能源轉(zhuǎn)型需構(gòu)建

以新能源為主體的電力系統(tǒng)

目前，可用的新能源主要有風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮�、海洋能、核能等。與此同時(shí)，世界各國還在不斷地尋求更多的新能源。1968年，美國科學(xué)家彼得•格拉賽(PeterGlaser)提出建造空間太陽能電站。他認(rèn)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(huán)帶，假定其轉(zhuǎn)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(chǔ)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(shù)。

在核能技術(shù)利用方面，歐盟一直支持核能的持續(xù)發(fā)展。2015年，美國和中國成功地進(jìn)行了第一代核聚變裝置的放電實(shí)驗(yàn)。這項(xiàng)技術(shù)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(zhuǎn)型方面加快了行動(dòng)步伐。一方面，發(fā)展以煤電為代表的傳統(tǒng)能源的高效、超凈發(fā)電技術(shù)，另一方面，促進(jìn)以互聯(lián)網(wǎng)+為特征的新能源發(fā)展。目前，我國的能源轉(zhuǎn)型已經(jīng)落實(shí)為實(shí)在的行動(dòng)計(jì)劃。

綠色低碳戰(zhàn)略明確提出，到2020年，我國的非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到15%，天然氣比重達(dá)到10%以上，煤炭消費(fèi)比重控制在62%以內(nèi)。而中美氣候變化聯(lián)合聲明也提出，中國計(jì)劃在2030年左右二氧化碳排放達(dá)到峰值。此外，還有火電“50355”改造，以及國家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部、國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改在行動(dòng)計(jì)劃》。

2015年2月，我國風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)容量首次突破1億千瓦，成為世界上第一個(gè)風(fēng)電達(dá)到1億千瓦的國家，連續(xù)三年并網(wǎng)風(fēng)電領(lǐng)跑全球。截至2015年年底，我國并網(wǎng)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到1.29億千瓦，同比增長34.2%，占全部發(fā)電裝機(jī)容量的8.6%。

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

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(guī)模存儲(chǔ)。儲(chǔ)能作為一項(xiàng)重要的技術(shù)，在一定程度上能夠解決電荷存儲(chǔ)的問題，但目前的儲(chǔ)能技術(shù)還無法實(shí)現(xiàn)電荷大容量、大功率的存儲(chǔ)。因此，電力系統(tǒng)需要用動(dòng)態(tài)的思維來考慮和解決這一問題。

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是通過發(fā)電側(cè)功率的變更，來滿足用電側(cè)隨機(jī)波動(dòng)的需求，從而維持能源的平衡和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。傳統(tǒng)發(fā)電具有“一次能源可儲(chǔ)、二次能源可控”的特性。然而，對(duì)于包括風(fēng)能、太陽能在內(nèi)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(dòng)性及隨機(jī)性。新能源與傳統(tǒng)能源最大的區(qū)別是“一次能源不可儲(chǔ)、二次能源不可控”。隨著新能源比例越來越高，電力系統(tǒng)不僅需要應(yīng)對(duì)隨機(jī)波動(dòng)的負(fù)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(shí)現(xiàn)可儲(chǔ)，其發(fā)出的二次能源必須實(shí)現(xiàn)約束可控。因此，隨著新能源逐漸成為電力系統(tǒng)的主體，電力系統(tǒng)需要在隨機(jī)波動(dòng)的負(fù)荷需求與隨機(jī)波動(dòng)的電源之間實(shí)現(xiàn)能量的供需平衡，而電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)、運(yùn)行控制方式以及規(guī)劃建設(shè)與管理也將發(fā)生根本性變革，由此形成了以新能源電力生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)為主體的新一代電力系統(tǒng)，即新能源電力系統(tǒng)。

新技術(shù)發(fā)展推動(dòng)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)

向新能源電力系統(tǒng)演變

新能源電力系統(tǒng)從現(xiàn)有的、運(yùn)行了一百多年的電力系統(tǒng)過渡而來，這是一個(gè)逐漸演變的過程。在新能源電力系統(tǒng)中，電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)需要從大系統(tǒng)的理論和觀點(diǎn)來進(jìn)行統(tǒng)一考量。首先，在電源側(cè)，包括火電在內(nèi)的傳統(tǒng)能源，以及包括風(fēng)電、太陽能在內(nèi)的新能源，都應(yīng)該與電網(wǎng)保持友好。在今后較長的一段歷史時(shí)期，將是傳統(tǒng)化石能源與新能源共同使用的“混合能源時(shí)代”。以煤電為代表的傳統(tǒng)電源將轉(zhuǎn)換角色，由過去單純的電源轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢耘c新能源進(jìn)行調(diào)節(jié)、匹配及互補(bǔ)的電源。傳統(tǒng)電源需要提高可調(diào)度性和電網(wǎng)友好性，從而提升調(diào)峰能力，以此來平抑風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電的隨機(jī)波動(dòng)性。因此，傳統(tǒng)電源的彈性運(yùn)行將是解決未來我國消納大規(guī)模清潔能源的根本途徑。

