余貽鑫院士：離開(kāi)分布式談智能電網(wǎng)不可取

數(shù)以億計(jì)的用戶，在家庭、辦公室和工廠自行利用可再生能源發(fā)電，由此產(chǎn)生的綠色能源通過(guò)“能源互聯(lián)網(wǎng)”彼此分享，就像在線創(chuàng)造和分享信息一樣——這是2011年美國(guó)學(xué)者杰里米·里夫金在其所著的《第三次工業(yè)革命》中描述的愿景，也是中國(guó)工程院院士、天津大學(xué)教授余貽鑫多次提及的發(fā)展構(gòu)想。如今，隨著能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)加速推進(jìn)，上述構(gòu)想正在走向現(xiàn)實(shí)。

“為適應(yīng)能源轉(zhuǎn)型，我們需要一個(gè)功能合理的現(xiàn)代電網(wǎng)來(lái)集成各相關(guān)方，并提高能源脫碳、轉(zhuǎn)化與利用過(guò)程的效率。這個(gè)電網(wǎng)就是帶有顛覆性的智能電網(wǎng)，以智能電網(wǎng)為核心的綜合能源系統(tǒng)也將成為能源互聯(lián)網(wǎng)的物理載體，乃至核心。”近日在接受記者采訪時(shí)，余貽鑫進(jìn)一步解釋稱。

那么，能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)如何推動(dòng)智能電網(wǎng)的建設(shè)？反過(guò)來(lái)，智能電網(wǎng)發(fā)展又將如何助力能源轉(zhuǎn)型？

可實(shí)現(xiàn)用戶想用電就用電、想賣電就賣電

近年來(lái)，電網(wǎng)智能化工作在我國(guó)持續(xù)推進(jìn)。但余貽鑫認(rèn)為，其進(jìn)程依然偏慢。“我從2006年開(kāi)始提出智能電網(wǎng)概念，目前已有13年時(shí)間。然而，我國(guó)對(duì)智能電網(wǎng)，特別是分布式電源的認(rèn)識(shí)長(zhǎng)期不深入，因此吃了一些虧。”

余貽鑫口中的“智能電網(wǎng)”，是指電網(wǎng)的第二次智能化進(jìn)程。他介紹，第一次智能化始于可靠性、安全性等訴求。“以紐約大停電為契機(jī)，美國(guó)政府提出把計(jì)算機(jī)技術(shù)充分用起來(lái)，在22萬(wàn)伏以上的變電站裝上大量的遠(yuǎn)方終端單元，并通過(guò)系統(tǒng)收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，建立能量管理系統(tǒng)。“這套管理模式已發(fā)展了幾十年，只是由于當(dāng)時(shí)的信息技術(shù)成本過(guò)高，制約了其進(jìn)一步的推廣。”

而今，通訊、信息技術(shù)快速發(fā)展、成本降低，讓電網(wǎng)應(yīng)用成為可能，且具有非常明顯的效益優(yōu)勢(shì)。“第二次智能化重點(diǎn)在于11萬(wàn)伏及以下的電網(wǎng)。”余貽鑫解釋，與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)通過(guò)電力和信息的雙向流動(dòng)，建立起高度自動(dòng)化和廣泛分布的能量交換網(wǎng)絡(luò)，終端用戶由此可參與電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行，容納全部發(fā)電和儲(chǔ)能選擇；同時(shí)，智能電網(wǎng)可使得新產(chǎn)品、新服務(wù)和新市場(chǎng)成為可能，為數(shù)字經(jīng)濟(jì)提供電能質(zhì)量，并實(shí)現(xiàn)優(yōu)化資產(chǎn)利用和高效運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)干擾、自然災(zāi)害等破壞可作出迅速反應(yīng)，使其恢復(fù)運(yùn)行。

換言之，現(xiàn)在的智能電網(wǎng)更強(qiáng)調(diào)用戶參與。“就像計(jì)算機(jī)上網(wǎng)一樣，希望實(shí)現(xiàn)一般用戶想用電就用電、想賣電就賣電，不需要向誰(shuí)請(qǐng)示。這樣一來(lái)，電網(wǎng)末梢就多出很多電源，好比原來(lái)是從樹(shù)根向樹(shù)葉輸送，現(xiàn)在樹(shù)葉端就已具備電源，整體運(yùn)行方式將發(fā)生革命性變化。”余貽鑫稱。

高比例分布式可再生能源需要智能電網(wǎng)

“對(duì)智能電網(wǎng)發(fā)展的重視程度，我認(rèn)為再怎么強(qiáng)調(diào)也不為過(guò)。”余貽鑫進(jìn)一步表示，電網(wǎng)的第二次智能化，更是在能源轉(zhuǎn)型中扮演重要角色。

