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新能源是全球能源互聯網的核心

  發表時間:2016年04月26日  點擊數:636 次

  當今,能源短缺,環境污染,氣侯變化已成為人類社會面臨的共同難題。因此,一場以轉變能源生產、消費方式,推動科技革命、體制改革,實現國際合作為內容的能源革命正在興起。這需要進一步發展新能源,同時實現傳統能源的清潔、高效利用。

  能源轉型需構建以新能源為主體的電力系統

  目前,可用的新能源主要有風能、太陽能、地熱能、海洋能、核能等。與此同時,世界各國還在不斷地尋求更多的新能源。1968年,美國科學家彼得?格拉賽(PeterGlaser)提出建造空間太陽能電站。他認為,在地球靜止軌道上部署一條寬度為1000米的太陽能電池陣環帶,假定其轉換效率為100%,那么它在一年中接受到的太陽輻射通量接近于地球上已知可開采石油儲量所包含的能量總和。近50年來,美國、日本、俄羅斯等國都在積極探索研究太陽能太空電站,我國這些年也在跟蹤這方面的新技術。

  在核能技術利用方面,歐盟一直支持核能的持續發展。2015年,美國和中國成功地進行了第一代核聚變裝置的放電實驗。這項技術的成功,在一定程度上為解決未來能源問題提供了可能。

  近年來,我國在能源轉型方面加快了行動步伐。一方面,發展以煤電為代表的傳統能源的高效、超凈發電技術,另一方面,促進以互聯網+為特征的新能源發展。目前,我國的能源轉型已經落實為實在的行動計劃。

  綠色低碳戰略明確提出,到2020年,我國的非化石能源占一次能源消費比重將達到15%,天然氣比重達到10%以上,煤炭消費比重控制在62%以內。而中美氣候變化聯合聲明也提出,中國計劃在2030年左右二氧化碳排放達到峰值。此外,還有火電“50355”改造,以及國家發改委、環境保護部、國家能源局聯合印發的《煤電節能減排升級與改在行動計劃》。

  2015年2月,我國風電累計并網容量首次突破1億千瓦,成為世界上第一個風電達到1億千瓦的國家,連續三年并網風電領跑全球。截至2015年年底,我國并網風電累計裝機容量達到1.29億千瓦,同比增長34.2%,占全部發電裝機容量的8.6%。

  然而,能源的變革和轉型并非一帆風順。我國的風能、太陽能發展也遇到了瓶頸,即消納難的問題。2015年,全國平均棄風率達15%,有些地區甚至高達30%。如果這一問題得不到解決,新能源的發展就無法持續。

  如何解決新能源消納難的問題?電能最大的特征是電荷不易大規模存儲。儲能作為一項重要的技術,在一定程度上能夠解決電荷存儲的問題,但目前的儲能技術還無法實現電荷大容量、大功率的存儲。因此,電力系統需要用動態的思維來考慮和解決這一問題。

  傳統電力系統是通過發電側功率的變更,來滿足用電側隨機波動的需求,從而維持能源的平衡和電力系統的安全穩定。傳統發電具有“一次能源可儲、二次能源可控”的特性。然而,對于包括風能、太陽能在內的新能源來說,無論是集中式還是分布式,最大的特征是具有間歇性、波動性及隨機性。新能源與傳統能源最大的區別是“一次能源不可儲、二次能源不可控”。隨著新能源比例越來越高,電力系統不僅需要應對隨機波動的負荷需求,還要接納不確定的電源接入,這就要求新能源作為一次能源必須實現可儲,其發出的二次能源必須實現約束可控。因此,隨著新能源逐漸成為電力系統的主體,電力系統需要在隨機波動的負荷需求與隨機波動的電源之間實現能量的供需平衡,而電力系統的結構形態、運行控制方式以及規劃建設與管理也將發生根本性變革,由此形成了以新能源電力生產、傳輸、消費為主體的新一代電力系統,即新能源電力系統。

  新技術發展推動傳統電力系統向新能源電力系統演變

  新能源電力系統從現有的、運行了一百多年的電力系統過渡而來,這是一個逐漸演變的過程。在新能源電力系統中,電源側、電網側、負荷側需要從大系統的理論和觀點來進行統一考量。首先,在電源側,包括火電在內的傳統能源,以及包括風電、太陽能在內的新能源,都應該與電網保持友好。在今后較長的一段歷史時期,將是傳統化石能源與新能源共同使用的“混合能源時代”。以煤電為代表的傳統電源將轉換角色,由過去單純的電源轉變為可以與新能源進行調節、匹配及互補的電源。傳統電源需要提高可調度性和電網友好性,從而提升調峰能力,以此來平抑風力發電、太陽能發電的隨機波動性。因此,傳統電源的彈性運行將是解決未來我國消納大規模清潔能源的根本途徑。

