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互联网思维:新一代电力系统

2015-08-19 00:12
天堂的苦涩
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  能源革命的主要目的,是以可再生能源逐步替代化石能源,从而实现可再生能源和核能等清洁能源在一次生产和消费中占更大的份额,从而建立可持续发展的能源系统。

  在这一条件下,电网将面临新的使命,或者说电网的任务将发生很大的变化。

  首先,电网将成为大规模新能源电力传输和分配的网络。其次,电网和分布式电源、储能装置、能源综合高效利用系统有机融合,成为灵活、高效的智能能源网络。同时,智能电网还将具有极高的供电可靠性或者功能的可靠性,基本排除大面积停电的风险。特别是随着电网和信息通信系统的广泛融合,进一步建成能源电力和信息综合的全新服务体系,使智能电网承担新的使命,发挥更大的作用。

  以电力为中心、以电网为主干

  我国国民经济和能源电力发展面临严峻的形势。2014年,我国碳排放占全球碳排放总量的29%,位居世界第一,而化石燃料污染造成的雾霾现象也十分严重,大规模、高比例地开发利用可再生能源迫在眉睫。至2014年年底,我国风电和太阳能发电并网装机达到1.2亿千瓦,约占总发电量的3.2%。所占比例较小,仍难担当大任。同时,我国总体能源利用效率低下,综合能源效率不足40%。因此,我们亟需大幅度提高能源综合利用效率,以减少能源消耗总量。此外,电网承受波动性,以及消纳可再生能源电力的能力受限。2014年全国平均弃风率8%,三北地区都存在不同程度的弃风现象,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经济有效的解决途径,这就需要寻求新的综合能源解决方案。

  习近平主席于2014年提出推动能源消费、供给、技术和体制四大革命,以及全方位加强国际合作长期发展的战略。中国政府庄严承诺,在2030年左右二氧化碳排放达到峰值。因此,在我国建立新一代能源系统,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重任的重要举措。

  新一代能源系统,是以电力为中心、以电网为主干的各种一次、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联接的网络化物理系统。构建新一代能源系统的目标,是最大限度地开发和利用可再生能源,最大幅度地提高能源综合利用效率。而新一代能源系统是新形势下第三代电网向综合能源系统的扩展。

  与传统能源系统比较,新一代能源系统有四个主要特征:一是实现可再生能源优先、因地制宜的多元能源结构;二是实现集中与分布并举、相互协同的可靠能源生产和供应模式;三是实现各类能源综合利用,以及供需互动、节约高效的用能方式;四是面向全社会,具有平台性、商业性、服务性。

  然而,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,以及缺乏有效的能源市场配置等系统性缺陷,这需要借助能源改革,重新配置资源。

  构建综合能源解决系统

  新一代能源系统还需要包括源端、受端和传输等方面的科学和工程技术进行支撑。源端,特别是我国西部,需要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。受端,各类分布式能源生产、储存和需求消费中与电网紧密结合,实现高效、互补、综合利用链条中的系统科学和相关工程科学技术。传输,以电网为主干的新型输电、输能方式,以及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。

  以源端能源电力系统为例,在西电东送中,要构建西部直流输电网,实现源端综合能源利用等。有一项正在进行的相关研究课题,以人均用电量的增长作为坐标,来预测其他能源消费在未来的发展情况。根据分析数据和计算结果显示,到2050年,我国的人均用电量将会从目前的4000千瓦时逐步达到1万千瓦时,在此情况下,清洁能源消费占比将有望达到60%至70%。

  根据这一情况,在西部提出西电东送的方案,实现西部的风电、太阳能、水电等可再生能源相互之间的协调,以及相互之间的补充和配合,同时,也能提高东送输电的利用率和稳定性。而这需要依靠电网来解决西部大规模的风电、太阳能和水电的输送,但目前这一大规模输送还有一定的困难。因此要建立源端的综合能源系统,将风和光转化为氢和天然气,将电网同燃气管网配合起来,实现能量规模转化和存储,更好地利用风能和太阳能等可再生能源。将风能和太阳能转化成其他形式的能源,也是一种很好的储能方式。类似的一些能源转换和储能项目,正在源端实施,如内蒙古正在进行的风电、煤电、电解铝的综合系统,以及青海等地正在做的风电、光电、储能、储热、供电的综合系统,这些都能综合解决能源的利用不充分等问题。

  在受端则要构建综合能源系统,对受端不同供能系统进行整体上的协调、配合和优化,是实现社会用能效率最优、促进可再生能源规模化利用、实现能源可持续发展的必由之路。发展区域综合能源供应系统,将受端的供电、供气、供热/冷系统进行统一规划设计、协调优化运行,提高能源综合利用效率,保证供能系统的安全性和自愈能力。

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