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  • 薛禹勝:能源互聯網不是生搬硬套
  • 2015-01-14 09:06:41  發布:中國分布式能源網  來源:轉載
  • 摘要:能源是社會發展的重要物質基礎,可靠的電力供應則是現代文明的重要支持。按照發達國家的經驗,電能替代其他終端能源是改變發展模式的重要舉措。如果電能在終端能源中的占比上升1個點,能源強度將降低3.7個點。而電網是支撐電力傳輸和電力市場的物理平臺。所以能源安全離不開電網的安全。

    薛禹勝,中國工程院院士、國網電力科學院名譽院長。
    能源安全離不開電網的安全

    問:您一直致力于電網安全的研究與實踐,能源發展與電網安全的關系是怎么樣的?
    薛禹勝:能源是社會發展的重要物質基礎,可靠的電力供應則是現代文明的重要支持。按照發達國家的經驗,電能替代其他終端能源是改變發展模式的重要舉措。如果電能在終端能源中的占比上升1個點,能源強度將降低3.7個點。而電網是支撐電力傳輸和電力市場的物理平臺。所以能源安全離不開電網的安全。
    一次能源在發電廠轉化成電能,電能再通過輸配電網的傳輸到終端。在這個過程當中,我們要保證傳輸的安全性:電力系統承受可信的擾動而不崩潰的能力,以及充裕性:電力系統在擾動后仍然保持供需平衡的能力。
    在電力系統、電力市場以及參與者之間,需要一個決策支持系統;谶@樣一個思維,國網電科院開發了國際上唯一的WARMAP體系,它廣泛應用在中國省級以上的電網當中,使中國電網的安全預警技術引領了世界。
    但是目前的研究工作是在電力流設定的邊界條件之下進行研究的,所以它并沒有考慮到一次能源對這個設定邊界條件的影響,它也沒有考慮到用電模式改變以后,它對于電力流的影響。所以我們還并沒有考慮實際情況下,我們面對著能源環境的變化。
    那么為了保證真正的能源安全,我們是需要研究整個能源流,要用能源流代替單純電力流的研究。此外,為了保證環境安全,我們還要研究能源生產和能源消費對于環境的影響,也就是我們需要研究能源整個環節當中的每一個環節對環境排放的影響。
    隨著社會經濟的發展,與物理電力系統相關的外部條件環境也在不斷發生改變,有些變化會帶來很大的影響,這些影響如果不把它考慮進來,電力安全和能源安全將是很難保證的。

