盧強：智能微網(wǎng)群和儲能技術(shù)為新能源指明道路

2015年9月8日，中國科學院院士盧強出席中國能源峰會并發(fā)表講話。他認為微電網(wǎng)隨著中國城鎮(zhèn)化發(fā)展，會有一個井噴式的發(fā)展，在中心城市會產(chǎn)生N個微電網(wǎng)群。但是智能微電網(wǎng)群離不開儲能單元，可是在解決可再生能源發(fā)展棄風棄光問題上，智能微網(wǎng)群和壓縮空氣儲能為新能源指明道路。

以下為中國科學院院士盧強演講全文：

盧強：各位領(lǐng)導，各位專家，各位朋友，今天很高興來參加這個能源峰會，這是能源界最高級別的論壇了，我今天想介紹的題目是中國新能源發(fā)展對儲能裝備的要求，這個牽動著我們新能源發(fā)展的整體。我現(xiàn)在想講一個問題，新能源的發(fā)展促使中國在用電的基層，在配網(wǎng)用電大量的發(fā)展微電網(wǎng)，有人估計包括我們發(fā)改委新能源司，還有中國可能微電網(wǎng)隨著中國的城鎮(zhèn)化有一個井噴式的發(fā)展。那這個問題就很值得我們重視，因為它跟控制系統(tǒng)，跟這個設(shè)備，跟這個儲能系統(tǒng)都有密切的關(guān)系。對提高我們國家新能源的利用率，利用效率有直接的關(guān)系。我先講一講微電網(wǎng)，現(xiàn)在大家講的很多，各種說法不一樣，所以我想應(yīng)該有一個定義，這個定義不是說我下一個定義就完了，所以希望跟各界，跟我們的專家，跟協(xié)會一起交流討論，然后最終應(yīng)該有一個定義，要不然在一起討論的時候就缺乏共同語言是這個意思。

那么我說什么叫微電網(wǎng)?其實很簡單，那么我把這兒講慢一點，在一個區(qū)域以內(nèi)，由至少一種清潔能源發(fā)電單元和一種蓄能單元所組成的，其所發(fā)的電能為該區(qū)域自用為主的發(fā)供電系統(tǒng)，這種系統(tǒng)我們稱之為微電網(wǎng)。第一個至少有一種清潔能源，小電水、太陽能、風電，這都算清潔能源。那你說我這就是小水電，或者屋頂裝一套太陽能發(fā)電系統(tǒng)，或者我這兒有幾個風機我是不是就叫微電網(wǎng)呢?那不行，為什么呢?你這個小水電來多少水發(fā)多少電，這是凈流失發(fā)電就是一個小的發(fā)電廠，你為什么要叫微電網(wǎng)呢，對不對，那你的小區(qū)屋頂上裝了太陽能，有太陽就發(fā)電，沒有太陽你就從電網(wǎng)買電，那你這不就是一個小型的光伏發(fā)電，那你為什么又非叫它微電網(wǎng)，所以這個里邊就不應(yīng)該，至少還有一個單元，這個單元叫儲能單元，這樣兩個配備起來，以自發(fā)自用為主，就可以稱之為你這個單元的微電網(wǎng)，是這樣。那這個微電網(wǎng)有幾大特征一看就清楚了，第一個必須有一種清潔能源。第二它必須有一個儲能單元跟它相匹配。第三它自發(fā)自用為主，不是到很高電壓遠距離輸送。微電網(wǎng)概念是很簡單。

智能微網(wǎng)：一個無人值班的微機器人系統(tǒng)

