中國工程院院士余貽鑫：高比例可再生能源“兩點論”

:高比例可再生能源新時代

《能源評論》：黨的十九大報告提出，要加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國，您認為，能源電力行業(yè)，如何在能源革命進程中落實這一號召？

余貽鑫：建設(shè)美麗中國、推進能源革命，需要高比例可再生風(fēng)能和太陽能發(fā)電。習(xí)近平主席2015年在巴黎氣候大會上宣布，2030年中國單位GDP二氧化碳排放要比2005年下降60%~65%。根據(jù)國家發(fā)改委能源研究所、美國勞倫斯伯克利國家實驗室、落基山研究所、能源基金會等機構(gòu)的研究(《重塑能源：中國》)，預(yù)計：2050年我國電力占整個終端能源消費的比例將提高到41%以上，2050年電能的總發(fā)電量約10.8萬億kWh(基于能源利用效率大幅度提升的假設(shè))；2050年煤電在我國電能構(gòu)成中的占比將降低至12.4%；可再生能源發(fā)電量占比將達到68%以上，非化石能源發(fā)電量達到82%，其中風(fēng)電和太陽能發(fā)電量的比例達到47.3%以上(風(fēng)電為24.7%，太陽能發(fā)電為22.6%)。

《能源評論》：對于我國可再生能源資源的家底，您怎么看？

余貽鑫：眾所周知，德國是利用太陽能很先進的國家，而我國的太陽能資源條件要比德國好很多。中國76%國土面積上的風(fēng)能，以及幾乎百分百國土面積的太陽能都具有開發(fā)的潛力，僅太陽能資源一項，就可以遠遠滿足我國遠景(2050年)用電需求，而且不論是東部地區(qū)還是西部地區(qū)太陽能資源都十分富裕。以京津地區(qū)為例，即使不考慮技術(shù)進步使得光電轉(zhuǎn)換效率提高的影響，按照光伏年利用小時數(shù)取1100小時計算，只需鋪蓋我國國土面積的1.0%左右就可產(chǎn)生2050年全社會總用電量10.8×1012kWh。對于分布式光伏而言，可利用土地和建筑屋頂或墻面也是重要的資源條件。我國擁有世界最大量的建筑，太陽能與建筑結(jié)合及一體化，可以充分利用建筑以及太陽能資源，降低成本，具有規(guī)模發(fā)展的廣闊前景。預(yù)計2020年分布式建筑光伏最大可裝機容量達7.5億千瓦，2050年達10億千瓦。中國不能用于耕作的沙漠和灘涂，總面積為128萬平方公里，其中戈壁面積為57萬平方公里，有充足的土地資源發(fā)展太陽能發(fā)電。此外農(nóng)田和魚塘的上方空間也是可以利用的，如農(nóng)光互補、漁光互補等。與此同時，國際上已在探索利用路面鋪設(shè)太陽能光伏，而我國現(xiàn)有人均城市道路的面積已達15平方米。應(yīng)該注意的是伴隨著我國大規(guī)模的快速城鎮(zhèn)化進程，預(yù)計2030年全國城鎮(zhèn)建筑面積可達400億平方米，相當(dāng)于未來20年內(nèi)再造一個中國。一方面，這樣大規(guī)模的城鎮(zhèn)建設(shè)，是無法直接采用當(dāng)前西方發(fā)達國家的用能模式的，必須大力開展全方位節(jié)能模式和節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新，這就為分布式太陽能光伏的發(fā)展提供了難得的機遇；另一方面也為太陽能光伏的發(fā)展提供了土地和空間資源。

《能源評論》：與大多數(shù)新技術(shù)類似，可再生能源發(fā)展也面臨成本過高的挑戰(zhàn)，您認為未來趨勢是什么？

余貽鑫：隨著技術(shù)的進步，這些問題都會逐漸解決。以光伏為例，由于材料科學(xué)和電子技術(shù)的發(fā)展，從1977年到2013年，光伏的價格下降到之前的1%，而且光伏的價格還在以每年10%甚至更快的速度下降。在國際上，2016年3美分/kWh的風(fēng)電和5美分/kWh的光伏電力已成為新常態(tài)。在我國，目前太陽能光伏發(fā)電的成本大概為0.45元/kWh甚至更低，光伏發(fā)電和電網(wǎng)平價已經(jīng)或者即將來臨。

