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当前,我国在能源领域面临着多方挑战。特别是进入本世纪后,能源消费增长迅速,能源消费总量从2000年不足14亿吨标准煤,增长到2014年的38.4亿吨标准煤,虽然近年来增长率有所下降,但年平均增长率依旧达到7.4%。按照这种趋势,未来我国能源消费量将超过社会的承载能力。同时,我国的能源结构仍然以煤炭为主,这给我们的环境带来了一系列问题,污染、雾霾等问题突出,不符合当前国际能源的多元化、低碳化发展趋势,而目前清洁能源的消纳又存在诸多限制。因此,能源领域从生产到消费的重大变革势在必行。
能源变革的关键点
能源变革应该摒弃“点式改革”的传统思路,寻求能源领域从能源体制、能源技术到能源生产供应,再到能源消费的多方面、多维度、多环节的“链式改革”,从而保障能源变革的整体性、全面性和系统性。当然,变革要有轻有重、有先有后、有缓有急,对于每个环节,都要突出变革的关键点。
能源体制变革的关键点在于协调好市场和政府“两只手”的作用,构建有效竞争的市场体系。
转变政府监管方式(突出监管的高度、广度、深度、效度);深化电力体制改革。
能源技术变革的关键点:能源互联网技术、新能源电力系统技术、需求响应技术。
能源生产和供应体系变革的关键点:促进清洁能源经济有效地消纳,建立多元能源供应体系。
能源消费模式变革的关键点:高效化的用能效率、个性化的用能方式、智能化的用能技术、多元化的用能选择。
能源变革目前面临的问题
问题一:清洁能源消纳问题。近年来,西南基地“弃水”和“三北”基地“弃风”、“弃光”问题比较严重。主要表现在:
“西南”基地和“三北”基地就地消纳能力有限;
可再生能源外送困难;
可再生能源发电所需要的调峰电源不配套;
可再生能源电力补贴资金缺口以及可再生能源电价附加压力较大。
然而,目前可再生能源的规划,尤其是风电和太阳能发电的规划更多地是以自然资源论来确定,对于消纳市场在哪儿、怎么上网、如何消纳等问题考虑不足。如果在能源变革、电力体制改革以及“十三五”能源规划中,不能很好地解决这个问题,那么我国能源革命的目标就很难实现。
问题二:燃煤发电定位问题。一方面,随着电力需求放缓,我国发电机组利用小时将呈下降态势;同时,国家为防治大气污染而严格控制煤炭消费(东部已实行煤炭减量替代政策),环境治理力度加大。另一方面,据统计,已核准和“发路条”火电项目的发电能力已超过“十三五”新增电力需求。上述两种不匹配的情况,使得煤电定位模糊化。煤电是实现近零排放之后继续上大容量担任基荷?还是要上具有调峰能力的合适容量的燃煤发电机组来支撑大规模风电和光伏发电多发满发?未来的电源结构中煤电应该处于什么位置?
