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當前,我國在能源領域面臨著多方挑戰。特別是進入本世紀后,能源消費增長迅速,能源消費總量從2000年不足14億噸標準煤,增長到2014年的38.4億噸標準煤,雖然近年來增長率有所下降,但年平均增長率依舊達到7.4%。按照這種趨勢,未來我國能源消費量將超過社會的承載能力。同時,我國的能源結構仍然以煤炭為主,這給我們的環境帶來了一系列問題,污染、霧霾等問題突出,不符合當前國際能源的多元化、低碳化發展趨勢,而目前清潔能源的消納又存在諸多限制。因此,能源領域從生產到消費的重大變革勢在必行。
能源變革的關鍵點
能源變革應該摒棄“點式改革”的傳統思路,尋求能源領域從能源體制、能源技術到能源生產供應,再到能源消費的多方面、多維度、多環節的“鏈式改革”,從而保障能源變革的整體性、全面性和系統性。當然,變革要有輕有重、有先有后、有緩有急,對于每個環節,都要突出變革的關鍵點。
能源體制變革的關鍵點在于協調好市場和政府“兩只手”的作用,構建有效競爭的市場體系。
轉變政府監管方式(突出監管的高度、廣度、深度、效度);深化電力體制改革。
能源技術變革的關鍵點:能源互聯網技術、新能源電力系統技術、需求響應技術。
能源生產和供應體系變革的關鍵點:促進清潔能源經濟有效地消納,建立多元能源供應體系。
能源消費模式變革的關鍵點:高效化的用能效率、個性化的用能方式、智能化的用能技術、多元化的用能選擇。
能源變革目前面臨的問題
問題一:清潔能源消納問題。近年來,西南基地“棄水”和“三北”基地“棄風”、“棄光”問題比較嚴重。主要表現在:
“西南”基地和“三北”基地就地消納能力有限;
可再生能源外送困難;
可再生能源發電所需要的調峰電源不配套;
可再生能源電力補貼資金缺口以及可再生能源電價附加壓力較大。
然而,目前可再生能源的規劃,尤其是風電和太陽能發電的規劃更多地是以自然資源論來確定,對于消納市場在哪兒、怎么上網、如何消納等問題考慮不足。如果在能源變革、電力體制改革以及“十三五”能源規劃中,不能很好地解決這個問題,那么我國能源革命的目標就很難實現。
問題二:燃煤發電定位問題。一方面,隨著電力需求放緩,我國發電機組利用小時將呈下降態勢;同時,國家為防治大氣污染而嚴格控制煤炭消費(東部已實行煤炭減量替代政策),環境治理力度加大。另一方面,據統計,已核準和“發路條”火電項目的發電能力已超過“十三五”新增電力需求。上述兩種不匹配的情況,使得煤電定位模糊化。煤電是實現近零排放之后繼續上大容量擔任基荷?還是要上具有調峰能力的合適容量的燃煤發電機組來支撐大規模風電和光伏發電多發滿發?未來的電源結構中煤電應該處于什么位置?
