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  • 薛禹胜:能源互联网不是生搬硬套
  • 2015-01-14 09:06:41  发布:中国分布式能源网  来源:转载
  • 摘要:能源是社会发展的重要物质基础,可靠的电力供应则是现代文明的重要支持。按照发达国家的经验,电能替代其他终端能源是改变发展模式的重要举措。如果电能在终端能源中的占比上升1个点,能源强度将降低3.7个点。而电网是支撑电力传输和电力市场的物理平台。所以能源安全离不开电网的安全。

    薛禹胜,中国工程院院士、国网电力科学院名誉院长。
    能源安全离不开电网的安全

    问:您一直致力于电网安全的研究与实践,能源发展与电网安全的关系是怎么样的?
    薛禹胜:能源是社会发展的重要物质基础,可靠的电力供应则是现代文明的重要支持。按照发达国家的经验,电能替代其他终端能源是改变发展模式的重要举措。如果电能在终端能源中的占比上升1个点,能源强度将降低3.7个点。而电网是支撑电力传输和电力市场的物理平台。所以能源安全离不开电网的安全。
    一次能源在发电厂转化成电能,电能再通过输配电网的传输到终端。在这个过程当中,我们要保证传输的安全性:电力系统承受可信的扰动而不崩溃的能力,以及充裕性:电力系统在扰动后仍然保持供需平衡的能力。
    在电力系统、电力市场以及参与者之间,需要一个决策支持系统。基于这样一个思维,国网电科院开发了国际上唯一的WARMAP体系,它广泛应用在中国省级以上的电网当中,使中国电网的安全预警技术引领了世界。
    但是目前的研究工作是在电力流设定的边界条件之下进行研究的,所以它并没有考虑到一次能源对这个设定边界条件的影响,它也没有考虑到用电模式改变以后,它对于电力流的影响。所以我们还并没有考虑实际情况下,我们面对着能源环境的变化。
    那么为了保证真正的能源安全,我们是需要研究整个能源流,要用能源流代替单纯电力流的研究。此外,为了保证环境安全,我们还要研究能源生产和能源消费对于环境的影响,也就是我们需要研究能源整个环节当中的每一个环节对环境排放的影响。
    随着社会经济的发展,与物理电力系统相关的外部条件环境也在不断发生改变,有些变化会带来很大的影响,这些影响如果不把它考虑进来,电力安全和能源安全将是很难保证的。

