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2018国家能源互联网大会系列报告之主旨报告1|周孝信:新一代电力系统与能源互联网


周孝信


尊敬的尤校长、孙处长、各位领导、专家、企业家朋友:

    大家早上好!

    非常荣幸能参加这样一个联盟的大会,祝大会圆满成功。今天给大家汇报的内容是:新一代电力系统与能源互联网,介绍一下新一代电力系统的主要特征和关键技术,对能源互联网和新一代电力系统的关系,谈一点个人的体会。

    我们回顾电力系统发展的历史,可以看到从100多年前电力刚开始发生的时候到现在,可以大致分成三代。第一代是小机组、低电压、小电网、小规模。第二代是大机组、超高压、大电网,这是二十世纪七十年代的中国,到二十一世纪三四十年、四五十年的时间。第三代则是本世纪初开始,特点是高比例可再生能源和清洁能源,主干电网和区域配网、微网结合,这是我在2010年总结出的电网发展趋势,我们称之为第三代电网,也称之为第三代电力系统,第三代电力系统是100多年来第一、二代电力系统的传承和发展,是新形势下推动能源转型发展,构成能源核心的一个新一代电力系统。

    新一代电力系统主要有四方面特征。一是高比例可再生能源电力系统;二是高比例电子电力装备电力系统;三是多能互补的综合能源系统;四是信息物理融合系统。

    首先是高比例可再生能源的电力系统,经过这些年大力发展,我们新能源装机比例在很多省份已经很高了,右下边的图可以看到,有一些像甘肃49%的装机容量,内地一些省份也逐步在上升,这是一个很大的进展。

    从未来发展来看,可再生能源发展,包括分布式、集中式加起来比例会逐步提高。右下角的图有两个曲线,一个红颜色、一个绿颜色。红色的是太阳能光伏发电的电量占比,2050年占26.7%,风电占21.3%,总的67.4%是可再生能源的电量,这是我们通过模型估算的一个结果。

    第二是高比例电力电子装备的电力系统。首先是风光快速发展,装机比例高逐年提高,从容量看,2050年太阳能装机占41%,风电占比27%,这也是模型估算的结果。这些新能源的接入都要依靠电力电子装备接入我们的电网里面去。还有一个是直流输电,从2010年以来一共先后投运了12条以上的特高压直流输电,目前还有一条处于调试阶段,是准东到皖南,从新疆准噶尔到安徽,直流输电对电网影响非常大,而且将来的容量还会继续增大。所以说电力电子装备在电力系统的比例会越来越高。此外就是负荷侧,比如说民用、工业、交通各方面,汽车充电,电动汽车等等很多要用到电力电子装置。

    第三个特征是多能互补的综合能源,我们的电力系统未来除了提供电力以外,在多种能源相互互补的情况下还要做一个综合能源的服务商,提供热电冷。分两部分,一个源端基地的综合能源系统,包括水电、风电、太阳能,大量的装机基地,形成一个综合能源基地,除了发电以外,还要提供别的新的能源,包括天然气等等,它们之间,可以和可再生能源互补,我们还建议在西部建立一个直流输电网来输送电力。

    第四个是信息物理融合的系统。这个不多说了。

    新一代电力系统的关键技术可以归纳为六项。第一是高效、低成本太阳能风能发电技术,第二是高效、低成本、长寿命储能技术,第三是高可靠、低损耗的电力电子技术,第四是新一代电力运行稳定与控制技术,第五是高安全、高效储运和应用氢能技术,第六是新一代人工智能技术。

    现在每一部分简单说一说。首先是低成本的太阳能发电技术,有光伏发电、风能发电,实际上现在我们包括太阳能热发电,在座的有专家在这里,进步很快。尤其表现在效率不断提升,另外成本也在迅速下降,这个得益于产业和企业家做了大量的工作,在技术进步的支撑下,我们的成本不断降低。

    再就是高效、低成本、长寿命的储能技术。依靠技术的进步,尤其是企业做了大量的工作,使储能的成本不断下降,特别是去年下半年和今年上半年,包括电池储能的技术发展很快。

    接下来是高可靠性、低损耗、电力电子设备和输电技术。电力电子技术比较期待国产化的大容量IGBG,很快能应用到可再生能源发电。再一个期待就是新一代半导体技术,它的特点是效率高,耐高温、耐高压,性能优异,未来会对我刚才讲的直流输电和新能源入网带来很大的影响,但是目前还处于技术改进的过程,我们期待它,这是我们搞电力系统非常期待的一个技术,元器件和装备能很快用到系统中来。

    再就是输电侧,有一个进展是气体绝缘管道,德国的380千伏气体绝缘管道,在法兰克福,采用绝缘气体管道输送。我们国家也在做,特高压的,从苏州到南通,现在已经贯通了,还没有最后完成。还有就是未来的超导输能管道,采用气体冷却,一个是用氢气来冷却,温度低,现在我们研究用液化天然气,这是一个基础研究工作。

    还有运行控制技术。现在高比例新能源接入电网后,使电网特性发生重大的变化。其中一个变化是惯量减小,过去的系统惯性是比较大,靠什么?靠同步发电机,是一个大的质量块。现在上海华东地区有10回大容量的直流输电大概落到四万平方公里的面积里面,随着未来直流的增加,系统惯量的减少将对电网的频率保持,故障的恢复都带来很大的影响。

