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以互联网思维改造传统电力系统,是构建新一代能源系统的关键步骤——访中国科学院院士周孝信

日期:2015/08/10   来源:机电商报   作者:石珊珊
  摘要:“新能源革命”与“第三代电网”是中国科学院院士、中国电科院名誉院长周孝信在2010年时提出的概念,他提出未来40年,我国电网发展总体上要完成第二代电网向第三代电网的过渡。很难想象,这位年过七旬的电力专家在说到我国电力事业的未来时还能如此高瞻远瞩并激情澎湃。 下面就和《机电商报》记者一起来看看,中国电力行业最权威专家眼中的“第三代电网”究竟是什么样的吧。


“新能源革命”与“第三代电网”是中国科学院院士、中国电科院名誉院长周孝信在2010年时提出的概念,他提出未来40年,我国电网发展总体上要完成第二代电网向第三代电网的过渡。很难想象,这位年过七旬的电力专家在说到我国电力事业的未来时还能如此高瞻远瞩并激情澎湃。 下面就和《机电商报》记者一起来看看,中国电力行业最权威专家眼中的“第三代电网”究竟是什么样的吧。


机电商报:请您讲讲第三代电网都有哪些主要特征?

周孝信:第三代电网是第一、二代电网在新能源革命条件下的传承和发展。第三代电网支持大规模新能源电力,大幅降低大电网的安全风险,并广泛融合信息通信技术,是电网的可持续化、智能化发展阶段。在我看来,智能电网、未来电网、新一代、下一代电网都是第三代电网。目前正处在第二代电网向第三代电网的过渡阶段。


机电商报:在您看来,发展第三代电网的驱动力是什么?

周孝信:主要是源于我国能源电力发展面临诸多重大挑战。首先,我国2014年碳排放量占到全球总量的29%,位居第一;化石燃料污染造成的雾霾现象严重,急需大规模、高比例开发利用可再生能源。数据显示,2014年底我国风能和太阳能发电并网装机规模达到1.2亿千瓦,仅占全国总发电量的3.2%,仍然难担大任。

其次,我国总体能源利用效率低下,综合能源效率不足40%。2013年我国单位GDP能耗是世界平均水平的1.8倍,急需大幅度提高能源综合利用效率,减少能源消耗总量。

另外,目前我国电网承受波动性可再生能源电力能力受限。2014年弃风率全国平均为8%,三北地区都存在不同程度的弃风现象。这就说明,电网对大规模高比例风电、光电等可再生能源的消纳问题仍然未找到彻底有效的解决途径,需要采取新的综合解决方案。


机电商报:第三代电网对中国能源结构转型有什么帮助?

周孝信:国家主席习近平在2014年提出了推动能源消费、供给、技术和体制四大革命和全方位加强国际合作的我国能源长期发展战略。

此外,中国政府还庄严承诺在2030年左右二氧化碳排放达到峰值并努力早日达峰,2030年前非化石能源占一次能源消费比重提高到20%左右。

所以,在我国建立新一代能源电力系统是践行能源革命、确保能源安全、应对全球气候变化和实现政府庄严承诺的重要举措。


机电商报:构建新一代能源系统的目标是什么呢?

周孝信:新一代能源系统是以电力为中心,以电网为主干,各种一次、二次能源的生产、传输、使用、存储和转换装置以及它们的信息、通信、控制和保护装置直接或间接连接的网络化物理系统。

因此,构建新一代能源系统的目标是,最大限度开发利用可再生能源、最大幅度提高能源综合利用效率。也就是说,新一代能源系统是新形势下第三代电网概念向综合能源系统的扩展。


机电商报:新一代能源系统有哪些主要特征呢?

周孝信:与传统能源比较,新一代能源系统的主要特征是:可以实现可再生能源优先、因地制宜的多元能源结构;可以实现集中分布并举、相互协同的可靠能源生产和供应模式;可以实现各类能源综合利用,供需互动、节约高效的用能方式;可以实现面向全社会的平台性、商业性和用户服务性。

总之,建立以电力为中心、电网为主干的新一代能源系统需要克服我国长期存在的各类能源计划单列、条块分割、缺乏有效的能源市场配置等系统性缺陷。


机电商报:如您所说,构建新一代能源系统也是一场革命性的改变。那么对电力系统而言,我们会面临哪些重大科学和工程技术问题?

