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互聯網思維下的新一代電力系統

公司名稱:發布時間:2015-09-15瀏覽次數:682
  能源革命的主要目的,是以可再生能源逐步替代化石能源,從而實現可再生能源和核能等清潔能源在一次生產和消費中占更大的份額,從而建立可持續發展的能源系統。
  在這一條件下,電網將面臨新的使命,或者說電網的任務將發生很大的變化。
  首先,電網將成為大規模新能源電力傳輸和分配的網絡。其次,電網和分布式電源、儲能裝置、能源綜合高效利用系統有機融合,成為靈活、高效的智能能源網絡。同時,智能電網還將具有極高的供電可靠性或者功能的可靠性,基本排除大面積停電的風險。特別是隨著電網和信息通信系統的廣泛融合,進一步建成能源電力和信息綜合的全新服務體系,使智能電網承擔新的使命,發揮更大的作用。
  以電力為中心、以電網為主干
  我國國民經濟和能源電力發展面臨嚴峻的形勢。2014年,我國碳排放占全球碳排放總量的29%,位居世界第一,而化石燃料污染造成的霧霾現象也十分嚴重,大規模、高比例地開發利用可再生能源迫在眉睫。至2014年年底,我國風電和太陽能發電并網裝機達到1.2億千瓦,約占總發電量的3.2%。所占比例較小,仍難擔當大任。同時,我國總體能源利用效率低下,綜合能源效率不足40%。因此,我們亟需大幅度提高能源綜合利用效率,以減少能源消耗總量。此外,電網承受波動性,以及消納可再生能源電力的能力受限。2014年全國平均棄風率8%,三北地區都存在不同程度的棄風現象,對大規模、高比例風電、光電等可再生能源的消納問題仍然未找到經濟有效的解決途徑,這就需要尋求新的綜合能源解決方案。
  習近平主席于2014年提出推動能源消費、供給、技術和體制四大革命,以及全方位加強國際合作長期發展的戰略。中國政府莊嚴承諾,在2030年左右二氧化碳排放達到峰值。因此,在我國建立新一代能源系統,是踐行能源革命、確保能源安全、應對全球氣候變化和實現政府重任的重要舉措。
  新一代能源系統,是以電力為中心、以電網為主干的各種一次、二次能源的生產、傳輸、使用、存儲和轉換裝置,以及它們的信息、通信、控制和保護裝置直接或間接聯接的網絡化物理系統。構建新一代能源系統的目標,是最大限度地開發和利用可再生能源,最大幅度地提高能源綜合利用效率。而新一代能源系統是新形勢下第三代電網向綜合能源系統的擴展。
  與傳統能源系統比較,新一代能源系統有四個主要特征:一是實現可再生能源優先、因地制宜的多元能源結構;二是實現集中與分布并舉、相互協同的可靠能源生產和供應模式;三是實現各類能源綜合利用,以及供需互動、節約高效的用能方式;四是面向全社會,具有平臺性、商業性、服務性。
然而,建立以電力為中心、電網為主干的新一代能源系統,需要克服我國長期存在的各類能源計劃單列、條塊分割,以及缺乏有效的能源市場配置等系統性缺陷,這需要借助能源改革,重新配置資源。
  構建綜合能源解決系統
  新一代能源系統還需要包括源端、受端和傳輸等方面的科學和工程技術進行支撐。源端,特別是我國西部,需要大規模可再生能源的生產、存儲、轉化、消費整個鏈條中的系統科學、能源轉化儲存和綜合利用科學及相關工程科學技術。受端,各類分布式能源生產、儲存和需求消費中與電網緊密結合,實現高效、互補、綜合利用鏈條中的系統科學和相關工程科學技術。傳輸,以電網為主干的新型輸電、輸能方式,以及網絡構建的系統科學和新型輸電、輸能方式的工程科學技術。
  以源端能源電力系統為例,在西電東送中,要構建西部直流輸電網,實現源端綜合能源利用等。有一項正在進行的相關研究課題,以人均用電量的增長作為坐標,來預測其他能源消費在未來的發展情況。根據分析數據和計算結果顯示,到2050年,我國的人均用電量將會從目前的4000千瓦時逐步達到1萬千瓦時,在此情況下,清潔能源消費占比將有望達到60%至70%。