《能源評論》：除了成本之外，風(fēng)能和太陽能還有間歇性、多變性和不確定性，以及儲能價格相對高昂的痛點，這個難題如何破解？

余貽鑫：風(fēng)能和太陽很難單獨運行，需要采用一些功率補償或者平滑的措施，其中包括：大電網(wǎng)的吸納、需求側(cè)管理、分布式小型燃油燃氣發(fā)電、儲能，乃至綜合能源系統(tǒng)等。為此，需要一個功能合理的現(xiàn)代電網(wǎng)，來集成它們，并提高能源脫碳、轉(zhuǎn)化與利用過程的效率，這個電網(wǎng)就是智能電網(wǎng)。

我國現(xiàn)實的挑戰(zhàn)是，電網(wǎng)中用于功率平滑的可調(diào)容量很低。從全球來看，中國的可調(diào)容量只是美國的1/8，德國的1/4。所以在開發(fā)風(fēng)電和光伏時，我國西北地區(qū)采取了風(fēng)光火打捆的模式，利用火電機組的調(diào)節(jié)容量。這樣做一方面降低了火電機組的熱效率和年運行小時數(shù)，另一方面由于火電機組的可調(diào)節(jié)的范圍在其額定容量的50%~100%間，必然伴生大量的火電，這不是我們所希望的。但是相當(dāng)長一段時間內(nèi)，我國還是需要依賴火電機組作為調(diào)節(jié)容量的，應(yīng)該開展增大火電機組調(diào)節(jié)范圍的研發(fā)工作，使其可以在20%~100%范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。與此同時，我們應(yīng)該加速抽水蓄能的開發(fā)，因為它是目前最便宜的儲能方式。由于國際上有關(guān)電動汽車儲能的研究投入力度很大，分布式儲能價格也會逐漸減低。

大量分布式可再生能源和用戶側(cè)能量管理系統(tǒng)的接入提高了電力系統(tǒng)終端（如配電網(wǎng)、微網(wǎng)、工廠、建筑和家庭）的供需不確定性。需要強調(diào)的是，供給側(cè)與需求側(cè)的不確定性共同構(gòu)成了未來電網(wǎng)運行所面臨的最大挑戰(zhàn)。解決該問題的關(guān)鍵在于實現(xiàn)不確定性的就地(終端)解決，未來電網(wǎng)必須將責(zé)任分攤到終端承擔(dān)。

電網(wǎng)第二次智能化新挑戰(zhàn)

《能源評論》：實際上，電網(wǎng)的智能化一直在推進中，您認為其終點在哪里？人工智能與深度學(xué)習(xí)技術(shù)，會給智能電網(wǎng)發(fā)展帶來什么影響？

余貽鑫：智能電網(wǎng)的特征包括智能化、高效、包容、激勵、機遇、重視質(zhì)量、抗擾能力、環(huán)保等，智能化只是這些特征之一。

電網(wǎng)的第一次智能化發(fā)生在1970年代，在輸電系統(tǒng)的(數(shù)以千計的)變電站中安裝了遠方終端單元(RTU)，每2-10秒收集一次實時數(shù)據(jù)，并把它們送到能量管理系統(tǒng)(EMS)控制中心，控制中心里的計算機使用復(fù)雜的軟件對系統(tǒng)中的發(fā)電機和輸電線進行實時的監(jiān)視、分析和控制。對于輸電來說，這個電網(wǎng)是相當(dāng)智能的，只是電力消費者完全不了解它。當(dāng)時通信與信息技術(shù)成本較高，這種模式難以推廣到配用電系統(tǒng)。然而，目前通信與信息技術(shù)的成本已大幅下降，為其向配電和用電領(lǐng)域推廣應(yīng)用準備好了條件。與此同時，環(huán)境壓力與能源轉(zhuǎn)型，以及數(shù)字化社會對電網(wǎng)可靠性、韌性（抵御災(zāi)害和攻擊的能力）、電能質(zhì)量和節(jié)能降損的要求日益嚴格，成了電網(wǎng)第二次智能化的原動力。毋容置疑的是，由于環(huán)境壓力與能源轉(zhuǎn)型這一原動力的出現(xiàn)，電網(wǎng)第二次智能化的強勁程度遠高于電網(wǎng)的第一次智能化。而且由于現(xiàn)在的配電網(wǎng)絡(luò)是按單向潮流設(shè)計的，不具備有效集成大量分布式電源的技術(shù)潛能。所以電網(wǎng)第二次智能化的重點發(fā)展領(lǐng)域在配用電側(cè)，借以集成高比例的分布式電源和加強電力公司與用戶的互動。