周孝信:构建新一代能源系统,需要重点研究解决源端、受端和传输的一系列重大科学和工程技术问题。

对于源端,特别是我国西部地区而言将涉及大规模可再生能源的生产、存储、转化、消费整个链条中的系统科学、能源转化储存和综合利用科学及相关工程科学技术问题。

对于受端,需要面临各类分布式能源生产、储存和需求消费中实现高效、互补、综合利用链条中的系统科学及相关工程科学技术问题。

在传输方面,面临着以电网为主干的新型输电(输能)方式和网络构建的系统科学和新型输电(输能)方式的工程科学技术问题。


机电商报:那么对于这些重大科学和工程技术问题,您有没有具体的一些研究成果可以与我们分享?

周孝信:我们做了一个我国2030—2050年中长期西电东送电力流估算,到那时,我国人均年电量将达到8000千瓦时,煤电占到40%,西部电力将有40%外送,而西部用电量将占到全国总电量的25%,送电量则占到全国总电量16.5%。

另外,我们还会构建西部源端直流输电网。可将我国西部大型水电、风电、光伏电源基地及火电基地联结起来,实现各类电源资源的跨空间、跨流域优化配置和补偿调节,并通过大容量直流输电线路与中东部交流受端电网形成多点互联,实现远距离西电东送和北电南送。

我们也会基于超/特高压交直流输电技术建立西部源端直流输电网向中东部负荷中心输电的主干输电网模式。


机电商报:请具体说说关于源端综合能源电力系统和受端综合能源系统的设想?

周孝信:源端综合能源电力系统有三个方向:一是构建弃风、光电制氢和合成天然气(P2G)系统。P2G连接电网与燃气管网,成为规模储能系统;二是构建风电、煤电、高耗能(电解铝)组网综合利用系统;三是构建风光电、储电、储热、供热供电综合利用系统。

受端综合能源系统的建立首先要对不同供能系统进行整体上的协调、配合和优化,并最终实现智能化和一体化的社会能源综合供应系统。我们认为这是实现社会用能效率最优、促进可再生能源规模化利用、实现人类能源可持续发展的必由之路。

此外,我们还需建立区域综合能源供应系统,要将受端供电、供气、供热/冷系统等,统一规划设计、协调优化运行,提高能源综合利用效率,保证社会供能系统安全性和自愈能力。


机电商报:互联网+对传统电力系统将产生怎样的影响?

周孝信:这要求我们要以互联网思维审视传统电力系统。什么是互联网思维,就是生产要素配置的去中心化和生产管理模式的扁平化。基于互联网的开放、平等、协作、分享精神,各种系统生产要素配置的主要形式是去中心化,是分布式的。企业的管理也会从传统的多层次走向更加扁平、更加网络化。

而传统电力系统中各类一次能源发电和分散化布局的电力结构(骨干电网为主)通过大规模互联的输配电网络,连接千家万户使用,则具有天然的网络化基本特征。

实际工作中,传统电力系统终端用户用电早已实现“即插即用”,电力用户不需要知道它所用的电是哪家电厂发出的,只须根据需要从网上取电,具有典型的开放和分享的互联网特征。


机电商报:那么,互联网+对传统电力系统将产生怎样的改变?

周孝信:目前来看,传统电力系统不支持多种一次和二次能源相互转化和互补,不能支持高比例分布式清洁能源电力的接入。因此,综合能源利用效率和可再生能源利用率的提高会受限。此外,传统电力系统的集中统一的管理、调度、控制系统不适应大量分布式发电,及发电、用电、用能高效一体化系统接入的发展趋势。最后,传统电力系统的市场支撑功能,不适应分散化布局用户能源电力的市场化运作。

所以,我们需要以互联网思维建设和改造传统电力系统。

第一,要实现多能源互联互通,提高一次和二次能源的综合利用效率,这也是新一代能源系统的目标。第二,我们要借鉴互联网及其扩展的网络技术。即插即用、能源路由器、大数据、云计算等对能源系统特别是分布式可再生能源、微网、用户在能源生产、消费、市场管理和服务的支持。第三,需要催生能源生产、消费、服务的新业态和商业模式。


机电商报:能总结下我们为什么要大力发展第三代电网吗?

周孝信:在我看来,主要是以下四点。一是新一代能源系统的核心目标是最大限度开发利用可再生能源、最大幅度提高能源综合利用效率;二是新一代能源系统应以电力为中心,建立以智能电网为主干,涵盖源端、受端和传输系统的智能能源网络;三是传统电力系统具有典型的互联网特征,与信息互联网进一步广泛融合,以互联网思维改造传统电力系统,是构建新一代能源系统的关键步骤;四是构建新一代能源系统需要大力推进我国能源和电力体制改革,克服我国长期存在的各类能源计划单列、条块分割,缺乏有效的能源市场配置等系统性缺陷。

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