  我國目前建設了數量較多的超超臨界機組。然而,據統計大部分超超臨界機組在實際運行中,75%的時間處于亞臨界運行。因此,在我國火電運行小時數普遍下降的情況下,應當新建和改建一批火電調峰機組,其中60萬~100萬千瓦的超超臨界機組可進行基荷運行,30萬~60萬千瓦的機組可進行彈性運行,30萬千瓦及以下機組則通過改造實現循環啟停。這樣一來,火力發電系統將成為成體系的調峰機組系統。因此,國家對新能源發電補貼應逐漸轉變為對調峰電源(含儲能電源)的補貼。

  其次,在電網側,我國的特高壓技術實現了大容量、遠距離、高效率的輸送,解決了能源分布不均衡這個重大問題。

  最后,在負荷側,需要形成新型用電方式、建立供需系統機制。這需要通過技術手段、市場手段、價格手段來引導用戶轉變用電方式,讓他們主動參與到電網友好型的互動中,從而實現新能源電力系統的供需平衡。以可平移負荷資源利用和儲能裝置為例,電動汽車是典型的集成儲能裝置,具有交通工具和儲能電池的雙重屬性,既可以從電網受電,也可以向電網配電,能在電網運行中發揮巨大的調節作用,促進新能源消納。按照2020年規劃,我國的電動汽車將達到500萬輛,如果每輛電動汽車能提供充放電功率7千瓦,那么,500萬輛電動汽車將是一個巨大的移動儲能電站,能夠為電網提供7000萬千瓦調節容量,這相當于我國電網當前總裝機容量的5%。包括微電網在內,所有復雜的電網結構都離不開智能的調度和控制,唯有此才能實現區域內的電力平衡。

 

  隨著電源側、電網側、負荷側各項新技術的共同發展,傳統電力系統將逐步向新能源電力系統演變和邁進。未來,當非化石能源比重達到60%時,新能源將成為主導能源。這時,新能源電力系統能夠實現新能源技術和信息技術的高度融合,可以借助多源互補、源網荷協同等手段,實現電力生產、傳輸、供應與消費的網絡化、信息化與智能化。新能源電力系統不僅能夠適應可再生能源間歇性、隨機波動性特性,還能滿足電能用戶安全、便捷、可靠的用電需求。

  特高壓電網和智能電網是發展全球能源互聯網的核心

  當前,人類還處于化石能源的時代,對石油、天然氣、煤炭等化石能源的依賴度依然很高。由于資源分布不均衡,許多國家的能源資源依賴于國際能源供應。例如,石油傳輸已在全球范圍內形成了七大海上通道,天然氣傳輸也形成了一批遠距離、跨國、跨洲的輸送通道。

  未來,日益枯竭的傳統化石能源將被風能、太陽能、水能等可再生能源逐步替代。然而,全球的風能、太陽能資源同樣存在分布不均衡的問題,需要在全球范圍內實現資源的配置。新能源資源的配置只能以電能輸送的方式實現。因此,以特高壓電網和智能電網為核心的全球能源互聯網是新能源時代全球能源配置的必然選擇。

  我國特高壓發展迅速,已建成和在建特高壓工程的輸送距離達3.27萬公里。未來,如果特高壓的輸送距離能夠達到5000公里以上,那么電能配置的范圍將達到1萬公里,這相當于地球赤道周長的1/4。這為清潔能源在全球范圍內優化配置提供了強大的技術支持。

  中國提出了構建全球能源互聯網的倡議,并提出從國內互聯、跨國互聯到洲際互聯的行動計劃。我國在新能源、特高壓、智能電網等領域的基礎研究、技術開發和工程應用等方面,已經具有領先優勢,這為建設全球能源互聯網奠定了堅實的基礎。

  當前我們需要加快相關基礎理論研究,以及共性技術、標準體系的研究,建立國際合作機制,共同探討全球能源互聯網的整體架構、實現模式和路線圖,建設全球能源互聯網示范區,從而實現從局域到廣域再到全球的推廣應用。

 

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