    还有一个是电压稳定问题,电力电子设备装置和装置之间会引起震荡,电网也会引起震荡,我们记录了很多的波形,做了很多的分析,目前来说也是有一些解决的办法,但是如何建立一个理论性的体系,和过去稳定现象有什么差别,还都在研究。

    对于新一代电力系统,高比例电力电子装备电力系统,未来的大容量的西电东送,怎么保证电网的安全?首先要做仿真分析,我们在国家电网的支持下搞了一个新一代电力系统仿真平台,采用超级计算机仿真,建立了物理模型和数字模型混合的仿真系统,研究解决新一代电力系统出现的新问题。

    第五个是氢能生产和储运技术。这个也是受到一些启发,因为国内很多的单位都想在氢能上有所发展。西部地区的弃风和弃光问题,采用电解水制氢是非常好的技术,能把这些弃掉的电能用起来。另外即便是将来弃风、弃光都解决了,但是西部有巨大的太阳能、风能开发潜力,把它开发出来不一定都是电力输送,有可能采用制氢输氢,比如说电解水再进一步改进使效率提升,甚至可以建设太阳能、风能直接电解制氢,将来运到东部给燃料汽车使用。另外,未来假定说高比例可再生能源,一旦遇到连续多天的阴天,风连续多天没有怎么办?那样的话电力系统就支撑不了了,现在的储能只能解决几小时或一天的波动。一两个星期没有电的话就不好办了,采用制氢,制天然气的办法就可以解决特殊情况下的备用问题。

    下面谈一下传统电力系统的互联网特性和它的局限是什么?传统电力系统各类一次能源发电通过大规模互联的输配电网,连接千家万户使用,具有天然的网络化基本特征。传统的电力系统和用户用电早已实现即插即用,电力用户根据需要从上取电,具有分享的互联网特征,从这个角度来看我们的电网有天然的互联网特性,但也有很多局限性,一个是传统电力系统无法实现用户和电网之间的能源信息的双向流动,传统电力系统不适应多种形式的协同互补,提高效率的能力受限。第三是不能实现市场化运作,服务受限。从互联网的一些基本特性看,我们还有很多缺陷,因此,我们要搞能源互联网。

关于能源互联网,国家能源局的文件已经说的很清楚了,我们也发表过有关的文章,概括起来就是,可再生能源为优先,电力能源为基础,多种能源协同,集中式、分布式协同,大众广泛参与的新兴生态化能源系统。这个有点绕,现在能源互联网是互联网技术和能源深度融合,能实现高效利用,提高可再生能源比重等等功能。

    事实上从搞电的来说,我们搞了多年的智能电网,现在又说能源互联网。我个人的理解是这样,智能电网是信息技术与物理电网高度集成的电力系统。我们查了中国电力百科全书和维基百科,另外参考了国家能源局发布的《关于推进"互联网+"智慧能源发展的指导意见》,能源互联网是互联网思维和理念与能源生产,传输、存储、消费以及市场深度融合的智慧能源系统和能源产业发展的新形态,智能电网基本上是电力系统,能源互联网是一个智能的能源系统,特别是多能互补,而且侧重产业发展,推动产业发展。

    现在又有很多企业提到能源物联网。什么是能源物联网?我的理解是能源物联网=能源互联网+能源万物互联+数据驱动的智能化,不知道对不对?那么这个物联网就是世界万物互联,在全面的感知的基础上实现智能化,我们叫做数据驱动的智能化,这个现代智能化的驱动是靠大量的数据搜集,大量的处理,通过算法最后实现,对不对由大家讨论。

    能源互联网三层结构,这个不说了,大家都知道,物理基础,实现价值等等。能源互联网的功能,主要是可再生能源高效配置,多种能源互给。因此,新一代电力系统和能源互联网是一个什么关系?首先新一代电力系统继承了传统电力系统各类一次能源发电,布局的结构,通过大规模互联的输配电网络连接千家万户,具有天然的网络化基本特征。我们新一代的电力系统继承了传统电力系统的特点。第二是新一代电力系统发展了传统终端用户的即插即用,支持分布式用户,实现能源信息双向流动,具有完整的开放分享的互联网特质。原来智能电网里面的,当然也有类似的功能,但是新一代电力系统包括智能电网的一些新东西,所以这是继承和发展的关系。然后就是提升和开拓的关系,一是新一代电力系统在源端支持多种能源的协同互补,有效提升可再生能源的消纳能力,这是一点。第二就是在智能电网的基础上与信息技术深度融合,形成的能源互联网,为高比例可再生能源接入系统的调度控制,运行优化,市场化运作提供有力支撑,进一步拓展用户综合能源服务的功能,这也是新一代电力系统发展方向。新一代电力系统、能源互联网,智能电网很多是靠实践,这些都要在实践中不断总结和完善,形成我们的综合式的自己的理论体系。

    结束语。第一、第三代电力系统是100多年第一二代电力系统的传承和发展,是推动能源转型发展的新一代电力系统。第二、高比例可再生能源,电力电子装备接入电网,多能互补是新一代电力系统的特征。第三是六类技术的开发应用将有可能对新一代电力系统产生全局性的影响。第四是智能基础上与信息技术深度融合形成能源互联网。第五是以用户为中心的理念拓展综合能源服务功能,是新一代电力系统的发展方向。

谢谢大家,很多是个人观点,不一定对,欢迎大家批评指正。谢谢。



注:该内容是根据录音整理,未经报告专家审阅,特此说明。


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