我國目前建設(shè)了數(shù)量較多的超超臨界機(jī)組。然而，據(jù)統(tǒng)計(jì)大部分超超臨界機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中，75%的時(shí)間處于亞臨界運(yùn)行。因此，在我國火電運(yùn)行小時(shí)數(shù)普遍下降的情況下，應(yīng)當(dāng)新建和改建一批火電調(diào)峰機(jī)組，其中60萬～100萬千瓦的超超臨界機(jī)組可進(jìn)行基荷運(yùn)行，30萬～60萬千瓦的機(jī)組可進(jìn)行彈性運(yùn)行，30萬千瓦及以下機(jī)組則通過改造實(shí)現(xiàn)循環(huán)啟停。這樣一來，火力發(fā)電系統(tǒng)將成為成體系的調(diào)峰機(jī)組系統(tǒng)。因此，國家對(duì)新能源發(fā)電補(bǔ)貼應(yīng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)調(diào)峰電源(含儲(chǔ)能電源)的補(bǔ)貼。

其次，在電網(wǎng)側(cè)，我國的特高壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)了大容量、遠(yuǎn)距離、高效率的輸送，解決了能源分布不均衡這個(gè)重大問題。

最后，在負(fù)荷側(cè)，需要形成新型用電方式、建立供需系統(tǒng)機(jī)制。這需要通過技術(shù)手段、市場手段、價(jià)格手段來引導(dǎo)用戶轉(zhuǎn)變用電方式，讓他們主動(dòng)參與到電網(wǎng)友好型的互動(dòng)中，從而實(shí)現(xiàn)新能源電力系統(tǒng)的供需平衡。以可平移負(fù)荷資源利用和儲(chǔ)能裝置為例，電動(dòng)汽車是典型的集成儲(chǔ)能裝置，具有交通工具和儲(chǔ)能電池的雙重屬性，既可以從電網(wǎng)受電，也可以向電網(wǎng)配電，能在電網(wǎng)運(yùn)行中發(fā)揮巨大的調(diào)節(jié)作用，促進(jìn)新能源消納。按照2020年規(guī)劃，我國的電動(dòng)汽車將達(dá)到500萬輛，如果每輛電動(dòng)汽車能提供充放電功率7千瓦，那么，500萬輛電動(dòng)汽車將是一個(gè)巨大的移動(dòng)儲(chǔ)能電站，能夠?yàn)殡娋W(wǎng)提供7000萬千瓦調(diào)節(jié)容量，這相當(dāng)于我國電網(wǎng)當(dāng)前總裝機(jī)容量的5%。包括微電網(wǎng)在內(nèi)，所有復(fù)雜的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)都離不開智能的調(diào)度和控制，唯有此才能實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的電力平衡。

隨著電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)各項(xiàng)新技術(shù)的共同發(fā)展，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)將逐步向新能源電力系統(tǒng)演變和邁進(jìn)。未來，當(dāng)非化石能源比重達(dá)到60%時(shí)，新能源將成為主導(dǎo)能源。這時(shí)，新能源電力系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)新能源技術(shù)和信息技術(shù)的高度融合，可以借助多源互補(bǔ)、源網(wǎng)荷協(xié)同等手段，實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)、傳輸、供應(yīng)與消費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)化、信息化與智能化。新能源電力系統(tǒng)不僅能夠適應(yīng)可再生能源間歇性、隨機(jī)波動(dòng)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(wǎng)和智能電網(wǎng)

是發(fā)展全球能源互聯(lián)網(wǎng)的核心

當(dāng)前，人類還處于化石能源的時(shí)代，對(duì)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(yīng)。例如，石油傳輸已在全球范圍內(nèi)形成了七大海上通道，天然氣傳輸也形成了一批遠(yuǎn)距離、跨國、跨洲的輸送通道。

未來，日益枯竭的傳統(tǒng)化石能源將被風(fēng)能、太陽能、水能等可再生能源逐步替代。然而，全球的風(fēng)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(nèi)實(shí)現(xiàn)資源的配置。新能源資源的配置只能以電能輸送的方式實(shí)現(xiàn)。因此，以特高壓電網(wǎng)和智能電網(wǎng)為核心的全球能源互聯(lián)網(wǎng)是新能源時(shí)代全球能源配置的必然選擇。

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

中國提出了構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的倡議，并提出從國內(nèi)互聯(lián)、跨國互聯(lián)到洲際互聯(lián)的行動(dòng)計(jì)劃。我國在新能源、特高壓、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)和工程應(yīng)用等方面，已經(jīng)具有領(lǐng)先優(yōu)勢，這為建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

當(dāng)前我們需要加快相關(guān)基礎(chǔ)理論研究，以及共性技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)體系的研究，建立國際合作機(jī)制，共同探討全球能源互聯(lián)網(wǎng)的整體架構(gòu)、實(shí)現(xiàn)模式和路線圖，建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)從局域到廣域再到全球的推廣應(yīng)用。(國家電網(wǎng)雜志)