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中科院院士院士周孝信：能源轉(zhuǎn)型中我國新一代電力系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢

2017-12-01 14:30:23 電力頭條APP　點擊量：評論 (0)

2017城市能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展（北京）論壇暨能源互聯(lián)網(wǎng)示范項目建設(shè)與合作研討會于2017年12月1日在北京裕龍國際酒店一層宴會廳舉辦。主題報告環(huán)節(jié)主持人：中關(guān)村能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟秘書長王百升主題報告演講者：

2017城市能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展（北京）論壇暨能源互聯(lián)網(wǎng)示范項目建設(shè)與合作研討會于2017年12月1日在北京裕龍國際酒店一層宴會廳舉辦。

主題報告環(huán)節(jié)主持人：中關(guān)村能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟秘書長王百升

主題報告演講者：中科院院士院士周孝信

演講主題：能源轉(zhuǎn)型中我國新一代電力系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢

下面為您帶來周孝信院士的精彩演講

周孝信：

我今天題目叫做“能源轉(zhuǎn)型中我國新一代電力系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢”。主要內(nèi)容有幾個：

第一，能源轉(zhuǎn)型與電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。搞了一輩子電力系統(tǒng)，電力系統(tǒng)要不要轉(zhuǎn)型。

我國能源轉(zhuǎn)型與革命的目標。習總書記2014年提出了能源發(fā)展戰(zhàn)略思想，從那時候開始，給我們指明了方向。

我個人理解，以可再生能源逐步替代化石能源，實現(xiàn)可再生能源，清潔、低碳、高效能源體系，在一次能源生產(chǎn)和消費中占更大份額。它是新一代的能源系統(tǒng)，是我們能源革命核心目標。

能源轉(zhuǎn)型主要指標在我們國家發(fā)改委和能源局，他們在去年發(fā)布的一些規(guī)劃和戰(zhàn)略里面，2020年一次能源消費總量是50億噸標準煤，非化石能源占一次能源消費15%以上。電力也有相應(yīng)的目標，在“十三五”里提出來。

2030年，能源消費革命的戰(zhàn)略進一步的明確這樣一個思路。特別提到2030年初步構(gòu)建現(xiàn)在的能源體系，還有很重要特征，非化石能源發(fā)電量在2030年，力爭達到50%，2050年非化石能源占比超過一半，要建成這樣一個現(xiàn)代能源體系，就是清潔低碳安全高效這樣一個體系。

關(guān)于一次能源的消費，消費結(jié)構(gòu)情況，這個現(xiàn)在看來有不同的一些想法，一個情景一一個情景二，整個一次能源消費里面到2050，煤占20%，油氣占30%，非化石能源占50%。煤占得比較多，2050年，煤占40%，油氣30%和化石能源30%，這個戰(zhàn)略和國家戰(zhàn)略不符。

2050年的情況還比較遠，2030年，大家一件基本上是一致的。

能源轉(zhuǎn)型過程里邊，我們電力系統(tǒng)起什么樣的作用？剛才講非化石能源在一次能源消費中占比，比重，這個指標是非常核心的指標。指標要依靠什么來完成？事實上是依靠電力系統(tǒng)發(fā)電來完成，什么發(fā)電？非化石能源發(fā)電完成，占比要占整個非化石能源90%以上，主要是水電、核電、太陽能發(fā)電、風電、生物質(zhì)這些加起來。要想實現(xiàn)國家能源轉(zhuǎn)型目標，電力系統(tǒng)首先要轉(zhuǎn)型。

我們用一個很簡單的模型做的計算，基于國家能源發(fā)展戰(zhàn)略目標來估算電力怎么辦。算下來的情況，就是這張圖。2020年的情況，2030年和2050年的情況。2020年，戰(zhàn)略聯(lián)盟，提出能源消費總量是50億噸標煤，非化石能源占比按15%，人均用電按5千度，非化石能源的電量占比34.5%，這些完全可以實現(xiàn)。

2030年的情況，能源消費60億噸標煤，非化石能源占比20%，人均年用電量按6千度算。算的結(jié)果，裝機容量要到27億千瓦/時，非化石能源發(fā)電量占比接近50%，剛才提到那個指標，戰(zhàn)略報告里邊提出要50%，我這算下來48%，也都差不多50%。