余貽鑫指出，能源革命進(jìn)程加速，對(duì)風(fēng)光等可再生能源的利用提出更高要求。按照國(guó)家發(fā)改委能源研究所預(yù)測(cè)，到2035年，我國(guó)風(fēng)光發(fā)電占總電量的比重將達(dá)到25%左右；到2050年，該比例將進(jìn)一步提升至50%左右。

“我國(guó)擁有豐富的風(fēng)光資源，現(xiàn)已證實(shí)可滿足遠(yuǎn)景開(kāi)發(fā)需求。但未來(lái)，高比例風(fēng)光利用也給電網(wǎng)穩(wěn)定帶來(lái)挑戰(zhàn)。”余貽鑫表示，由于風(fēng)光資源的間歇性、波動(dòng)性及不確定性，與之相匹配的靈活電源必不可少。

在我國(guó)電力系統(tǒng)中，靈活電源的比重現(xiàn)僅為5.6%，約相當(dāng)于美國(guó)的1/8、德國(guó)的1/4。也就是說(shuō)，面對(duì)大規(guī)模、遠(yuǎn)距離輸送模式的送端系統(tǒng)，火電電量至少占到打捆電量的69%，每產(chǎn)生1千瓦時(shí)的可再生能源電量至少產(chǎn)生2千瓦時(shí)的火電，受電端可再生能源電量滲透率僅為11.52%，與高比例可再生資源發(fā)展目標(biāo)相悖。“相比之下，就地開(kāi)發(fā)與利用模式更可取。”余貽鑫稱。

“就地利用的風(fēng)電形成一個(gè)個(gè)分區(qū)，電網(wǎng)系統(tǒng)接入這些分布式電源后互相備用，一定區(qū)域的系統(tǒng)可通過(guò)孤島運(yùn)行，在故障期間繼續(xù)向負(fù)荷供電，尤其是向部分重要負(fù)荷供電。這樣的控制和運(yùn)行方式，可大大提高電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性與韌性。”余貽鑫表示，通過(guò)智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電力和信息的雙向流動(dòng)，把云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等分布式計(jì)算等優(yōu)勢(shì)引入電網(wǎng)，達(dá)到信息的實(shí)時(shí)交換和設(shè)備層面瞬時(shí)的供需平衡。“智能電網(wǎng)就是一個(gè)典型的物聯(lián)網(wǎng)，極具顛覆意義。”

智能電網(wǎng)既是“動(dòng)力網(wǎng)”也是“通訊網(wǎng)”

“沒(méi)有智能電網(wǎng)的支持，高比例分布式可再生能源難以克服瓶頸；反過(guò)來(lái)，若離開(kāi)廣泛的分布式電源，我認(rèn)為談智能電網(wǎng)也是一件可笑的事情。”提及具體做法，余貽鑫表示，智能電網(wǎng)既是一張“動(dòng)力網(wǎng)”，也是一張“通訊網(wǎng)”，目標(biāo)在于建立一個(gè)高度自動(dòng)化和廣泛分布的能量交換網(wǎng)絡(luò)，就像互聯(lián)網(wǎng)那樣去改變?nèi)藗兊纳?、工作等方式?/p>

在此基礎(chǔ)上，智能電網(wǎng)建設(shè)既包括通信、信息技術(shù)集成，分布式可再生能源發(fā)電集成，也涉及輸電系統(tǒng)、配電網(wǎng)、成熟市場(chǎng)等配合。“尤其在用戶需求配合方面，為實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)，現(xiàn)在要做的是通過(guò)用戶電表，帶動(dòng)整個(gè)電網(wǎng)最末梢一公里通信線路的完善。因?yàn)樯厦娴木€路已經(jīng)建得很好了，完善‘最后一公里’，不止對(duì)電網(wǎng)本身有好處，也為智能城市的整體發(fā)展提供了契機(jī)。”

此外，余貽鑫提醒，目前還有一些潛在的分布式電源同樣值得關(guān)注，給智能電網(wǎng)發(fā)展提出新的要求。

以電動(dòng)汽車為例，余貽鑫稱，其用電量十分可觀，甚至在部分城市家庭，把家中其他用電設(shè)備加起來(lái)，也不抵一輛電動(dòng)汽車的耗電量。根據(jù)現(xiàn)有規(guī)劃，到2030年，我國(guó)電動(dòng)汽車保有量最高將達(dá)8000萬(wàn)輛，對(duì)應(yīng)電池容量24億千瓦時(shí)。“未來(lái)，電動(dòng)汽車不僅是一個(gè)大功率電器，也可以是重要的分布式儲(chǔ)能裝置。管理不好，會(huì)給電網(wǎng)增加壓力；管理得好，在低谷時(shí)用電時(shí)可作為重要調(diào)節(jié)手段。因此，包括市場(chǎng)、技術(shù)等支持在內(nèi)，智能電網(wǎng)也應(yīng)該為這樣的潛在電源提供一個(gè)即插即用的平臺(tái)。”