问题三:能源消费模式问题。我国传统电力发展基本遵循“扩张保供”的思路,单纯增加发电装机和输配电容量来满足日益增长的用电需求。在这种模式下,能源消费方式单一,需求侧资源的作用没有体现。近年来,随着市场化改革的推进以及需求响应技术、能源互联网技术等新兴技术的不断革新,需求侧可以挖掘的潜在资源也越来越多。
然而,当前存在的问题是:
尚未形成多元化的终端能源消费模式,缺少市场手段来充分挖掘需求侧资源;
缺乏需求响应技术平台,无法实现用户自由选择能源种类和能源供应商。
上述问题也是实现前面所提的“用能效率高效化、用能方式个性化、用能技术智能化、用能选择多元化”能源变革目标的最大障碍之一。
能源革命的着力点
着力点之一:电力体制改革、“十三五”规划――软平台
电力体制改革:在电力体制改革方面,要加快市场化改革进程,建立健全电力辅助服务市场以及容量市场,让燃煤发电从辅助服务市场上“挣大钱”,而在电能市场上只能“挣小钱”,并凸显需求响应资源的潜在价值,从而实现电力市场中多种能源、资源间的功能互补和价值匹配,为能源变革提供所需的市场环境。
“十三五”规划:在“十三五”能源规划方面,要强化能源统一规划,通过合理安排清洁能源发电与传统燃煤发电的组合优化,基于最大限度利用清洁能源的基本目标来配备燃煤发电机组的调峰容量,利用传统化石能源发电的可调控性、灵活性来弥补清洁能源的间歇性、波动性,从而促进清洁能源电力的高效消纳。
着力点之二:能源互联网――硬平台
能源互联网与能源技术变革的关系/结合点:广域电力网络互联技术;多能源融合与储能技术;能源路由器技术;用户侧自动响应技术;电动交通及其与电网的交互技术。
能源互联网与能源生产变革的关系/结合点:新型能源生产商业模式;降低能源市场的准入门槛;能源消费者可以同时成为能源生产者。
这样的场景,已经在欧洲很多地方出现,也是《第三次工业革命》的作者杰里米·里夫金所预言的:从现在起25年,数百万的建筑包括家庭住房、办公场所、大型商场、工业技术园区将会一物两用:即可作为发电厂,也可以作为住所。
未来,能源可能像信息一样,由你我在家里、工厂、办公室生产,并在能源互联网上与所有人共享。
联动的力量
自18世纪以来的200年里,燃烧煤炭、石油、天然气极大推动了人类工业化的进程。但随着化石能源越来越少、价格攀升、环境污染加剧,人类正在思考如何将取之不尽的太阳能、风能、地热能等可再生能源进行充分利用,以达到真正可持续发展的目的。
而我们现在所说的这些可再生能源,并不是平均分布在地球的每一个角落,如何让地球人都能分享到这些能源,杰里米·里夫金提出了能源互联网的概念,“就像使用wifi一样,通过互联网和能源的结合,我们可以很方便地进行能源共享。当地球的一半处于黑夜时,其富余的能源可以通过互联网智能地转移到处于白昼的另一个半球。
全球变暖的潜在灾难不得不让很多人开始反思人类所走过的历程,地球生物圈就像一个各部分不可分割的有机统一体,如果人类与其他形式的生命有力地交织在一起,形成共生共存的复杂关系,那么,我们都依赖于整个有机体,并要对其健康负责。履行这种责任就意味着我们在各自的社区生活过程中都要努力促进更大的生物圈的总体健康。
在展示新的生物圈概念上,罗马制定了一项40年期的总体规划,罗马的生物圈由三个同心圆组成;内圈包括具有历史意义的核心区和居民区,市中心有许多开放的工业区和商业圈;工业区和商业圈之外,形成农村地区,围绕着大都市。
这种生物圈模型注重不同区域之间的连接性,将周围的农业地区同商业区、历史核心区和住宅区恰到好处地连接起来,当地居民可以利用可再生能源发电,然后通过便捷的电网输送到各个地区。市中心将进行整修,以保证空间的开放性和道路的畅通无阻。