2050年的情況，人均消費總量還要降低，按55億噸標煤，我們很大提高能源利用效率，效率增長使能源消費總量可以降低，我們最近做過一些分析，認為完全是沒問題的。非化石能源占比25%，人均用電量按9千度算。裝機容量到50億千瓦。還有非化石能源電量占比，占78%，扣除核電10%，剩下70%左右是由可再生能源來提供的，包括水、電、風電、太陽能。要想達到我們國家的戰(zhàn)略目標，就必須這樣做。2050年這樣一個情況，高比例可再生能源能不能在電力系統(tǒng)里運行，我們最近也做了研究，模擬往下算，應(yīng)該是可以的，但是條件是什么？需要更多的儲能，網(wǎng)間的傳輸線路要加強，另外我們發(fā)電資源靈活性要更高，包括火電。在這樣的情況下是可以運行的。我們也有個數(shù)，今天沒有說，因為報告還沒出來。

這是剛才算的結(jié)果，做的一個趨勢。能源轉(zhuǎn)型和電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，從國家標來看我們電力系統(tǒng)必須轉(zhuǎn)型。

第二，新一代電力系統(tǒng)及其主要技術(shù)特征。

哪幾個技術(shù)特征，歸納四條。一條，高比例可再生能源，電力系統(tǒng)里面將來是高比例再生能源，發(fā)電量要達到70%，裝機容量就更高了。第二，高比例的電力電子裝備，這是和可再生能源相關(guān)，西部清潔能源東輸，直流輸電。第三，多能互補的綜合能源電力系統(tǒng)，以電力系統(tǒng)為中心，多種能源協(xié)調(diào)、互補，提高能源利用效率。第四，信息物理融合的智能電力系統(tǒng)，在智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)上擴充，所謂深度融合比原來那個想法可能更進一步。

什么叫新一代電力系統(tǒng)？在幾年前我曾提出三代電網(wǎng)，第三代電網(wǎng)是新情況下，電力系統(tǒng)發(fā)展和原來是不一樣的，和上個世紀前50年，小機組小電壓的情況，和后幾十年大機組超高壓的情況不一樣，化石能源講日漸枯竭，環(huán)境要求越來越高，全球氣候變化等等原因，第二代電力系統(tǒng)，依靠大電網(wǎng)超高壓，不可持續(xù)的模式，要轉(zhuǎn)型，轉(zhuǎn)為第三代電力系統(tǒng)，可再生能源和清潔能源發(fā)電為主，骨干電源分布式電源結(jié)合，主干電網(wǎng)和局域網(wǎng)結(jié)合。一句話，基于可再生能源和清潔能源可持續(xù)發(fā)展綜合能源電力發(fā)展的模式。

高比例可再生能源系統(tǒng)，實際上目前西部、北部一些省份是高比例了，像新疆已經(jīng)超過了35%，像甘肅，41%，這些都是比較高的。即便是內(nèi)地的省份，它的比例不高，但是絕對值也是很大，像山東、江蘇這些。看未來情況，這個比例還要高，未來的方向，從技術(shù)來看一定是高比例，可再生能源系統(tǒng)，帶來一些問題。包括未來還要繼續(xù)發(fā)展，風電成本逐步降低，光伏成本逐步降低等等還有光熱發(fā)電，當然也面臨系統(tǒng)著大挑戰(zhàn)，在西部面臨可再生能源進入弱電網(wǎng)的挑戰(zhàn)，還有棄風棄光這些技術(shù)問題，我們希望通過技術(shù)問題解決，重要的還是體制問題。

第二個，高比例電力電子裝備。首先我看直流輸電。右邊這張圖，把特高壓直流發(fā)電放在這個圖上，這個都有數(shù)據(jù)，不細說了。這個發(fā)展還是很大很快，有一些工程在建設(shè)之中。還有新發(fā)展，柔性直流輸電。它有很多的優(yōu)點，傳統(tǒng)的直流輸電遇到一些困擾，比如換相失敗等等問題，柔性直流輸電，通過新一代的輸電，已經(jīng)在一些地方做一些示范的工程，而且現(xiàn)在正在對于一個張北到北京四端柔性直流輸電工程，也算示范工程，核準開始建設(shè)，據(jù)說是很快。

