周孝信院士:实现新一代能源系统离不开能源互联网的发展

2018-11-15 09:05  浏览:6449   会议之声  能源互联网 

演讲全文:

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。

新一代电力系统是怎么个由来以及它主要特征和关键技术作一个简要的汇报,完了再说一下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,就有这么一个,我们分成三代。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来说的,到二十一世纪三四十年、四五十年的时间。第三代是本世纪初开始,特点是可再生能源和清洁能源,主干电网和区域配网、微网结合的,这是七八年前总结的出电网发展趋势。我们叫第三代电网,这个概念就是电力系统的概念,现在是第三代电力系统是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,构成能源的核心的一新一代电力系统。

主要特征有四方面。第一是高比例、可再生能源的电力系统。第二是高比例、电子电力装备的电力系统,第三是多能互补的综合能源系统,第四是信息物理融合系统。

第一是高比例、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有一些省份很高了,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,所以这个是一个很大的进展。

从未来发展来看,它还是发展很快的,可再生能源的发展情况,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。这个是我们简单的一个模型估算的结果。

第二个特点是高比例、电力电子装备的电力系统。首先是风光快速发展,对电网的比例高,从容量看,右下角的图,2015年-2050年我国电网装机的趋势也是一个红线,一个蓝线。2050年的太阳能装机占41%,风电占比27%,这也是很简单的模型钻的结果。当然这些新能源的接入都要依靠电力电子装备,变流器等这些接到我们的电网里面去。

还有一个直流输电,特高压直流输电有大发展,2010年以来一共先后投入了12条以上的特高压直流输电,现在还有一条没有正式投运,是准东到皖南,从新疆准噶尔每天到安徽,这个是110,5000伏的,图也是把最近的这些工程图给它画开,这个对电网影响非常大,而且将来的容量还要继续增大,线路还要继续往前投。所以对电力电子装备在电力系统的比例会越来越高。还有一些用户。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,我们的电力系统要扩展范围,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。还有分两部分,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,刚才说的可再生能源之间也要互补,通过电网互补。我们建议在西部建立一个直流输电网来相互补偿。很重要的就是现在大家谈的很多的是终端消费综合能源电力系统,就是互联网的示范工程体面提到的多能互补这个范围。

第四个是信息物理融合的系统。这个不细说了。

关键技术归纳为六点。第一点,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,第三是高可靠、低损耗的电子信息,第四是第一代的电力运行稳定与控制技术,第五是高安全、高效储运和应用技术,第六是新一代人工智能技术。

现在每一部分简单说一说。这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,进步也很快。尤其是表现在效率不断提升,另外成本也迅速下降,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。这是技术的发展,一个是企业做大量的工作使我们的成本不断下降,特别是今年去年和下半年和今年上半年的趋势,包括电池储能的技术发展很快。

接下来是第三高可靠性、低损耗、电力电子设备和信息输电技术。这个电力电子技术比较期待国产化的大容量的IGBG(音),很快能应用到可再生能源发电的大范围应用。再一个期待新一代的电子电离设备,就是新一代半导体的技术,它的效率高,耐高温、耐高压,很多好的性能,将来会对我们刚才讲的直流输电也好,新能源接入电网也好,会带来很大的影响,但是现在处于技术改进的过程中,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。这是刚才说的它的一些好处,碳化归类的一些好处。

这是输电侧,有一个进展是气体绝缘管道,德国的380千伏的,在法兰克福是2公里还是1公里的地下三线的双回线都是地下管道输电,这是绝缘气体的管道输送。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。还有未来的超导,一个管道里面除了能输电以外,超导准不准确,是用气体来冷却,一个是用氢气来冷却,温度低。现在我们研究用液化天然气,是110度温度和高超导温度差不多,这样可以配合起来用,这是一个基础研究阶段。