那么我們經(jīng)常聽說叫智能微電網(wǎng)，明天我一個博士生要講微電網(wǎng)智能化的控制系統(tǒng)，我在這里主要講一下什么叫智能微電網(wǎng)，智能微電網(wǎng)它的發(fā)電單元與儲能電源，以及跟配網(wǎng)相連的這幾個通道，中間有一個優(yōu)化的計算和控制，就是說你怎么樣發(fā)電、儲存跟配網(wǎng)的交換達到你的功率和效率的最大化。如果你有這樣的一個控制系統(tǒng)，使得你這個微電網(wǎng)年運行效率最高，那這個微電網(wǎng)就不是普通的微電網(wǎng)，你就是一個智能微電網(wǎng)，所以智能微電網(wǎng)必然有一套控制系統(tǒng)和控制中心，這個中心不管多大多小，它一定要有這個計算機的控制中心，它要有信息，取得信息，并且發(fā)出控制指令，所以一個智能微網(wǎng)是無人值班的，因為是計算機給你值班，所以實際上它是一個微機器人系統(tǒng)，因為它并不是要調(diào)度人員打電話，或者手動操作它不需要，它是一個計算機自動控制優(yōu)化系統(tǒng)，所以我們才能叫它微電網(wǎng)，到智能微電網(wǎng)基本上是無人操作的，它就如同無人駕駛飛機一樣，所以它就是一個微智能機器人系統(tǒng)，這個叫智能。所以一般我們沒有這樣一套系統(tǒng)，沒有達到這樣一個標準，我們不要隨意的就說某一個電網(wǎng)是智能微電網(wǎng)，這智能兩個字一般不要輕易的說，這就是我剛才講的智能微網(wǎng)的特點，最主要的特征我已經(jīng)講過了，有一套智能控制系統(tǒng)。

那么中國這樣一個大的國家，城鎮(zhèn)化過程會產(chǎn)生很多很多N個微電網(wǎng)，我們將來中國要建立的不是簡單的智能微電網(wǎng)，而是智能微電網(wǎng)群。那為什么要建設(shè)智能微電網(wǎng)群作為我們的目標，你想每一個微電網(wǎng)自己買一臺電壓器升壓，另外又產(chǎn)生微電網(wǎng)跟配網(wǎng)相接相聯(lián)，那么微電網(wǎng)和配網(wǎng)之間這個基層發(fā)供電單位就搞得非?；靵y，有大量變壓器整年處于空載狀態(tài)不起任何作用，就現(xiàn)在的鞍山市經(jīng)過調(diào)查85%的變壓器是處于空載狀態(tài)，在配網(wǎng)在基層35千伏，這個變壓器始終掛在網(wǎng)上，不拖網(wǎng)運行，但是你要檢查一下它中間沒有什么功率交換，也不送電，它也不從電網(wǎng)取電，它空載掛著，可是你知道變壓器的空載損耗是低壓網(wǎng)損耗的主要原因，所以85%變壓器處在空載狀態(tài)這讓我非常吃驚，我說難怪中國的低壓網(wǎng)損降不下來，所以以后我們每建一個微電網(wǎng)就一臺變壓器上網(wǎng)，那將來就會更加紛亂，更加有空載變壓器加入而不產(chǎn)生任何效益。所以現(xiàn)在我建議大家注意中國，我不管外國怎么樣要建立智能微電網(wǎng)群。那么你看這個圓圈里面有N個小的微電網(wǎng)，你先把微電網(wǎng)用10千伏或者35千伏先把它們連接起來，連接起來可以作為優(yōu)化計算，在里面OPF，優(yōu)化條流，比如有10個微網(wǎng)組成一個智能微電網(wǎng)群，那么你真正的跟大電網(wǎng)配網(wǎng)相連的可能只需要一臺變壓器，最多兩臺就夠了，所以這就不會產(chǎn)生我說的那樣紛亂的現(xiàn)象和大量空載變壓器掛網(wǎng)，空載損耗而不發(fā)生任何作用，所以我希望這一點能夠取得共識要注意，中國要建立智能微電網(wǎng)群，而不是單獨的一個一個微電網(wǎng)，這個我們應(yīng)該是很容易理解的。