問題三:能源消費模式問題。我國傳統電力發展基本遵循“擴張保供”的思路,單純增加發電裝機和輸配電容量來滿足日益增長的用電需求。在這種模式下,能源消費方式單一,需求側資源的作用沒有體現。近年來,隨著市場化改革的推進以及需求響應技術、能源互聯網技術等新興技術的不斷革新,需求側可以挖掘的潛在資源也越來越多。
然而,當前存在的問題是:
尚未形成多元化的終端能源消費模式,缺少市場手段來充分挖掘需求側資源;
缺乏需求響應技術平臺,無法實現用戶自由選擇能源種類和能源供應商。
上述問題也是實現前面所提的“用能效率高效化、用能方式個性化、用能技術智能化、用能選擇多元化”能源變革目標的最大障礙之一。
能源革命的著力點
著力點之一:電力體制改革、“十三五”規劃――軟平臺
電力體制改革:在電力體制改革方面,要加快市場化改革進程,建立健全電力輔助服務市場以及容量市場,讓燃煤發電從輔助服務市場上“掙大錢”,而在電能市場上只能“掙小錢”,并凸顯需求響應資源的潛在價值,從而實現電力市場中多種能源、資源間的功能互補和價值匹配,為能源變革提供所需的市場環境。
“十三五”規劃:在“十三五”能源規劃方面,要強化能源統一規劃,通過合理安排清潔能源發電與傳統燃煤發電的組合優化,基于最大限度利用清潔能源的基本目標來配備燃煤發電機組的調峰容量,利用傳統化石能源發電的可調控性、靈活性來彌補清潔能源的間歇性、波動性,從而促進清潔能源電力的高效消納。
著力點之二:能源互聯網――硬平臺
能源互聯網與能源技術變革的關系/結合點:廣域電力網絡互聯技術;多能源融合與儲能技術;能源路由器技術;用戶側自動響應技術;電動交通及其與電網的交互技術。
能源互聯網與能源生產變革的關系/結合點:新型能源生產商業模式;降低能源市場的準入門檻;能源消費者可以同時成為能源生產者。
這樣的場景,已經在歐洲很多地方出現,也是《第三次工業革命》的作者杰里米·里夫金所預言的:從現在起25年,數百萬的建筑包括家庭住房、辦公場所、大型商場、工業技術園區將會一物兩用:即可作為發電廠,也可以作為住所。
未來,能源可能像信息一樣,由你我在家里、工廠、辦公室生產,并在能源互聯網上與所有人共享。
聯動的力量
自18世紀以來的200年里,燃燒煤炭、石油、天然氣極大推動了人類工業化的進程。但隨著化石能源越來越少、價格攀升、環境污染加劇,人類正在思考如何將取之不盡的太陽能、風能、地熱能等可再生能源進行充分利用,以達到真正可持續發展的目的。
而我們現在所說的這些可再生能源,并不是平均分布在地球的每一個角落,如何讓地球人都能分享到這些能源,杰里米·里夫金提出了能源互聯網的概念,“就像使用wifi一樣,通過互聯網和能源的結合,我們可以很方便地進行能源共享。當地球的一半處于黑夜時,其富余的能源可以通過互聯網智能地轉移到處于白晝的另一個半球。
全球變暖的潛在災難不得不讓很多人開始反思人類所走過的歷程,地球生物圈就像一個各部分不可分割的有機統一體,如果人類與其他形式的生命有力地交織在一起,形成共生共存的復雜關系,那么,我們都依賴于整個有機體,并要對其健康負責。履行這種責任就意味著我們在各自的社區生活過程中都要努力促進更大的生物圈的總體健康。
在展示新的生物圈概念上,羅馬制定了一項40年期的總體規劃,羅馬的生物圈由三個同心圓組成;內圈包括具有歷史意義的核心區和居民區,市中心有許多開放的工業區和商業圈;工業區和商業圈之外,形成農村地區,圍繞著大都市。
這種生物圈模型注重不同區域之間的連接性,將周圍的農業地區同商業區、歷史核心區和住宅區恰到好處地連接起來,當地居民可以利用可再生能源發電,然后通過便捷的電網輸送到各個地區。市中心將進行整修,以保證空間的開放性和道路的暢通無阻。
按照設計方案,工商業區將被設計成有著大片綠色空間的工作區域,該區的建筑是無碳大樓和工廠,它們使用的能源都是當地生產的可再生能源,而且集中供暖、集中供電,其他能源也是通過一體化的設備集中提供。
