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周孝信:能源转型中构建中国新一代电力系统

国家目前正在实施新一轮电力改革,新的电力系统构建也是其中之一。展望几十年后的的电力系统,究竟是什么样子?是否如科幻小说一样神奇呢?

从现代能源系统生产、消费和配置各环节看,均意味着电力将发挥更加重要的作用,电力系统转型是实现我国能源转型的主要支撑。大幅提高非化石能源电力占比,形成非化石能源为主的电源结构是新一代电网的重要标志,在智能电网发展的基础上构建更加智能化和多能互补的能源互联网是未来发展方向。

近日,中国科学院院士、中国电力科学研究院名誉院长周孝信在相关大会上发表了题为“能源转型中构建中国新一代电力系统”的主旨演讲。他从能源和电力系统转型、新一代电力系统的主要特征以及关键技术等三大方面为大家精彩描绘了新一代电力系统的美好蓝图,并描述到,未来电网既能输送电力,又能输送天然气。

周孝信院士的观点详实而超前,华夏能源网特别将演讲编辑整理(内容有所删减),以供大家参考:

能源和电力系统的转型

国家发改委、能源局先后在2016和2017年发布了关于电力和能源发展的“十三五”规划以及能源生产和消费革命的战略指标。目前能源消费中,煤炭占比60%以上,而国家的战略目标中,非化石能源占50%。剩下的50%就是油气和煤炭,最好的结构是油气能保持在30%左右,剩下的20%就是煤炭,这是一个宏观的设想。

2017年,煤电占比是装置容量58%,电量占66%,人均用电量是4537千瓦时,非化石占比13%多,能源消费总量45亿吨。而国家的能源消费总量总体目标是2020年50亿吨,2030年60亿吨,2050年55亿吨;非化石能源占比2020年15%,2030年20%,2050年50%;人均用电量2020年5000度,2030年6000度,2050年9000度,9000度达到了发达国家的平均水平,比欧洲的水平还要高,我们后来根据十九大的报告做了一些分析,未来可能人均用电会超过9000度,再结合我国的国情来看,未来煤电一定要转型。

电力系统是能源系统里一个非常主要的组成部分,它有两跟连线的曲线,一条是发电量的曲线,或者叫用电量;一条是装机容量曲线。目前,煤电发电量的比重是70%左右,且在逐步降低,预计到2030年,非化石能源的发电量将超过煤电发电量。

新一代电力系统的主要特征

10年前,电网的概念是广义电网,包括电源、网络传输、用电负荷。而国家电网公司提出的进一步发展的目标,是加快建设以智能电网为核心,以新一代电力系统为基础的能源互联网。其战略目标是建设具有卓越竞争力的世界一流能源互联网企业。核心任务是打造广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可靠的新一代能源系统。

新一代电力能源系统具备四个特征:

1.高比例可再生能源电力系统。新一代电力系统定的目标很高,核电要占一部分,可再生能源要占相当大的一部分,但是从现在的实际情况来看,高占比已经在西北、北部一些省份和地区实现。2017年全国并网风电装机达到1.63亿kw,太阳能发电装机突破1亿Kw,达到1.3亿Kw,其中分布式光伏2966万Kw。但是其特点是资源的分布非常不均匀,主要的可再生能源包括风能、太阳能、水能集中在西部。

2.高比例电子装备电力系统。西电东送就采用了大规模的直流输电。由于大规模的直流输电和分布式发电进入电力系统,对电力系统的运行、控制带来相当大的挑战,整个系统的惯量减小,意味着这个电量里面发生一个小的事故它的反应就会很快,这会造成非常大的安全隐患,所以现在正在急迫解决之中。

3.多能互补的综合能源电力系统。能源互联网的第一要义,即互联网+智慧能源,就是能源互联网,但是它存在的一个重要意义就是多能互补,用互联网的思维来指导我们能源系统的发展,实现多能互补。这个多能互补又分成两部分:源端基地综合能源电力系统和终端能源电力系统。

4.信息物理融合的智能电力系统。这一特征实际上就是能源互联网。

新一代电力系统的关键技术

1.高效低成本太阳能风能发电技术。除了光伏发电以外还有光热发电,光热发电怎样从技术层面大幅度的降低成本?这就要根据太阳能光复发电的成本下降情况来讲,近10年来我国光伏组建价格从每瓦近50元左右降到2—2.2元左右;光伏逆变器价格从每瓦2元左右降到0.2元;整个光伏系统成本从每瓦60元左右降到5元左右。这主要得益于技术的进步和材料的进步。

2.高效低成本长寿命储能技术。目前电力系统用的储能有很多种:物理储能,像压缩空气等储能;化学储能,得益于电动汽车的发展,动力电池要求高功率高能量特性,而电网的储能和动力电池不完全一样,并不要求太高的功率特性,但是要求储能的能量要大。

3.高可靠性低损耗电力电子技术。在这方面,期望目前的IGBT能够国产化,特别是用在高压输电、特高压输电里面的晶门管和IGBT,能够大部分采用国产的设备。电网涉及整个社会的生产和消费所以搞电网的人非常慎重,因此提倡高可靠性低损耗的电力电子技术。我国目前IGBT做的不错,怎样进一步降低损耗提高可靠性?未来值得研究。

4.高强度绝缘技术和超导输电技术。还有一些其他新型的输电方式,也包括GIL,就是气体管道线路,比如江苏做测高压交流输电,要跨过长江,造价很高,需要几十亿,如何降低它的成本?用管道输电,包括将来开发西部的水电,水电跨过高山(4000—5000米的高山),挖一个隧道过去,有没有这个可能?

现在有一个新的理念,就是让一条管道既能送电又能送气,叫“能源管道”。这是国家现在重点支持和全力研究的项目,把天然气和超导结合在一个管子里,超导需要冷却,液化天然气也需要冷却,它的冷却在110度K,其落地情况拭目以待。

5.新一代人工智能技术。电力系统里如何合理利用人工智能,包括:解决哪些问题、底层还是传感、人工智能平台、大数据、机器学习、计算机视觉、自然语言处理,智能机器人等。

作者:冯优

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