    大规模可再生能源接入电网之后的严峻挑战还没有被充分认识到
    问:可再生能源的发展,会对目前的电力系统带来什么样的挑战?
    薛禹胜:目前为止,化石类能源仍然是发电的主要能源。化石能源作为一次能源,不仅受到自然资源有限的约束,并且受到环境破坏的制约,所以在未来,化石类能源的比例将会大幅下降,最终将会被可再生能源代替。
    大量的可再生能源必须先转化为电能,才能成为终端能源。如果没有电能在终端代替其他化石能源,可再生能源的大规模使用是不太现实的。
    但是,可再生能源转化成电能,带来了一些挑战,很重要的挑战之一,就是它的不确定性。可再生能源本身就是波动的,比如风是或大或小,并且有间歇性特征,比如在几分钟之内突然由很大的风速直接降到没有风速,我们叫它是不太可控的能源。但不太可控的能源占比不大时,我们可以通过化石类能源起到备用的作用,但是当可再生能源占到50%、80%,那个时候,突然没有风了,太阳被挡住了,那个时候我们的系统怎么来保证用户的可靠用电呢?如果这个问题不能够很好的解决,当然我们也有没有办法来保证可再生能源的替代了。
    大规模间歇性的可再生能源入网对电力充裕性的挑战,主要体现在以下几个方面:第一,间歇性电能的占比将持续增加。 第二,电源侧的预测误差大大超过负荷侧。 第三,风电突变时刻难以准确预报。 第四,瞬时及旋转备用的调度问题突出。 第五,影响到可再生能源发电的初衷。
    所以,在大规模可再生能源接入以后,怎么样保证二次能源和终端能源的安全,这也是一个非常严重的挑战。这一点我个人感觉还没有被很多人所真正地认识到,因为现在注意力还是集中在电源端和用户模式上面,但是这些问题将来会成为一个重大的问题。
    用户行为必须纳入到现有的模型研究中来
    问:终端侧用电的变化,比如电动汽车的普及,会对电力系统产生如何的影响?
    薛禹胜:终端侧的用电方式也会对物理电力系统产生很大的影响。在终端,用电来代替化石能源是一个不可逆转的趋势,并且对于环境的安全等等都是至关重要的,在这方面最主要使用的就是电动汽车。
    电动汽车还没有在一个成熟的框架中进行全方位的研究。目前为止,包括我们政府的计划,还是大大滞后于实际的发展。为什么?因为在电动汽车领域中,人的参与和人的行为是影响行业发展的重大因素。
    我们知道,在物理系统中做决策,都是建立于数学模型的仿真,它可以在数学模型上优化方案再需实施。如果有人参与,学术界很难提出一个很好的研究方法,能够把人的博弈,特别是非理性的博弈,有效地考虑在我们的决策之中。在管理上面和社会学上面,我们是远远落后于物理上这个研究的工作,因此,怎么样使技术上、物理上行之有效的仿真,能够用到社会学上面,是我们一定要面临的问题。我们在这上面进行了近十年的研究工作,也开始在国际上发表一些研究的结果。
    减排不能停留在定性语言上,一定要有定量的分析
    问:节能减排已经成为全社会的共识,电力系统与生态环境的关系又是怎样的?
    薛禹胜:物理电力系统与生态环境,这两者之间的关系也是一个双向的关系。电力系统通过排放影响生态环境,而生态环境又通过灾害,比如停电风险,来惩罚人类。
    在减少排放方面,除了政策上的控制,我们还应该在科学的水准上去研究这个问题。人类活动可以通过生态工程来改善生态,同时我们也通过市场机制来约束排放,那么我们要通过监测,来保证这些手段能够达到减排的目的。我们以前只是定性地去讲这个问题,只是用语言程度上去描述这个问题,但对于这么一个精细化的研究,一定需要有定量的分析。这需要在社会学、人类行为学当中找到新的研究的方法,这个是我们现在正在努力的。
    我们需要考虑到数学模型,也要考虑人类不同角色的参与者,人类的行为,在不同的环境和场景之下,是如何理性及非理性地博弈,又是如何影响最终物理系统的运行,这是很大的一个挑战。
    为了保证以后的能源安全,我们还是需要有顶层设计
    问:生态环境将怎么通过灾害影响电力系统呢?未来的隐患在哪里?
    薛禹胜:我们原来的停电防御系统是局限在电力系统内部,但是现在需要把防御战线提前到外部系统。如果我们对自然灾害的预警和决策能够提前到它的源头,那么就给停电防御留出更长的预警时间。如果要保证电力安全,一定要把研究范围扩大到自然灾害引起机理的演化过程当中,如果我们这个研究向前推进,那么能源的可靠性也就越能够保证。
    总的来看,我们现在已经达到的安全程度,不足以保证今后的能源安全,而为了保证今后的能源安全,我们还是需要有一个顶层的设计。美国、欧洲、日本对能源领域都提出了顶层设计,他们提到了一个新的动向,就是能源互联网,这是欧盟提出来,美国进行了一些研究,德国也提出了研究计划。
    能源互联网不能简单套用Internet的概念
    问:最近“能源互联网”话题非常火热,您认为“能源互联网”的究竟是什么?
    薛禹胜:能源互联网是一个新事物,虽然有很多的探讨,但并没有一个准确的描述方法:到底能源互联网是什么?我个人感觉还是需要有一个讨论。我的观点也是作为一家之词。
    能源互联网,字面上是把IT当中“互联网”这个词用到能源上来讲。但是现在很多文章,我认为是牵强地把互联网的一些概念照搬到能源网上面来,这是不利于我们真正去研究能源互联网的。
    Internet是支持信息留的计算机技术,而能源流服从的物理规律与信息流不同。能源互联网不能简单套用Internet的概念,而是在支撑层面上的深度融合,实现能源流的全面监控及优化。我不反对用“能源互联网”这个词,但我不同意把IT中的词生搬硬套到能源领域中,不是简单地把能源网和信息网混杂在一起。
    未来能源的核心是电力和电网
    问:您心目中的能源互联网是什么样的?
    薛禹胜:我心目中的能源互联网,是由物理系统,即电网、气网、热力网、交通网……构成的综合能源网。未来能源的核心是电力和电网,为了保证电力的安全,你要去研究它的方方面面:它的上游和下游,它的一次能源和终端电源,它的可再生能源对于化石类能源的替代,对我们电力安全的影响,用户用电模式的改变怎么改变电力系统的安全性和充裕性。
    能源互联网的要素,第一,分布式的储能及一次能源转换技术。第二,互联网技术,包括分部电源、储能、智能用电即插即用,需求侧信息挖掘,等。第三,电动汽车及各种智能用电模式。第四,RES与分布式发电技术。
    我认为能源互联网的特点有:涉及的能源种类多,可再生能源占比不断增加;地域分散,需要互联,共享开放;分布式微网与传统电网的集成;适应能源体制变革,供需协调模式;自愈功能强、运行高效、环境友好。
    所谓的能源互联网特点,在原来的智能电网里都讲过了
    问:能源互联网究竟和智能电网有什么区别?
    薛禹胜:包括我在内,我也不太分得清,能源互联网到底和智能电网到底有什么区别?我网上查了一下,所谓能源互联网的这些特点,在原来的智能电网理论中都讲过了,所以我个人感觉,一定要搞清楚,提这个词到底目的到底是什么?不是为了提这个词而提这个词。
    未来我们真正要解决的是什么呢?是当可再生能源占到80%,甚至占到100%,到那个时候,我们的电力系统和电网怎么去支撑这个环境?这是我们以前在讨论智能电网时没有正视的问题,我们需要从能源顶层设计上把这个考虑起来。
    重视以电力为主的全方位的能源安全
    问:您现在最关心的技术是什么?
    薛禹胜:对我们来讲,就是要重视以电力为主的全方位的能源安全,它有赖于可再生能源,甚至到某一天,人类可能要使用80%以上都是可再生能源。一旦风没有了,你怎么办?我们怎么样优化储能来做好备用?
    人类可持续发展不仅依赖能源,还依赖经济和环境安全,所以要保证人类的可持续发展,一定要全方位地去考虑,它们彼此之间是相互影响的,你不可能单独的、孤立去研究某一个方面,而应该把它看成是全局的问题来研究。
     

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