類似的工業園區已經在其他國家創建并開始運營。在西班牙,斯卡瓦爾卡科技園坐落在比利牛斯山脈的山谷中,是眾多新興工業園區中的一個典型。這些工業園區為幾乎所有的生產活動提供可再生能源。斯卡瓦爾卡目前有十幾棟辦公樓已經投入運營,在這里開展業務的都是一些主流的高科技公司,包括微軟、沃達豐和其他信息通信技術公司以及可再生能源公司。
從目前看,歐洲在這方面走在了前面,歐洲將自己的未來系于綠色能源,以太陽能為主的大型發電園區及風力發電廠已經開始在歐洲能源豐富的地方涌現。根據歐盟的計劃,到2020年,歐洲獲得的電力中將有20%來自可再生能源,到2030年這一比例將達到30%。
中國的優勢
杰里米·里夫金指出,中國在不遠的將來很可能取代歐盟,在某些特定技術領域取得領先地位,因為中國已經開始重視可再生能源的開發建設。但是,中國還沒有完全理解將所有可再生能源連接起來形成整體互動系統給社會帶來的巨大影響。
事實上,中國的一些企業已經認識到能源聯動的力量,并不乏能源變革的實踐者。新奧集團董事局主席王玉鎖就提出了“現代能源體系”理念,并與西門子的智能電網技術合作,在青島中德生態園中實施了泛能網技術,將太陽能、風能、水資源、地熱、生物能等分散的可再生能源收集起來,通過智能網絡進行整合、分配,最大限度地實現能源的有效利用并維持經濟的高效、可持續發展。
在園區內,每一個建筑既是用能單位,又是產能單位,園區的綠色建筑、能源、土地等規劃被整體考慮,最終整體園區的萬元GDP能耗將控制在0.23噸標煤/萬元。
新奧自主創新的泛能網技術,不僅可以將一個區域內可以利用的天然氣、風能、太陽能、地熱、潮汐等多種能源進行綜合利用,更能以智能化的調配方式,實現不同能源的優勢互補,同時還可以根據客戶的不同需求,利用智能化的手段,實現對能源的梯級利用,滿足不同企業之間的能源需求調配和互補。
不僅是新奧,國內越來越多的能源企業已經意識到能源變革時代的到來,開始加深以客戶為導向的產、學、研聯動和跨產業聯合。如中石油、南方電網等能源企業與中移動共同建設智能電網,中移動將成立專業化的運營公司重點發展這一領域;華為也提出了數字能源解決方案,并與包括“三巨頭”在內的國內企業在能源項目上進行合作;阿里巴巴也開始由電子商務涉足云數據平臺的搭建與開發。
關鍵詞:全球能源互聯網;信息通信技術;節能環保
全球能源互聯網的創建是中國2050年計劃中的內容,改變了傳統的能源發展觀念,是中國政府積極應對氣候變化所提出的倡議,借此來推動綠色、清潔的發展方式,以此來滿足全球的電力需求。當前時代背景下,能源消耗問題已引起廣泛的關注,尤其是在全球化趨勢下,全球能源互聯網對于解決能源問題、保護自然環境均有著十分積極的作用。而信息通信技術是全球能源互聯網建立的基礎條件,將全球能源網絡相連接,在這一背景下,需要圍繞全球能源互聯網中的信息通信技術展開探究,而這對于全球能源互聯網的發展有著十分積極的意義。
1能源互聯網的信息通信技術框架
全球能源互聯網綜合應用信息通信技術、電力技術、智能技術,并且在分布式能量采集設備、儲存設備以及不同的負載設備之間建立連接,通過這樣的方式,達到能量雙向互動、能量交換與共享的效果[1]。實際上,能源互聯網是能源、網絡、人力等不同方面共同參與其中的平臺,以交互的方式來滿足用戶對于能源的需求,充分發揮出能源的價值。而信息通信技術則是支撐全球能源互聯網建立的條件,能夠將電網創建成為更加復雜、豐富的系統,利用云計算、大數據、人工智能等先進的技術為全球能源互聯網的建成奠定了堅實的基礎。
2支撐全球能源互聯網的信息通信技術分析
2.1信息物理融合系統
信息物理融合系統(GCPS)是融合物理世界感知、計算、控制以及通信能力的系統。GCPS是對CPS理論的進一步深化,并且GCPS對電力系統的基本特點進行了充分的考量[2]。因此,智能電網的構成包括數據采集、計算以及電氣等設備,同時電網、通信網之間存在實體互聯的情況,由認知、控制、信息空間、轉換以及連接等多個層面構成,實際上,這也表明了GCPS能夠深度融合信息流與電力流,構成完整的系統發揮作用。在全球能源互聯網的未來發展中,GCPS也發揮著至關重要的作用,承擔起電網的決策、計算以及控制功能的創建任務,將電網物理、信息空間進行充分的結合,并且進行不斷的互動,從而能夠進一步開發全新的功能[3]。在這一情況下,電網的各方面能力都能夠得到質的提升,其運行過程的安全性更強,數據計算處理的效率更高,信息的感知與傳送能力更加迅速,使得電網的整體功能效率提升,同時也更加側重于滿足市場需求,提供高質量的服務。