    大規?稍偕茉唇尤腚娋W之后的嚴峻挑戰還沒有被充分認識到
    問:可再生能源的發展,會對目前的電力系統帶來什么樣的挑戰?
    薛禹勝:目前為止,化石類能源仍然是發電的主要能源;茉醋鳛橐淮文茉,不僅受到自然資源有限的約束,并且受到環境破壞的制約,所以在未來,化石類能源的比例將會大幅下降,最終將會被可再生能源代替。
    大量的可再生能源必須先轉化為電能,才能成為終端能源。如果沒有電能在終端代替其他化石能源,可再生能源的大規模使用是不太現實的。
    但是,可再生能源轉化成電能,帶來了一些挑戰,很重要的挑戰之一,就是它的不確定性?稍偕茉幢旧砭褪遣▌拥,比如風是或大或小,并且有間歇性特征,比如在幾分鐘之內突然由很大的風速直接降到沒有風速,我們叫它是不太可控的能源。但不太可控的能源占比不大時,我們可以通過化石類能源起到備用的作用,但是當可再生能源占到50%、80%,那個時候,突然沒有風了,太陽被擋住了,那個時候我們的系統怎么來保證用戶的可靠用電呢?如果這個問題不能夠很好的解決,當然我們也有沒有辦法來保證可再生能源的替代了。
    大規模間歇性的可再生能源入網對電力充裕性的挑戰,主要體現在以下幾個方面:第一,間歇性電能的占比將持續增加。 第二,電源側的預測誤差大大超過負荷側。 第三,風電突變時刻難以準確預報。 第四,瞬時及旋轉備用的調度問題突出。 第五,影響到可再生能源發電的初衷。
    所以,在大規?稍偕茉唇尤胍院,怎么樣保證二次能源和終端能源的安全,這也是一個非常嚴重的挑戰。這一點我個人感覺還沒有被很多人所真正地認識到,因為現在注意力還是集中在電源端和用戶模式上面,但是這些問題將來會成為一個重大的問題。
    用戶行為必須納入到現有的模型研究中來
    問:終端側用電的變化,比如電動汽車的普及,會對電力系統產生如何的影響?
    薛禹勝:終端側的用電方式也會對物理電力系統產生很大的影響。在終端,用電來代替化石能源是一個不可逆轉的趨勢,并且對于環境的安全等等都是至關重要的,在這方面最主要使用的就是電動汽車。
    電動汽車還沒有在一個成熟的框架中進行全方位的研究。目前為止,包括我們政府的計劃,還是大大滯后于實際的發展。為什么?因為在電動汽車領域中,人的參與和人的行為是影響行業發展的重大因素。
    我們知道,在物理系統中做決策,都是建立于數學模型的仿真,它可以在數學模型上優化方案再需實施。如果有人參與,學術界很難提出一個很好的研究方法,能夠把人的博弈,特別是非理性的博弈,有效地考慮在我們的決策之中。在管理上面和社會學上面,我們是遠遠落后于物理上這個研究的工作,因此,怎么樣使技術上、物理上行之有效的仿真,能夠用到社會學上面,是我們一定要面臨的問題。我們在這上面進行了近十年的研究工作,也開始在國際上發表一些研究的結果。
    減排不能停留在定性語言上,一定要有定量的分析
    問:節能減排已經成為全社會的共識,電力系統與生態環境的關系又是怎樣的?
    薛禹勝:物理電力系統與生態環境,這兩者之間的關系也是一個雙向的關系。電力系統通過排放影響生態環境,而生態環境又通過災害,比如停電風險,來懲罰人類。
    在減少排放方面,除了政策上的控制,我們還應該在科學的水準上去研究這個問題。人類活動可以通過生態工程來改善生態,同時我們也通過市場機制來約束排放,那么我們要通過監測,來保證這些手段能夠達到減排的目的。我們以前只是定性地去講這個問題,只是用語言程度上去描述這個問題,但對于這么一個精細化的研究,一定需要有定量的分析。這需要在社會學、人類行為學當中找到新的研究的方法,這個是我們現在正在努力的。
    我們需要考慮到數學模型,也要考慮人類不同角色的參與者,人類的行為,在不同的環境和場景之下,是如何理性及非理性地博弈,又是如何影響最終物理系統的運行,這是很大的一個挑戰。
    為了保證以后的能源安全,我們還是需要有頂層設計
    問:生態環境將怎么通過災害影響電力系統呢?未來的隱患在哪里?
    薛禹勝:我們原來的停電防御系統是局限在電力系統內部,但是現在需要把防御戰線提前到外部系統。如果我們對自然災害的預警和決策能夠提前到它的源頭,那么就給停電防御留出更長的預警時間。如果要保證電力安全,一定要把研究范圍擴大到自然災害引起機理的演化過程當中,如果我們這個研究向前推進,那么能源的可靠性也就越能夠保證。
    總的來看,我們現在已經達到的安全程度,不足以保證今后的能源安全,而為了保證今后的能源安全,我們還是需要有一個頂層的設計。美國、歐洲、日本對能源領域都提出了頂層設計,他們提到了一個新的動向,就是能源互聯網,這是歐盟提出來,美國進行了一些研究,德國也提出了研究計劃。
    能源互聯網不能簡單套用Internet的概念
    問:最近“能源互聯網”話題非;馃,您認為“能源互聯網”的究竟是什么?
    薛禹勝:能源互聯網是一個新事物,雖然有很多的探討,但并沒有一個準確的描述方法:到底能源互聯網是什么?我個人感覺還是需要有一個討論。我的觀點也是作為一家之詞。
    能源互聯網,字面上是把IT當中“互聯網”這個詞用到能源上來講。但是現在很多文章,我認為是牽強地把互聯網的一些概念照搬到能源網上面來,這是不利于我們真正去研究能源互聯網的。
    Internet是支持信息留的計算機技術,而能源流服從的物理規律與信息流不同。能源互聯網不能簡單套用Internet的概念,而是在支撐層面上的深度融合,實現能源流的全面監控及優化。我不反對用“能源互聯網”這個詞,但我不同意把IT中的詞生搬硬套到能源領域中,不是簡單地把能源網和信息網混雜在一起。
    未來能源的核心是電力和電網
    問:您心目中的能源互聯網是什么樣的?
    薛禹勝:我心目中的能源互聯網,是由物理系統,即電網、氣網、熱力網、交通網……構成的綜合能源網。未來能源的核心是電力和電網,為了保證電力的安全,你要去研究它的方方面面:它的上游和下游,它的一次能源和終端電源,它的可再生能源對于化石類能源的替代,對我們電力安全的影響,用戶用電模式的改變怎么改變電力系統的安全性和充裕性。
    能源互聯網的要素,第一,分布式的儲能及一次能源轉換技術。第二,互聯網技術,包括分部電源、儲能、智能用電即插即用,需求側信息挖掘,等。第三,電動汽車及各種智能用電模式。第四,RES與分布式發電技術。
    我認為能源互聯網的特點有:涉及的能源種類多,可再生能源占比不斷增加;地域分散,需要互聯,共享開放;分布式微網與傳統電網的集成;適應能源體制變革,供需協調模式;自愈功能強、運行高效、環境友好。
    所謂的能源互聯網特點,在原來的智能電網里都講過了
    問:能源互聯網究竟和智能電網有什么區別?
    薛禹勝:包括我在內,我也不太分得清,能源互聯網到底和智能電網到底有什么區別?我網上查了一下,所謂能源互聯網的這些特點,在原來的智能電網理論中都講過了,所以我個人感覺,一定要搞清楚,提這個詞到底目的到底是什么?不是為了提這個詞而提這個詞。
    未來我們真正要解決的是什么呢?是當可再生能源占到80%,甚至占到100%,到那個時候,我們的電力系統和電網怎么去支撐這個環境?這是我們以前在討論智能電網時沒有正視的問題,我們需要從能源頂層設計上把這個考慮起來。
    重視以電力為主的全方位的能源安全
    問:您現在最關心的技術是什么?
    薛禹勝:對我們來講,就是要重視以電力為主的全方位的能源安全,它有賴于可再生能源,甚至到某一天,人類可能要使用80%以上都是可再生能源。一旦風沒有了,你怎么辦?我們怎么樣優化儲能來做好備用?
    人類可持續發展不僅依賴能源,還依賴經濟和環境安全,所以要保證人類的可持續發展,一定要全方位地去考慮,它們彼此之間是相互影響的,你不可能單獨的、孤立去研究某一個方面,而應該把它看成是全局的問題來研究。
     

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