大電網(wǎng)，像風能、太陽能、光伏接入電網(wǎng)都是里邊變流器接入。

高比例電力電子裝備電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性問題，還有慣性減小，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中等干擾不怕，因為有慣性，發(fā)電機的轉(zhuǎn)子，里邊儲存的能量可以對系統(tǒng)頻率擾動抑制變化，接入電網(wǎng)都是變流器逆變器，使整個慣性大大減小，對我們是很大的挑戰(zhàn)，現(xiàn)在正在想辦法解決。包括逆變器、變流器里邊能不能加以控制，和儲能配合。

第三個特點，多能互補的綜合能源電力系統(tǒng)。

我們分成兩類，一個是源端基地綜合能源電力系統(tǒng)，我們國家從可再生能源發(fā)展，最豐富的資源還是在我們國家西部，從未來2050年發(fā)展，我們需要幾十億千瓦的風能、太陽能，純粹依靠東部的分布式發(fā)展還是不行不夠，還是要在西部大規(guī)模的發(fā)展，發(fā)展，你就得當?shù)卦趺窗阉闷饋恚徊糠州斔统鰜怼＿@個就是搞一個綜合能源系統(tǒng)。首先西部可再生能源包括一部分常規(guī)的能源，把它互聯(lián)起來，相互補充，實現(xiàn)多能互補，中東部的輸電，很大程度上提高東部線路上的利用率。另外一個，我就地利用，這個事以后做？為什么？我們沒有那么多能力，把幾十億千瓦的電往東送，是不可能的，我們做了一個簡單的分析，幾年前，西電東送到底你有多大的可能性？你送多大的容量就差不多了，我們是4.5到5.5億千瓦，目前是多少？目前1.7億，我們十三五是2.7億，在西部還是要就地轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化成不同能量的形式，保證儲能、氫能，還有金屬空氣電池等等，多種多樣的辦法，我認為是必須的。儲能我們眼界要寬一點，還要考慮別的，我們國家能源確實需要西部的能源往東部輸送，純輸電是做不到的，我們做電力系統(tǒng)，不要把這些都壓到電力系統(tǒng)身上，它做不完。

還有一個，終端消費綜合能源消費系統(tǒng)。這個大家都很清楚，用戶的多能互補，包括區(qū)域、城市、園區(qū)等等，熱電能聯(lián)產(chǎn)，多種能源的互補，最大的好處能源利用效率可以大幅度提供。

第四，信息物理融合智能電力系統(tǒng)。

智能電網(wǎng)基礎(chǔ)上，我們進一步到能源互聯(lián)網(wǎng)，這個能源互聯(lián)網(wǎng)，核心的意思是三個層次，一個是以電力系統(tǒng)核心和紐帶，多種能源互補互聯(lián)互通的能源網(wǎng)，我認為能源互聯(lián)網(wǎng)首先是一個能源網(wǎng)不是單純的信息網(wǎng)。通過多能互補，大幅提高能源綜合利用效率。第二點，能源系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深度融合的信息物理系統(tǒng)。這兩方面的含義，一個以互聯(lián)網(wǎng)思維和技術(shù)改造傳統(tǒng)電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)的思維是垂直，我發(fā)電你用電，現(xiàn)在看來需要互聯(lián)網(wǎng)這個思維，要辨別，以用戶為中心，它也可以提供一部分能源等等，供能單位還要為它創(chuàng)造價值。這個是改造電力系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)，大幅提升能源電力系統(tǒng)的靈活性、適應(yīng)性、智能化和運營管理水平，大幅度提高接收波動性可再生能源的能力，助力能源轉(zhuǎn)型。我們電力要學習互聯(lián)網(wǎng)的做法，另外互聯(lián)網(wǎng)也要學習我們，早期互聯(lián)網(wǎng)就是學習電力系統(tǒng)，電力系統(tǒng)能做到的事它做不到，十幾年前，你們電力系統(tǒng)太好了，電機插電就有了，我們不行，我們不能一插計算能力就有了，分析信息就來了，現(xiàn)在都可以做到，所以我覺得這兩種網(wǎng)一個信息網(wǎng)一個是我們的電力網(wǎng)、能源網(wǎng)，相互之間深度融合，首先是理念深度融合，完了是技術(shù)深度融合。第三，以用戶為中心能源電力運營商業(yè)模式和業(yè)務(wù)業(yè)態(tài)，向用戶提供便捷互動的能源、電力綜合服務(wù)，助力能源市場化和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高人民生活質(zhì)量。