2.2感知控制技術
全球能源互聯網環境下設置有不同類型的分布式設備,其規模較大,設備數量眾多,周圍環境較為復雜,而這些設備的正常運行有著較為嚴格的標準與條件,要求具備高度敏銳的感知能力、全程化檢測運行狀態的能力、高精準度的操作能力等。因此,感知控制技術應用了全新型的傳感器、傳感網絡技術,同時應用了智能芯片技術,具有自主控制能力,在此過程中使用了光學電流互感器、電壓互感器、傳感器、微電源、電網專用芯片等不同類型的設備與技術,實現在復雜環境下的運行[4]。集成了多種技術手段的感知控制技術,能夠在電網運行過程中對電路、設備以及環境進行全面感知以及全程化的檢測,并且進行智能化信息收集,通過這樣的方式,對設備的監測更加全方位,且操作更加快捷方便,其精準度更高,有助于智能化電網運行機制的創建。
2.3數據集成技術
全球能源互聯網意味著其覆蓋面積大,能夠滿足實際范圍內用戶對于電力的需求,積極回應客戶的要求,所處理的信息類型較為豐富,并且信息數量巨大,在這一情況下就對數據信息的處理水平提出了要求,從而才能夠保證信息存儲、處理以及配置的效力。而數據集成技術實際上就是將各個軟件、硬件中所存儲的信息進行統一、集成化的處理,打破信息限制,保證平臺內的信息共享,其中信息空間、云計算等技術手段得到了充分的使用[5]。其中云計算技術實際上是對軟件、硬件以及應用系統的廣義硬件資源進行物理整合,并且對數據資源進行統一的管理與配置。在使用的過程中位置、容量等資源形態對正常使用并不會產生干擾,其使用的效率更高,資源的應有價值得到充分發揮。例如,在信息數據存儲過程中,利用云計算技術能將大容量的信息全部存儲在數據庫當中,省去了用戶安轉硬盤的過程,設備成本投入得到降低,同時用戶進行安全認證后,即可保存數據信息,電力數據的安全性更高。
2.4通信傳輸技術
全球能源互聯網的形成對通信傳輸、接收水平均提出了較為嚴格的標準,針對這一情況,通信傳輸技術當中使用了軟件定義網絡、遠距離大容量光通信、終端通信接入等多種技術手段,同時利用無線通信與地面通信進行結合,建立協同化的通信網絡系統。全球能源互聯網的創建中,特高壓電網屬于骨干網架,處于十分關鍵的位置,為了能夠實現全球能源互聯網的目標,達到跨越上千公里以上距離的電力傳輸效果,必須要制訂跨越不同區域的長距離光通信網絡技術規劃,進行高特壓的聯網。因此,在全球能源互聯的創建過程中,普通的光纖遠遠無法達到實際應用的標準,而是要應用超低損耗類型的光纖,以此來降低耗損,并且也更加適合應用在速率高、電容量大以及距離相對較遠的電網工程之中,實際上該類型的光纖已在青藏直流聯網建設中得到應用。在全球能源互聯網的未來發展進程中,能源互聯網通信系統的需求將會增加,以光路、光分組交換作為核心技術的全光網絡技術也勢必成為未來的發展重點。此外,全球能源互聯網的建立中,通信傳輸技術必須要逐漸發展成為具有實時仿真特點的完整的計算系統,應用分布式仿真技術,能夠隨時處理信息流,從而協調電力。信息通信等不同部門之間密切配合,合理配置能源。
2.5信息處理技術
全球能源互聯網的創建過程中,涉及大量的信息數據處理工作,而由于全球能源互聯網的跨度十分大,包含了不同類型的數據信息,如時間序列信息、多媒體以及文本信息等,結構化、非結構化數據的處理工作具有一定的難度。與此同時,在全球能源互聯網中需要深入挖掘信息的價值,其中數據處于核心的位置,在數據的連接下,處于世界不同地區的終端用戶能夠與電網上層應用之間建立連接,完善信息溝通的渠道。為了解決信息處理技術的問題,需要采用大數據分析的手段,實施分布式并行、內存等更高性能的智能化信息處理。其中利用大數據進行信息處理需要將數據置于核心的位置,并且圍繞充分開發信息價值的目標而進行,在此過程中需要收集、處理、分析新數據,進行高效、高速的信息處理。通過這一方式,有助于在全球范圍內實現電網數據的線上處理,推行大數據下的電力服務,從而及時對電網設計規劃、運行等進行相應的調整,對電力負荷的需求進行預測與規劃[6]。