按照设计方案,工商业区将被设计成有着大片绿色空间的工作区域,该区的建筑是无碳大楼和工厂,它们使用的能源都是当地生产的可再生能源,而且集中供暖、集中供电,其他能源也是通过一体化的设备集中提供。
类似的工业园区已经在其他国家创建并开始运营。在西班牙,斯卡瓦尔卡科技园坐落在比利牛斯山脉的山谷中,是众多新兴工业园区中的一个典型。这些工业园区为几乎所有的生产活动提供可再生能源。斯卡瓦尔卡目前有十几栋办公楼已经投入运营,在这里开展业务的都是一些主流的高科技公司,包括微软、沃达丰和其他信息通信技术公司以及可再生能源公司。
从目前看,欧洲在这方面走在了前面,欧洲将自己的未来系于绿色能源,以太阳能为主的大型发电园区及风力发电厂已经开始在欧洲能源丰富的地方涌现。根据欧盟的计划,到2020年,欧洲获得的电力中将有20%来自可再生能源,到2030年这一比例将达到30%。
中国的优势
杰里米·里夫金指出,中国在不远的将来很可能取代欧盟,在某些特定技术领域取得领先地位,因为中国已经开始重视可再生能源的开发建设。但是,中国还没有完全理解将所有可再生能源连接起来形成整体互动系统给社会带来的巨大影响。
事实上,中国的一些企业已经认识到能源联动的力量,并不乏能源变革的实践者。新奧集团董事局主席王玉锁就提出了“现代能源体系”理念,并与西门子的智能电网技术合作,在青岛中德生态园中实施了泛能网技术,将太阳能、风能、水资源、地热、生物能等分散的可再生能源收集起来,通过智能网络进行整合、分配,最大限度地实现能源的有效利用并维持经济的高效、可持续发展。
在园区内,每一个建筑既是用能单位,又是产能单位,园区的绿色建筑、能源、土地等规划被整体考虑,最终整体园区的万元GDP能耗将控制在0.23吨标煤/万元。
新奥自主创新的泛能网技术,不仅可以将一个区域内可以利用的天然气、风能、太阳能、地热、潮汐等多种能源进行综合利用,更能以智能化的调配方式,实现不同能源的优势互补,同时还可以根据客户的不同需求,利用智能化的手段,实现对能源的梯级利用,满足不同企业之间的能源需求调配和互补。
不仅是新奥,国内越来越多的能源企业已经意识到能源变革时代的到来,开始加深以客户为导向的产、学、研联动和跨产业联合。如中石油、南方电网等能源企业与中移动共同建设智能电网,中移动将成立专业化的运营公司重点发展这一领域;华为也提出了数字能源解决方案,并与包括“三巨头”在内的国内企业在能源项目上进行合作;阿里巴巴也开始由电子商务涉足云数据平台的搭建与开发。
关键词:全球能源互联网;信息通信技术;节能环保
全球能源互联网的创建是中国2050年计划中的内容,改变了传统的能源发展观念,是中国政府积极应对气候变化所提出的倡议,借此来推动绿色、清洁的发展方式,以此来满足全球的电力需求。当前时代背景下,能源消耗问题已引起广泛的关注,尤其是在全球化趋势下,全球能源互联网对于解决能源问题、保护自然环境均有着十分积极的作用。而信息通信技术是全球能源互联网建立的基础条件,将全球能源网络相连接,在这一背景下,需要围绕全球能源互联网中的信息通信技术展开探究,而这对于全球能源互联网的发展有着十分积极的意义。
1能源互联网的信息通信技术框架
全球能源互联网综合应用信息通信技术、电力技术、智能技术,并且在分布式能量采集设备、储存设备以及不同的负载设备之间建立连接,通过这样的方式,达到能量双向互动、能量交换与共享的效果[1]。实际上,能源互联网是能源、网络、人力等不同方面共同参与其中的平台,以交互的方式来满足用户对于能源的需求,充分发挥出能源的价值。而信息通信技术则是支撑全球能源互联网建立的条件,能够将电网创建成为更加复杂、丰富的系统,利用云计算、大数据、人工智能等先进的技术为全球能源互联网的建成奠定了坚实的基础。