智能微電網(wǎng)離不開儲能

很多的微網(wǎng)可能十幾個，你自己已經(jīng)組成一個微電網(wǎng)群了，跟配網(wǎng)跟大電網(wǎng)，跟國網(wǎng)相連只有兩個出口就夠了，甚至有一個就夠了，因為內(nèi)部有一個優(yōu)化條流，不能說十個變壓器都連到配網(wǎng)上去，那就不符合我們優(yōu)化的道理和概念。所以大家剛才聽到我們講到微網(wǎng)也好，微電網(wǎng)，智能微電網(wǎng)，智能微電網(wǎng)群都離不開一個單元，儲能單元，現(xiàn)在大部分用的是鋰電池，所以這個問題是今天我向大家解釋的一個重點。那么這個鋰電池有沒有用，我們從日本進口相當大量的鋰電池，現(xiàn)在我們中國也在緊跟著學習日本、德國的技術(shù)，也在生產(chǎn)研制鋰電池也在建廠，它有沒有用處，它主要用在公交系統(tǒng)，電動汽車和旅游區(qū)的運輸車和旅游的油輪，那么在這上面用柴油機是不好的，現(xiàn)在有些非常好的旅游景點比如說陽朔現(xiàn)在什么機器不用，用一個人升了四丈高的旗桿在那做動力，這個地方就沒有污染，它是處在原始狀態(tài)，所以這個還是很好的，包括漓江用的柴油機發(fā)電這就污染漓江，這樣寶貴景點里應(yīng)該用鋰電池，不應(yīng)該再用柴油發(fā)電機了，但是現(xiàn)在有個大的問題，我們現(xiàn)在講的中國有大量棄風棄光的，后夜所有的風幾乎100%棄掉，專門起個名字叫后夜風，夜里12點半到第二天早晨6點半的這個風全部放棄掉，不利用，所以我們?nèi)珖⒌娘L場的裝機容量，幾乎一個億千瓦，它真正的利用小時數(shù)平均多少，1600，然后有一個風場新疆我去調(diào)研，它達到2000，甚至到2100，那就是我們國家的冠軍了，那就了不起，全國平均1600到1700，所以各位領(lǐng)導專家想一想這是何等的可惜，貪污和浪費都是犯罪，現(xiàn)在貪污有人抓，這種浪費大家被司空見慣不以為然，一年8600小時，你利用裝好的風機明明可以發(fā)電，你只讓它發(fā)電1600到1700小時，其他的全部放棄，這叫棄風是一種非常大的浪費，全國統(tǒng)計起來你就知道這一億千瓦的裝機真正變成能量多少，它損失70%-80%，我們指的用裝機打兩折，棄光、棄水的量也是世界第一。風電裝機是世界第一，而棄光也是世界第一。

儲能技術(shù)各領(lǐng)風騷

鋰電池、鉛酸電池、壓縮空氣儲能誰擔當大任

現(xiàn)在說鋰電池，大家都買鋰電池，現(xiàn)在儲存上億度的電，以億度計算的電能不能用鋰電池來儲存，我說這不可能，不能。一個鋰電池價格昂貴，第二個從日本買的鋰電池廠家報給你壽命8年，那么我們買鋰電池壽命8年，按8年這樣去算，還可以，那么現(xiàn)在就有幾個隱秘我要向大家如實的把它表白出來，它這個8年的壽命怎么算，就鋰電池買來以后每一天充放電一次，而且淺充淺放，什么意思呢?比如說你這個電池標了2度，你用到50%的時候不能再用了，趕緊改為充電裝置，所以一度電池頂多用半度電，所以你買的鋰電池，實際上你是買了它一半，如果你說我用到80%，我快用完了我在充可以嗎，行，壽命折半，4年，這一點廠家在賣給中國的時候可沒有說明這一點，我們回來說鋰電池壽命8年，所以現(xiàn)在就知道這個8年是一個什么樣的素質(zhì)是不可能的，要淺充淺放，所以有的鋰電池充會一次到40%，用了40%的時候趕緊充，否則你的鋰電池壽命就要減半。第二個鋰電池儲存要求非常嬌氣，恒溫恒濕，這個鋰電池大樓是上萬度電要恒溫恒濕保護它才能夠所謂的8年。

第三個要注意的鋰電池用完了以后后處理所花的投資是新買的鋰電池的30%，這個錢購買的團隊從來沒有想過這個錢應(yīng)該加到什么，你說當然加到新買的鋰電池上，你4年以后的鋰電池要花新買電池的30%的費用投資去扣除用費的鋰電池，而且現(xiàn)在中國還沒有解決鋰電池后處理的技術(shù)問題，要造一個很大的廠專門對付用舊的鋰電池，不能把鋰電池深埋在土壤中，中國最難治理的是土壤，土壤污染的周期太長了，我們子孫后代都要受到我們這代人的災(zāi)禍，不能深埋，那么鋰電池怎么處理，現(xiàn)在剛剛開始科研立項，研究鋰電池如何處理，那么這個處理費用，科研費不算，科研完成以后它的投資是新電池的30%，這應(yīng)該都算在你買鋰電池的投入上，那么你這個廠家，投資家，投資鋰電池的時候，你想想不是你買的那個價錢，它要加上30%的后處理。所以這樣幾條加起來，我們不能把工程化儲能依托在鋰電池上，鋰電池用在該用的地方，還有一個漏了一個建筑上需要鋰電池，我底下要講的新的儲能技術(shù)很難用到，即使是航母也難壓縮，所以不是說鋰電池就是一無是處，它應(yīng)該它該用的地方，而不是用在我們電力系統(tǒng)所要講的儲能。我們講的儲能像抽水蓄能，而跟電池儲能不是一個概念。