2.6安全保障技術
全球能源互聯網的建設過程中面臨著潛在的風險,由于服務、功能的類型更加豐富,與用戶之間的互動性增強,網絡的邊界不明晰,與此同時,全球化能源網絡意味著網絡環境對外開發,實現資源共享,因此,網絡系統勢必會遭受到更加強烈的攻擊,信息安全保護工作面臨壓力。在這一情況下,信息安全保障技術的應用尤為關鍵,利用加密、安全感知等全新的技術,創建智能化、彈性化的信息安全防護系統。使用的全新加密技術是數據密碼、訪問的控制技術,信息后,依照屬性、訪問密碼自動生成密文,不僅有效保護了隱私信息,同時也降低了者在數據加密中的投入[7]。與此同時,滿足訪問策略屬性的用戶有權解讀密文中的信息,進一步增強的信息的安全性。
3結語
綜上所述,隨著現代人環境保護意識覺醒,經濟發展不再是社會進步的唯一指標,越來越多的人開始意識到環境保護的重要價值,因此在產業經濟發展過程中,節約能源、保護環境受到重視,以綠色、清潔的方式來滿足人們對于能源的需求成為未來社會發展的趨勢。而信息通信技術則在其中發揮著至關重要的作用,其中感知控制技術、數據集成技術、信息處理技術、安全保障技術以及信息物理融合系統都發揮著重要的作用,需要進行充分的開發利用,挖掘潛力,最終進一步推動全球能源互聯網的快速、穩定發展。
參考文獻
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關鍵詞能:源互聯網;信息通信;關鍵技術
引言
當今社會,信息作為重要的社會資源,對于很多行業的發展有著至關重要的影響,例如對于電網來說,通過信息通信技術的使用,能夠有效的實現電網智能化、互動化以及大型電網的運行控制,信息通信技術主要包含了信息以及通信兩個重要方便,首先信息技術主要指的是對于信息的編碼或者是解碼,技術包含了信息數據的收集、轉換、儲存、傳輸、處理、檢索分析以及使用;其次通信技術主要指的是信息數據的傳播,主要技術流程包括信息的傳輸接入、網絡的交替、移動通信、無線通信、衛星通信以及專用通信等方面,能源互聯網關鍵技術主要包含了新能源發電技術、大容量的長距離電網輸送技術、電力電子先進技術、先進的儲存技術、信息技術等,能源互聯網信息通信技術是能源互聯網關鍵技術的重要組成部分。
1能源互聯網信息通信架構
從全球層面來說,首先能源互聯網主要是綜合了當今社會先進的信息通信技術、電力電子先進技術以及智能化管理控制技術,同時將分布式的能源采集設備、能量儲存裝置設備以及多種類型的負載進行互聯,共同組成的新型電力網絡節點,通過各種技術以及節點的相互連接和協調,最終實現能量的相互流動,使得能源能夠實現對等交換和網絡的共享。所以說能源互聯網是人、源、荷以及網各種能源資源共同協調實現互聯的一種基礎性平臺,將能量以及信息進行雙向對等的流動,以此來實現信息的共享,實現各種資源的相互連接,同時通過信息的融合和對等流動共享來創造更多的價值。其次從調控架構的角度來看,能源互聯網在體系構建以及智能管理的模式上主要是以集中化的管理模式為主,同時兼具分散以及合作自主管理的模式,同使能源互聯網體系網絡組網以及體系的物理承載方式都可以使用現代化智能通信信息資源。
2能源互聯網信息通信關鍵技術
2.1數據信息管理技術
數據管理主要是針對信息數據的收集、整理以及分析整理過程的管理,信息數據的收集內容主要指的是各種源頭數據的通用收集和整理,同時還包含了各種在線應用系統收集的同步數據以及對網絡接口信息數據收集整理工作的統一管理。而對于數據信息的質量控制主要是依靠數據處理迷行以及信息資源編目來完成的,通過建立信息數據質量自動化檢測和控制體系構架,來有效的實現對每一個數據的質量檢測,檢測的過程主要是針對數據形成、使用以及廢棄整個過程,對每一個數據過程階段進行有效的質量監控。
2.2感知控制技術