2支撑全球能源互联网的信息通信技术分析
2.1信息物理融合系统
信息物理融合系统(GCPS)是融合物理世界感知、计算、控制以及通信能力的系统。GCPS是对CPS理论的进一步深化,并且GCPS对电力系统的基本特点进行了充分的考量[2]。因此,智能电网的构成包括数据采集、计算以及电气等设备,同时电网、通信网之间存在实体互联的情况,由认知、控制、信息空间、转换以及连接等多个层面构成,实际上,这也表明了GCPS能够深度融合信息流与电力流,构成完整的系统发挥作用。在全球能源互联网的未来发展中,GCPS也发挥着至关重要的作用,承担起电网的决策、计算以及控制功能的创建任务,将电网物理、信息空间进行充分的结合,并且进行不断的互动,从而能够进一步开发全新的功能[3]。在这一情况下,电网的各方面能力都能够得到质的提升,其运行过程的安全性更强,数据计算处理的效率更高,信息的感知与传送能力更加迅速,使得电网的整体功能效率提升,同时也更加侧重于满足市场需求,提供高质量的服务。
2.2感知控制技术
全球能源互联网环境下设置有不同类型的分布式设备,其规模较大,设备数量众多,周围环境较为复杂,而这些设备的正常运行有着较为严格的标准与条件,要求具备高度敏锐的感知能力、全程化检测运行状态的能力、高精准度的操作能力等。因此,感知控制技术应用了全新型的传感器、传感网络技术,同时应用了智能芯片技术,具有自主控制能力,在此过程中使用了光学电流互感器、电压互感器、传感器、微电源、电网专用芯片等不同类型的设备与技术,实现在复杂环境下的运行[4]。集成了多种技术手段的感知控制技术,能够在电网运行过程中对电路、设备以及环境进行全面感知以及全程化的检测,并且进行智能化信息收集,通过这样的方式,对设备的监测更加全方位,且操作更加快捷方便,其精准度更高,有助于智能化电网运行机制的创建。
2.3数据集成技术
全球能源互联网意味着其覆盖面积大,能够满足实际范围内用户对于电力的需求,积极回应客户的要求,所处理的信息类型较为丰富,并且信息数量巨大,在这一情况下就对数据信息的处理水平提出了要求,从而才能够保证信息存储、处理以及配置的效力。而数据集成技术实际上就是将各个软件、硬件中所存储的信息进行统一、集成化的处理,打破信息限制,保证平台内的信息共享,其中信息空间、云计算等技术手段得到了充分的使用[5]。其中云计算技术实际上是对软件、硬件以及应用系统的广义硬件资源进行物理整合,并且对数据资源进行统一的管理与配置。在使用的过程中位置、容量等资源形态对正常使用并不会产生干扰,其使用的效率更高,资源的应有价值得到充分发挥。例如,在信息数据存储过程中,利用云计算技术能将大容量的信息全部存储在数据库当中,省去了用户安转硬盘的过程,设备成本投入得到降低,同时用户进行安全认证后,即可保存数据信息,电力数据的安全性更高。
2.4通信传输技术
全球能源互联网的形成对通信传输、接收水平均提出了较为严格的标准,针对这一情况,通信传输技术当中使用了软件定义网络、远距离大容量光通信、终端通信接入等多种技术手段,同时利用无线通信与地面通信进行结合,建立协同化的通信网络系统。全球能源互联网的创建中,特高压电网属于骨干网架,处于十分关键的位置,为了能够实现全球能源互联网的目标,达到跨越上千公里以上距离的电力传输效果,必须要制订跨越不同区域的长距离光通信网络技术规划,进行高特压的联网。