那么現(xiàn)在我想介紹一個，你總得有辦法，你說鋰電池不行，鉛酸電池更不行，鉛酸電池重量是鋰電池的9.8倍，光自重，然后它的污染是鉛污染對子孫后代都是無法估量的，這個鉛酸電池基本禁止使用，它到是便宜，可是它的重量幾乎是一個鋰電池的一個數(shù)量級，我們軍事潛艇上，或者攻擊艦上也不能鉛酸電池只能用鋰電池。你現(xiàn)在有什么新的招數(shù)，必須要解決這個問題，這個問題我們國家電網(wǎng)公司提出合理化的建議，他覺得對，現(xiàn)在張家口搞了一個試點買了一大堆鋰電池，到現(xiàn)在沒有用過，這個儲能是失敗的，那么它要搞一個新的，這個新的叫做壓縮空氣儲能，我現(xiàn)在介紹一下，顧名思義，你要想它起碼有幾個主系統(tǒng)，第一個壓縮空氣儲能必須有壓縮機，第二個你把空氣壓縮了，從一個大氣壓壓到100個大氣壓，壓完以后你空氣總得有存放空間，第二要儲氣室或者儲氣罐，或者多管的加起來總的體積，無縫鋼管一米直徑四五十米長的，一百個大氣壓絕無問題。

第二要有儲氣空間。第三要有調(diào)速技術(shù)，這個氣輪發(fā)動機組，渦輪機一轉(zhuǎn)，后面就是一個小發(fā)電廠，這是幾個主要部分。那么還有輔助部分，預(yù)熱回收，預(yù)熱從哪里來，壓縮空氣從一個大氣壓硬要壓縮到一百個大氣壓，溫度會上升到1800度，那么這個是不可承受的，所以必須用冷卻水加以逐級冷卻，冷卻到常溫，進來是常溫水，出去是高溫水，最高溫不下壓力就一百度的水儲在熱水罐里，這個熱水可用出大。

我們各家冬天供暖暖氣片它的溫度大概60度，你整個一家就夠了，不能再高，再高就感覺太熱反而要開窗了，那么100度的水，當然我們有辦法使它覆蓋的面積更大，冬天供暖來使用，這就是像東北燒煤供暖鍋爐全部停掉，用這個熱水，這個可以做供暖的使用，這個是熱水的供應(yīng)。那么另外這個100度空氣進了渦輪機，進了氣輪機，出去溫度是多少，是3度，正好是冰箱的溫度，那么就在附近他們做了一個蔬菜水果保鮮庫，你不用電了，這個冷風吹進去就節(jié)省大量能源，各位知道我們每吃一個西紅柿，有半個西紅柿是保鮮費，這個保鮮是必須的否則就爛了，所有的蔬菜水果都是一樣的有一半是保鮮費，直接發(fā)電出去的就是3度的冷風，為什么風從100度自己變成3度，這個熱力學做功以后發(fā)氣，發(fā)氣在發(fā)電廠，進來多少空氣，出去就是多少空氣，這個也不會多也不會少。那么在整個過程中，大家注意一件事情，我們有沒有講到燃燒兩個字，沒有燃燒，沒有燃燒就沒有二氧化碳，所以這樣的儲能系統(tǒng)一克二氧化碳也不會排放出來，因為它根本就無燃燒的，那么如果說有燃燒，燒天然氣補然這個不是中國，也不是國網(wǎng)清華大學發(fā)明，是德國就有了，一噸天然氣兩噸二氧化碳，這是死的誰也無法改變這個化學規(guī)律，燒一噸天然氣出來二噸二氧化碳，這個二氧化碳是人類不可承受，實際上都放出去了，你捕捉二氧化碳是放出去的千份之一，是沒有意義的，我們投資家也不會投資捕捉二氧化碳這樣的項目?，F(xiàn)在大家有一個擔心，一百個大氣壓存起來有沒有危險，它要炸了怎么辦，炸了當然是空氣爆炸沒有燃燒，即使這樣你缸管也不能炸，大家知道我們現(xiàn)在中國的中石油中石化，儲存的壓縮可燃氣體是多少，200多個大氣壓，都是國產(chǎn)的儲氣罐，所以我們一說到一百個大氣壓問他有沒有問題，我也很高興他們的態(tài)度，說是這個你別跟我談這個，說小菜一碟，一百個大氣壓算什么到我們這兒，我說那我們就很安全了，我說安全系數(shù)3，你多給點錢就行，因為它鋼管厚度多增加一點點就可以了，所以這個安全度沒有問題的，其他地方?jīng)]有什么擔心的地方，儲氣罐100個大氣壓，是極度安全的。