從能源互聯網信息通信架構中可以看出,能源互聯網系統結構中分布式的設備接入種類相對較多,例如電網系統來說,數量相對比較龐大,整個系統設備環境相對比較復雜,所以對于能源互聯網分布式設備的感知、運行狀態監控等都需要穩定性以及精確度比較高的設備來進行,所以就需要新型的傳感器、傳感網以及能夠進行自主控制的職能芯片技術,同時分布式設備組成還涉及到了光學電流互感器、電壓互感器等傳感器設備,為了提升能源互聯網系統設備的穩定性,還需要借助低功耗高精度的電力通訊集成電力設計技術以及電網專用的可靠性芯片技術,通過這些技術的融合使用,能夠實現電網設備、電網線路、電網環境的實施精確監控,對系統進行智能化的管理,提升智能化管理的整體水平。
2.3遠程監控技術
對于遠程監控關鍵技術的分析文章主要借助油田信息通訊管理技術來進行,數字化的油田能夠有效的實現對石油生產開采過程的遠程實時監控,油田生產開采遠程監控系統能夠通過網絡技術實現對油井供圖、壓力變化、溫度交替、電流變動以及功率變化的實時監控傳輸和數據分析,通過對油井供圖、壓力變化、溫度交替、電流變動以及功率變化等信息的監控,能夠對石油生產狀況和進度進行實時有效的監測診斷。通過使用遠程監控技術能夠實現對產量的計算,使用電能消耗的分析方式能夠計算統計以及控制抽油設備的平衡運行,通過對設備信息的遠程監控分析和診斷能夠對油井生產工作參數進行比較和設計優化,通過對油井的優化設計和信息資料診斷可以針對具體問題制定合理的解決措施。
2.4信息數據集成技術
現階段,全球能源互聯網的覆蓋范圍相對比較廣泛,所以就對信息數據系統的資源配置、數據的儲存以及分析處理提出了更高的要求,大量數據需要進行整理和分析使用,所以就需要對不同軟件以及硬件支持下的平臺信息數據進行集成化的管理,通過數據的集成逐步的實現全面的信息數據共享,而這種全面的信息數據共享需要云計算、云儲存、信息融合等技術的支持。這里我們以信息數據的存儲為例,給予云計算的信息數據的存儲也被稱作是云存儲,云存儲能夠將大量的信息數據包存儲在系統網絡數據中心中,而用戶端的設備不需要并不需要安裝大容量的硬盤來存儲這些信息數據,例如電網系統來說,使用云存儲技術能夠大幅度的降低系統設備的成本投入,用戶在需要相關數據信息的時候只需要通過安全認證之后就能夠提取所需的資料,一般,系統都是使用分布式的存儲形式來存儲信息數據,為了提升信息數據存儲的可靠性,通常都是使用冗余存儲。
結語
當今社會,科技和信息技術的發展能夠為不同的行業提供不同程度的幫助,能源互聯網信息通信關鍵技術是多種先進技術的高度融合,能源互聯網作為現有能源基礎設施的完善和補充,主要體現在分布式的新能源接入等方面。能源互聯網關鍵技術的應用能夠逐步的實現信息的交互,同時信息通信技術的支持又能夠推動能源互聯網的發展,所以對于整個社會來說,要抓住能源互聯網信息通信關鍵技術的核心,更好的將信息通信技術應用于行業發展中。
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。
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,我國在能源轉型變革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《煤電節能減排升級與改造行動計劃》。
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思維來考慮這一問題。
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。
傳統系統向新能源系統演變
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。傳統電源需提高可調度性和電網友好性,從而提升調峰能力,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。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。