因此,在全球能源互联的创建过程中,普通的光纤远远无法达到实际应用的标准,而是要应用超低损耗类型的光纤,以此来降低耗损,并且也更加适合应用在速率高、电容量大以及距离相对较远的电网工程之中,实际上该类型的光纤已在青藏直流联网建设中得到应用。在全球能源互联网的未来发展进程中,能源互联网通信系统的需求将会增加,以光路、光分组交换作为核心技术的全光网络技术也势必成为未来的发展重点。此外,全球能源互联网的建立中,通信传输技术必须要逐渐发展成为具有实时仿真特点的完整的计算系统,应用分布式仿真技术,能够随时处理信息流,从而协调电力。信息通信等不同部门之间密切配合,合理配置能源。
2.5信息处理技术
全球能源互联网的创建过程中,涉及大量的信息数据处理工作,而由于全球能源互联网的跨度十分大,包含了不同类型的数据信息,如时间序列信息、多媒体以及文本信息等,结构化、非结构化数据的处理工作具有一定的难度。与此同时,在全球能源互联网中需要深入挖掘信息的价值,其中数据处于核心的位置,在数据的连接下,处于世界不同地区的终端用户能够与电网上层应用之间建立连接,完善信息沟通的渠道。为了解决信息处理技术的问题,需要采用大数据分析的手段,实施分布式并行、内存等更高性能的智能化信息处理。其中利用大数据进行信息处理需要将数据置于核心的位置,并且围绕充分开发信息价值的目标而进行,在此过程中需要收集、处理、分析新数据,进行高效、高速的信息处理。通过这一方式,有助于在全球范围内实现电网数据的线上处理,推行大数据下的电力服务,从而及时对电网设计规划、运行等进行相应的调整,对电力负荷的需求进行预测与规划[6]。
2.6安全保障技术
全球能源互联网的建设过程中面临着潜在的风险,由于服务、功能的类型更加丰富,与用户之间的互动性增强,网络的边界不明晰,与此同时,全球化能源网络意味着网络环境对外开发,实现资源共享,因此,网络系统势必会遭受到更加强烈的攻击,信息安全保护工作面临压力。在这一情况下,信息安全保障技术的应用尤为关键,利用加密、安全感知等全新的技术,创建智能化、弹性化的信息安全防护系统。使用的全新加密技术是数据密码、访问的控制技术,信息后,依照属性、访问密码自动生成密文,不仅有效保护了隐私信息,同时也降低了者在数据加密中的投入[7]。与此同时,满足访问策略属性的用户有权解读密文中的信息,进一步增强的信息的安全性。
3结语
综上所述,随着现代人环境保护意识觉醒,经济发展不再是社会进步的唯一指标,越来越多的人开始意识到环境保护的重要价值,因此在产业经济发展过程中,节约能源、保护环境受到重视,以绿色、清洁的方式来满足人们对于能源的需求成为未来社会发展的趋势。而信息通信技术则在其中发挥着至关重要的作用,其中感知控制技术、数据集成技术、信息处理技术、安全保障技术以及信息物理融合系统都发挥着重要的作用,需要进行充分的开发利用,挖掘潜力,最终进一步推动全球能源互联网的快速、稳定发展。
参考文献
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[2]曾鹏飞,梁云,王瑶,等.全球能源互联网信息通信标准体系架构研究[J].智能电网,2016,4(9):851-856.
[3]张琼尹.基于软件定义的能源互联网信息通信技术探讨[J].信息通信,2016(9):275-276.
[4]阮滟娴.探究能源互联网下的信息通信技术及可靠性[J].通讯世界,2017(8):120.
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[6]夏飞,邹昊东,徐晓海.浅析信息通信技术在能源互联网中的应用[J].网络安全技术与应用,2017(7):128.