  根據這一情況,在西部提出西電東送的方案,實現西部的風電、太陽能、水電等可再生能源相互之間的協調,以及相互之間的補充和配合,同時,也能提高東送輸電的利用率和穩定性。而這需要依靠電網來解決西部大規模的風電、太陽能和水電的輸送,但目前這一大規模輸送還有一定的困難。因此要建立源端的綜合能源系統,將風和光轉化為氫和天然氣,將電網同燃氣管網配合起來,實現能量規模轉化和存儲,更好地利用風能和太陽能等可再生能源。將風能和太陽能轉化成其他形式的能源,也是一種很好的儲能方式。類似的一些能源轉換和儲能項目,正在源端實施,如內蒙古正在進行的風電、煤電、電解鋁的綜合系統,以及青海等地正在做的風電、光電、儲能、儲熱、供電的綜合系統,這些都能綜合解決能源的利用不充分等問題。
  在受端則要構建綜合能源系統,對受端不同供能系統進行整體上的協調、配合和優化,是實現社會用能效率最優、促進可再生能源規模化利用、實現能源可持續發展的必由之路。發展區域綜合能源供應系統,將受端的供電、供氣、供熱/冷系統進行統一規劃設計、協調優化運行,提高能源綜合利用效率,保證供能系統的安全性和自愈能力。
  互聯網思維下的電力系統
  “互聯網思維”體現在社會生產方式上的理解主要有兩點:即生產要素配置的去中心化和生產管理模式的扁平化。基于互聯網的開放、平等、協作、分享精神,各種系統生產要素配置的主要形式是去中心化,是分布式的;企業管理也會從傳統的多層次走向更加扁平、更加網絡化。
  現在,能源互聯網正為業內所熱議,但要看到,傳統的電力系統,其實已經具有網絡化的基本特征——分散的電源結構,通過大規模互聯的電力網絡,連接千家萬戶,這本身就具有網絡化的特點。電力系統終端用戶并不需要了解使用的電是從哪家電廠生產的,而是直接從電網取電,并且很早就實現了“即插即用”。而這是計算機信息系統多年奮斗才得以實現的目標。曾經有互聯網人士提到計算機網絡的形成學習自電力網絡。計算機一開始并沒有形成目前這樣的互聯網,互聯網剛剛開始時,把大的計算機資源連接起來,實現大規模科學計算用的網絡計算,之后就有了互聯網、云計算。
  然而,電力網絡有自身的短板。傳統的電力系統并不支持多種一次、二次能源之間的相互轉化和互補。電力系統集中統一管理的管理、調度、控制系統,并不能適應大規模分布式發電以及用電,同時,傳統的電力系統功能也無法支持分散化用戶充分參與到能源電力系統中,能源互聯網涉及到的很多事項,目前的電力網絡還無法適應。
  以互聯網思維建設、改造傳統電力系統,需要具備三個層次。第一個層次是多能源互聯互通,提高一次和二次能源綜合利用效率,這也是新一代能源系統的目標。第二個層次是借鑒互聯網及其擴展的網絡技術,實現即插即用、能源路由器、大數據、云計算等對能源系統特別是分布式可再生能源、微網、用戶在能源生產、消費、市場管理和服務的支持。第三個層次,就是催生能源生產、消費、服務的新業態和商業模式。這一層次電力行業過去很少考慮,而互聯網的企業很多都是在商業模式上、在服務模式上下工夫,這一點非常值得能源和電力行業學習。
  新一代能源系統的核心目標是最大限度地開發利用可再生能源,最大幅度地提高能源綜合利用效率。新一代能源系統應以電力為中心,以智能電網為主干,并涵蓋智能能源網絡,與信息技術、互聯網進行進一步廣泛融合。以互聯網思維改造傳統電力系統,是構建新一代能源系統的關鍵步驟。構建新一代能源系統需要大力推進我國能源和電力體制改革,從而更好地解決我國長期存在各類能源問題。(來源:國家電網)
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