這個壓縮空氣儲能，它的儲能密度我們現(xiàn)在進行改進了，我們把進氣溫度提高到400度，大氣壓力一百個大氣壓，它的儲能密度每立方米是75個千瓦時，這個儲能密度是很高的，那么現(xiàn)在我們是用直徑只要一米的，長度30、40、50米的這樣無縫鋼管，儲存看你多少，如果你20兆瓦的一個發(fā)電系統(tǒng)，我們只要這樣的一米直徑50米長度的無縫鋼管2根就夠了，如果你想儲氣儲得更多那么就3根或者4根，這個儲氣容量深根據(jù)用戶需求來定的，要定多少都可以。我們這個壓縮空氣儲能整個像一個發(fā)電廠，壽命不低于40年，中間有小修，在這40年當中，壓縮空氣儲能已經(jīng)換了8次，甚至于10次，如果你不堅持淺充淺換已經(jīng)換了10次了，那么就是按照日本提的8年的壽命你已經(jīng)換了5次了，所以這個是不能夠比擬的，要全壽命周期來算，那么鋰電池，就按照日本說8年它也是12個億，那么這個壓縮空氣儲能就1點幾個億，因為它的一個壽命周期不在一個數(shù)量級上。那么這里面還要強調(diào)，我不僅是發(fā)電我熱水供暖，供120度的熱水可以到2400噸，每一天供暖的面積14萬平方米，那么供冷的面積13000平方米，那么節(jié)約燃煤大概不到6000噸，那么二氧化碳排放壓縮空氣儲能是零，是絕對的零，那么后處理的問題就是鋼鐵，鋼鐵回收了，40年以后鋼鐵回收，冷風美國和歐洲拼命在追求，其實中國研究完了，冷-熱-電三聯(lián)供，這個問題在壓縮空氣儲能是天然自動的解決了。

經(jīng)濟帳跟抽水儲能造價基本相等，一個2萬千瓦壓縮空氣儲能出能發(fā)電系統(tǒng)，大概投資你只搞一個大概1.5個億，如果你同時干三個的話，不是1.5個億，只要1.2個億就夠了，因為它只做一個跟做3個，它的那個價格是不能比的，比如說普通鋼管在切割，我按三臺切割和只按一臺切割，第二臺不知道，那當然要貴一些。我現(xiàn)在這個結(jié)論就清楚了，我們要搞中國的微電網(wǎng)，變成微能源網(wǎng)，不僅是電，我要電我也要冷也要熱，那么就是能源變成一個智能微能源網(wǎng)群，必須要發(fā)展壓縮空氣儲能壽命，這個專利和國產(chǎn)化率中國是100%，那么現(xiàn)在這個專利是中國6個專利大家覺得這不算什么。那有一個專利是最最困難的，是中國申請美國的發(fā)明專利，那么我們在這里頭受到的那就不說了，你說歧視也好，它說叫嚴格，我看這嚴格要打個引號，美國申請個發(fā)明專利怎么就沒有中國申請的這么嚴格呢，而它不承認這個歧視，它是嚴格，你嚴格你審查吧，審查了兩年給了這個項目專利授予，中國也是先是授予然后才能給專利權(quán)，所以你知道光是授予就經(jīng)過所謂嚴格的審查了兩年，中國發(fā)了授予證書，所以這是一個中國在美國申請一個發(fā)明專利，那么就說美國人即使我把思想告訴你，你也不能按照中國這樣干。全部產(chǎn)業(yè)化是中國的100%，沒有一個螺絲釘要從外國進口，那現(xiàn)在我們往回看一看，你有沒有搞出一個真的東西，哪怕小一點的或者活的麻雀你有沒有呢?那么這個我們還是有的。