关键词能:源互联网;信息通信;关键技术
引言
当今社会,信息作为重要的社会资源,对于很多行业的发展有着至关重要的影响,例如对于电网来说,通过信息通信技术的使用,能够有效的实现电网智能化、互动化以及大型电网的运行控制,信息通信技术主要包含了信息以及通信两个重要方便,首先信息技术主要指的是对于信息的编码或者是解码,技术包含了信息数据的收集、转换、储存、传输、处理、检索分析以及使用;其次通信技术主要指的是信息数据的传播,主要技术流程包括信息的传输接入、网络的交替、移动通信、无线通信、卫星通信以及专用通信等方面,能源互联网关键技术主要包含了新能源发电技术、大容量的长距离电网输送技术、电力电子先进技术、先进的储存技术、信息技术等,能源互联网信息通信技术是能源互联网关键技术的重要组成部分。
1能源互联网信息通信架构
从全球层面来说,首先能源互联网主要是综合了当今社会先进的信息通信技术、电力电子先进技术以及智能化管理控制技术,同时将分布式的能源采集设备、能量储存装置设备以及多种类型的负载进行互联,共同组成的新型电力网络节点,通过各种技术以及节点的相互连接和协调,最终实现能量的相互流动,使得能源能够实现对等交换和网络的共享。所以说能源互联网是人、源、荷以及网各种能源资源共同协调实现互联的一种基础性平台,将能量以及信息进行双向对等的流动,以此来实现信息的共享,实现各种资源的相互连接,同时通过信息的融合和对等流动共享来创造更多的价值。其次从调控架构的角度来看,能源互联网在体系构建以及智能管理的模式上主要是以集中化的管理模式为主,同时兼具分散以及合作自主管理的模式,同使能源互联网体系网络组网以及体系的物理承载方式都可以使用现代化智能通信信息资源。
2能源互联网信息通信关键技术
2.1数据信息管理技术
数据管理主要是针对信息数据的收集、整理以及分析整理过程的管理,信息数据的收集内容主要指的是各种源头数据的通用收集和整理,同时还包含了各种在线应用系统收集的同步数据以及对网络接口信息数据收集整理工作的统一管理。而对于数据信息的质量控制主要是依靠数据处理迷行以及信息资源编目来完成的,通过建立信息数据质量自动化检测和控制体系构架,来有效的实现对每一个数据的质量检测,检测的过程主要是针对数据形成、使用以及废弃整个过程,对每一个数据过程阶段进行有效的质量监控。
2.2感知控制技术
从能源互联网信息通信架构中可以看出,能源互联网系统结构中分布式的设备接入种类相对较多,例如电网系统来说,数量相对比较庞大,整个系统设备环境相对比较复杂,所以对于能源互联网分布式设备的感知、运行状态监控等都需要稳定性以及精确度比较高的设备来进行,所以就需要新型的传感器、传感网以及能够进行自主控制的职能芯片技术,同时分布式设备组成还涉及到了光学电流互感器、电压互感器等传感器设备,为了提升能源互联网系统设备的稳定性,还需要借助低功耗高精度的电力通讯集成电力设计技术以及电网专用的可靠性芯片技术,通过这些技术的融合使用,能够实现电网设备、电网线路、电网环境的实施精确监控,对系统进行智能化的管理,提升智能化管理的整体水平。
2.3远程监控技术
对于远程监控关键技术的分析文章主要借助油田信息通讯管理技术来进行,数字化的油田能够有效的实现对石油生产开采过程的远程实时监控,油田生产开采远程监控系统能够通过网络技术实现对油井供图、压力变化、温度交替、电流变动以及功率变化的实时监控传输和数据分析,通过对油井供图、压力变化、温度交替、电流变动以及功率变化等信息的监控,能够对石油生产状况和进度进行实时有效的监测诊断。通过使用远程监控技术能够实现对产量的计算,使用电能消耗的分析方式能够计算统计以及控制抽油设备的平衡运行,通过对设备信息的远程监控分析和诊断能够对油井生产工作参数进行比较和设计优化,通过对油井的优化设计和信息资料诊断可以针对具体问题制定合理的解决措施。
2.4信息数据集成技术