智能電網(wǎng)的進一步發(fā)展是智能能源網(wǎng)（又稱能源互聯(lián)網(wǎng)或綜合能源系統(tǒng)），其實施需要幾十年，它將伴隨能源轉(zhuǎn)型的全過程。

20多年前，電力系統(tǒng)領(lǐng)域就開展了人工智能方法（如專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的研究，也涉及人工智能中的眾多數(shù)學(xué)方法，由于現(xiàn)在計算機能力的大幅度提升，它會成功地應(yīng)用到智能電網(wǎng)的更多方面，特別是會在EMS中得到很好的應(yīng)用。至于深度學(xué)習(xí)技術(shù)，我的課題組已把它應(yīng)用到“非侵入式負荷分解裝置”中，它利用用戶出口處的電壓和電流信號，識別戶內(nèi)各種電器實時的用電（有功和無功）功率，這種精細到戶內(nèi)設(shè)備的用電信息在電力公司優(yōu)化電網(wǎng)的規(guī)劃、運行與管理，電力用戶節(jié)省耗電量和電費，及全社會把提高生態(tài)文明意識付諸實踐等方面具有重要意義。

《能源評論》：我國要建成智能電網(wǎng)還需多久？在發(fā)展過程中，需要做出哪些改變和適應(yīng)？

余貽鑫：智能電網(wǎng)(SmartGrid)的愿景，在智能化及誘人的視野方面是極不尋常的。它將像互聯(lián)網(wǎng)那樣改變?nèi)藗兊纳詈凸ぷ鞣绞?，并激勵類似的變革。但實現(xiàn)智能電網(wǎng)，由于其本身的復(fù)雜性和涉及廣泛的利益相關(guān)者，需要漫長的過渡、持續(xù)的研發(fā)和多種技術(shù)的長期共存。我估計，中國實現(xiàn)智能電網(wǎng)至少需要20年甚至更長時間。電網(wǎng)變遷的過程必將改變整個行業(yè)的業(yè)務(wù)模型。智能電網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)極其廣泛，涉及許多技術(shù)、體制和社會問題，而最主要的是要確立分布式電源和用戶廣泛參與的理念。

短期內(nèi)，我們可以著眼于實現(xiàn)一個較為智能的電網(wǎng)(smartergrid)。它利用已有的或不久的將來就可配置的技術(shù)，使目前的電網(wǎng)更有效；在提供優(yōu)質(zhì)電力的同時，也提供相當(dāng)大的社會效益，如較小的環(huán)境影響等。

智能電網(wǎng)最本質(zhì)的特征是，電力和信息的雙向流動性，并由此建立起一個高度自動化和廣泛分布的能量交換網(wǎng)絡(luò)；把分布式計算和通信的優(yōu)勢引入電網(wǎng)，達到信息實時交換和設(shè)備層次上電力近乎瞬時的供需平衡。

在我國，高度自動化已被廣泛接受，但廣泛分布式現(xiàn)在還在深入認識過程當(dāng)中。風(fēng)能和太陽能應(yīng)用的主流形式是分布式的，“分布式電源+智能電網(wǎng)”更加關(guān)注本地控制和減少對外依賴，是“顛覆性”的改變，其對日常生活、社會和經(jīng)濟發(fā)展存在潛在的巨大影響。

第1頁/共2頁   首頁   下一頁   上一頁   尾頁