獨立系統，比如像谷歌或者是亞馬遜這樣的第三方，開發出對用戶用電量分析的軟件，他們其實是基于價格的，其出發點就是如何減少用戶用電成本，但是對于電力公司而言，這可能并不友好。因為對于用戶的需求，電網還是缺乏穩定的預期，所以就需要這些獨立的第三方與電力公司進行協作，能夠通過電力公司放出的價格和負荷信號，不斷進行反饋調整。

我希望，未來的第三方能夠研發出這樣的技術：一方面，減少終端用戶成本；另一方面，對于電網負荷全面了解和響應，進而增強電網可預期性，減少電網負擔。

原標題:智能電網本質是優化控制