现阶段,全球能源互联网的覆盖范围相对比较广泛,所以就对信息数据系统的资源配置、数据的储存以及分析处理提出了更高的要求,大量数据需要进行整理和分析使用,所以就需要对不同软件以及硬件支持下的平台信息数据进行集成化的管理,通过数据的集成逐步的实现全面的信息数据共享,而这种全面的信息数据共享需要云计算、云储存、信息融合等技术的支持。这里我们以信息数据的存储为例,给予云计算的信息数据的存储也被称作是云存储,云存储能够将大量的信息数据包存储在系统网络数据中心中,而用户端的设备不需要并不需要安装大容量的硬盘来存储这些信息数据,例如电网系统来说,使用云存储技术能够大幅度的降低系统设备的成本投入,用户在需要相关数据信息的时候只需要通过安全认证之后就能够提取所需的资料,一般,系统都是使用分布式的存储形式来存储信息数据,为了提升信息数据存储的可靠性,通常都是使用冗余存储。
结语
当今社会,科技和信息技术的发展能够为不同的行业提供不同程度的帮助,能源互联网信息通信关键技术是多种先进技术的高度融合,能源互联网作为现有能源基础设施的完善和补充,主要体现在分布式的新能源接入等方面。能源互联网关键技术的应用能够逐步的实现信息的交互,同时信息通信技术的支持又能够推动能源互联网的发展,所以对于整个社会来说,要抓住能源互联网信息通信关键技术的核心,更好的将信息通信技术应用于行业发展中。
目前,可用的新能源主要有风能、太阳能、地热能、海洋能、核能等。与此同时,世界各国还在不断地寻求更多的新能源。1968年,美国科学家彼得・格拉赛提出建造空间太阳能电站。他认为,在地球静止轨道上部署一条宽度为1000 米的太阳能电池阵环带,假定其转换效率为100%,那么它在一年中接受到的太阳辐射通量接近于地球上已知可开采石油储量所包含的能量总和。
在核能技术利用方面,欧盟一直支持核能的持续发展。2015年,美国和中国成功地进行了第一代核聚变装置的放电实验。这项技术的成功,在一定程度上为解决未来能源问题提供了可能。
近年来,我国在能源转型变革方面加快了行动步伐。一方面,发展以煤电为代表的传统能源的高效、超净发电技术,另一方面,促进以“互联网+”为特征的新能源发展。目前,我国的能源转型已经落实为实在的行动计划。
绿色低碳战略明确提出,到2020年,我国的非化石能源占一次能源消费比重将达到15%,天然气比重达到10%以上,煤炭消费比重控制在62%以内。而中美气候变化联合声明提 出,中国计划在2030年左右二氧化碳 排放达到峰值。此外,还有火电“50355”改造,以及《煤电节能减排升级与改造行动计划》。
然而,能源的变革和转型并非一帆风顺。我国的风能、太阳能发展也遇到了瓶颈,即消纳难的问题。2015年,全国平均弃风率达15%,有些地区甚至高达30%。如果这一问题得不到解决,新能源的发展就无法持续。
如何解决新能源消纳难的问题?电能最大的特征是电荷不易大规模存储。储能作为一项重要的技术,在一定程度上能够解决电荷存储的问题,但目前的储能技术还无法实现电荷大容量、大功率的存储。因此,电力系统需要用动态思维来考虑这一问题。
传统电力系统是通过发电侧功率的变更,来满足用电侧随机波动的需求,从而维持能源的平衡和电力系统的安全稳定。传统发电具有“一次能源可储、二次能源可控”的特性。然而,对于包括风能、太阳能在内的新能源来说,无论是集中式还是分布式,最大的特征是具有间歇性、波动性及随机性。新能源与传统能源最大的区别是“一次能源不可储、二次能源不可控”。随着新能源比例越来越高,电力系统不仅需要应对随机波动的负荷需求,还要接纳不确定的电源接入,这就要求新能源作为一次能源必须实现可储,其发出的二次能源必须实现约束可控。因此,随着新能源逐渐成为电力系统的主体,电力系统需要在随机波动的负荷需求与随机波动的电源之间实现能量的供需平衡,而电力系统的结构形态、运行控制方式以及规划建设与管理也将发生根本性变革,由此形成了以新能源电力生产、传输、消费为主体的新一代电力系统,即新能源电力系统。