还有运行控制装备。现在新能源接入电网以外,使电网特性发生重大的变化。其中一个变化是所谓的惯性减小,过去的系统惯性是比较大,靠什么?靠同步发电机,是一个大的制电块,一旦电网扰动以后会放这些能量来平息波动。现在大的直流输电,现在上海华东地区有10回大容量的直流输电大概落到小的四、万平方公里的面积里面。右边的图是一个实际的发生故障之后的一个图,很快会发生一个变化,对电网的频率保持,故障的恢复都带来很大的影响。

还有一个是对电压稳定的问题,有震荡。电力电子装备的装置和装置之间会引起震荡,电网之间也会引起震荡,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,但是对问题,一个是怎么建立理论性的体系,怎么和过去稳定的现象有什么差别,还都在做。这个也是直流输电,柔性直流输电接到弱的电网里面也会发生震荡不稳定的现象。

为了新一代电力系统的解决,解决电力电子装备接进去,大容量的西电东送,造成的这些问题怎么解决?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的仿真平台,超级计算机。,物理模型和数字模型混合的仿真系统,这个主要是研究新的现象和问题怎么解决。

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,很多的单位都想在氢能上有所发展。从搞电力的人来说,怎么样最轻?最简单的是电解水最轻,假定说西部,弃风、弃光,来电解水是非常好的事情,能把这些弃掉的电都能用起来。

另外即便是将来弃风、弃光都解决了,今年的水平差不多是比去年有很多的改进。即便是这样,将来可以有一些使弃风、弃光很好的解决,但是西部那么大的容量,那么大的潜力,太阳能、风能的潜力,把它开发出来,不一定都是电力输送,有可能把它用到,如果说找到一个非常经济有效的安全的生产办法,比如说电解水再进一步改进使效果提升,目前50%、60%。甚至可以就是建这个电源、太阳能、风能直接拿来做电解氢,将来运到东部去解决我们的电动汽车,燃料汽车的发展问题等等。同时也是什么?也是未来假定说我们刚才讲可再生能源比例非常大,非常高,但一旦太阳遇到什么连续多少天的阴天,风连续多少天没有怎么办?那个电力系统就支撑不了了,现在的储能很好,只是解决几小时的问题,一天的波动。一个星期的波动,两个星期没有电的来源的话就不好办了。所以我们制氢,制天然气的办法就可以解决遇到特殊情况下的备用。

能源互联网。能源互联网是这样,我从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和三联供布局的电源结构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。当时有一些专家说我们的信息做不到,从这个角度来看我们的电网有天然的互联网特性。但是有很多的局限性。一个是传统电力系统不支持用户电源的即插即用,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。多能互补就管电。第三是不能实现市场化运作,服务受限。从互联网它的一些基本特性看,我们还有很多的缺陷,因此,我们就要搞能源互联网。

这是说到能源互联网是怎么回事了。我们国家能源局的文件已经说的很清楚了,这里面我们也发表过有关的文章,是这么说的。可再生能源为优先,电力能源危基础,多种能源协同,共为消费协同,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,提高可再生能源的比重等等这些功能。

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是怎么个意思。我的理解是这样,智能电网是信息技术与物理电网高度集成的电力系统。我们查了中国的电力百科全书和维基百科。这个中国的电力百科全书是我们主编的,有很多的讨论怎么是叫智能电网。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》,所以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。这个智能电网它基本上是电力系统。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?这是我的理解,也是大家讨论。给的是能源物联网+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IOT这个物联网就是世界万物互联,我们的数字信息传送进行处理,这不是目的。目的是什么?还是实现全面的感知的基础上实现智能化,所以我们叫做数据驱动的智能化,咱们一个专委会有一个数字化专委会,这个是现在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。

功能也不说了。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?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,也是要进一步的发展。所以这样两点是继承和发展。

提升和开拓还有两点。一点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。第二点,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,是新一代电力系统发展方向。这个能不能说清楚,新一代电力系统、能源互联网,智能电网能不能说清楚,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,这是大家的一个,我觉得还是一个很重要的任务。

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的能源互联网。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。

(本文根据发言嘉宾演讲速记整理,未经本人审核)

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