传统系统向新能源系统演变
新能源电力系统从现有的、运行了一百多年的电力系统过渡而来,这是一个逐渐演变的过程。在新能源电力系统中,电源侧、电网侧、负荷侧需要从大系统的理论和观点来进行统一考量。 首先,在电源侧,包括火电在内的传统能源,以及包括风电、太阳能在内的新能源,都应该与电网保持友好。在今后较长的一段历史时期,将是传统化石能源与新能源共同使用的“混合能源时代”。以煤电为代表的传统电源将转换角色,由过去单纯的电源转变为可以与新能源进行调节、 匹配及互补的电源。传统电源需提高可调度性和电网友好性,从而提升调峰能力,来平抑风力发电、太阳能发电的随机波动性。因此,传统电源的弹性运行将是解决未来我国消纳大规模清洁能源的根本途径。
我国目前建设了数量较多的超超临界机组。然而,据统计大部分超超临界机组在实际运行中,75%的时间处于亚临界运行。因此,在我国火电运行小时数普遍下降的情况下,应当新建和改建一批火电调峰机组,其中60万~100万千瓦的超超临界机组可进行基荷运行,30万~60万千瓦的机组可进行弹性运行,30万千瓦及以下机组则通过改造实现循环启停。这样一来,火力发电系统将成为成体系的调峰机组系统。因此,国家对新能源发电补贴应逐渐转变为对调峰电源(含储能电源)的补贴。
其次,在电网侧,我国的特高压技术实现了大容量、远距离、高效率的输送,解决了能源分布不均衡这个重大问题。
最后,在负荷侧,需要形成新型 用电方式、建立供需系统机制。这需要通过技术手段、市场手段、价格手段来引导用户转变用电方式,让他们主动参与到电网友好型的互动中,从而实现新能源电力系统的供需平衡。以可平移负荷资源利用和储能装置为例,电动汽车是典型的集成储能装置,具有交通工具和储能电池的双重属性,既可以从电网受电,也可以向电网配电,能在电网运行中发挥巨 大的调节作用,促进新能源消纳。按照2020年规划,我国的电动汽车将达到500万辆,如果每辆电动汽车能提供充放电功率7千瓦,那么,500万辆电动汽车将是一个巨大的移动储能电 站,能够为电网提供7000万千瓦调节 容量,这相当于我国电网当前总装机容量的5%。包括微电网在内,所有复杂的电网结构都离不开智能的调度和 控制,唯有此才能实现区域内的电力平衡。
随着电源侧、电网侧、负荷侧各 项新技术的共同发展,传统电力系统将逐步向新能源电力系统演变和迈进。未来,当非化石能源比重达到60%时,新能源将成为主导能源。这时,新能源电力系统能够实现新能源技术和信息技术的高度融合,可以借助多源互补、源网荷协同等手段,实现电力生产、传输、供应与消费的网络化、信息化与智能化。新能源电力系统不仅能够适应可再生能源间歇性、随机波动性特性,还能满足电能用户安全、便捷、可靠的用电需求。发展全球能源互联网的核心
当前,人类还处于化石能源的时代,对石油、天然气、煤炭等化石能源的依赖度依然很高。由于资源分布不均衡,许多国家的能源资源依赖于国际能源供应。例如,石油传输已在全球范围内形成了七大海上通道,天然气传输也形成了一批远距离、跨国、跨洲的输送通道。
未来,日益枯竭的传统化石能源将被风能、太阳能等可再生能源逐步替代。然而,全球的风能、太阳能资源同样存在分布不均衡的问题, 需要在全球范围内实现资源的配置。 新能源资源的配置只能以电能输送的方式实现。因此,以特高压电网和智能电网为核心的全球能源互联网是新能源时代全球能源配置的必然选择。
我国特高压发展迅速,已建成和在建特高压工程的输送距离达3.27万公里。未来,如果特高压的输送距离能够达到5000公里以上,那么电能配置的范围将达到1万公里,这相当于 地球赤道周长的1/4。这为清洁能源在 全球范围内优化配置提供了强大的技术支持。
中国提出了构建全球能源互联网的倡议,并提出从国内互联、跨国互联到洲际互联的行动计划。我国在新能源、特高压、智能电网等领域的基础研究、技术开发和工程应用等方面,已经具有领先优势,这为建设全球能源互联网奠定了坚实的基础。