下面幾類技術(shù)突破和全局性影響，我把它歸結(jié)五條。

第一，高效低成本太陽能風能發(fā)電技術(shù)。真是說達到這樣一個高比例的水平，你的成本必須降低，而且效率要提高。現(xiàn)在看來還達不到這點，這些年進步非常快，特別是太陽能發(fā)電進步非常快，真正說實現(xiàn)我們最后的目標，實現(xiàn)轉(zhuǎn)型必須要做到。

有重點突破的技術(shù)，一個是光伏電池要提高效率，現(xiàn)在實驗室做效率可以很高，工業(yè)化的生產(chǎn)還實現(xiàn)不了，聽說是20%不到的水平。

第二，寬禁帶半導體電力電子器件。現(xiàn)在半導體比較脆弱，電力電子比較脆弱，一個是體積也大，頻率高，效率損害就比較大，波載能力也比較低，怎么辦？要新一代的電力電子，就是寬禁帶半導體的電力電子器件。但是難度也很大，但是我覺得，也是必須突破的。

第三，儲能技術(shù)。我們在現(xiàn)有的儲能、儲電技術(shù)進步基礎(chǔ)上要進一步的發(fā)展，而且擴展我們的儲能的視野，不僅僅儲電還有儲熱還有儲別的，儲金屬。使我們的儲能在未來電力系統(tǒng)中發(fā)揮一個非常關(guān)鍵的作用，沒有它是不行的，這個技術(shù)上還要進一步突破。

第四，先進輸電線路技術(shù)。大家去過西北沒有，河西走廊，最窄的地方十幾公里寬，那里邊密集排列了西能東輸各種各樣的線，包括高壓輸電線包括輸油管道、輸氣管道都在那兒過，將來大量西電東送，我走廊是不夠的，怎么辦？想辦法，技術(shù)突破，一個突破高強度低成本絕緣技術(shù)，使我們的線路，不一定用架通線，我們底下走電纜，成本要低、強度要高，這是有可能做到的。還有一個，我們用超導輸電。最近有一個項目要進行研究，就是管道又輸電又輸燃料，每鋼人超導輸電管子里邊也輸氫，也是一個輸能管道。電壓是直流輸電，里邊還送一部分氫氣，液態(tài)氫。當然這僅僅是一個設(shè)想，十幾年前，我把它圖拿來，但現(xiàn)在這么多年沒有進展。現(xiàn)在超導技術(shù)也有進步，我們很有想法，也是專家?guī)啄昵疤岢鰜恚疫@管道不要通氫氣，可不可以直接通液化天然氣，它的溫度是110度K，溫度比較高，這么高的溫度，超導材料還沒做到這么高，高溫超導沒高這程度，現(xiàn)在是93K五，我如果把超導天然氣液化溫度降到這樣一個范圍，提了25度到90K，這個時候兩個就配起來，又能輸液化天然氣混合氣體又能輸電，這是最近發(fā)布的重點專項，《行動指南》里有，這是前幾年專家提出來的設(shè)想，如果能實現(xiàn)當然非常好，目前還是一個理念能不能實現(xiàn)的問題，能實現(xiàn)成本到底怎么樣，是下一步的問題。

第五，人工智能。人工智能大家談得很多也很關(guān)注。到底會起什么作用？工業(yè)部門、電力系統(tǒng)、能源部門起什么作用，這個還是要繼續(xù)探討，電科院準備做這個工作，在準備進行研討了。但是這個事要關(guān)注。首先要做大數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)分析。話說大數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從哪兒里，曾嶸教授講的，芯片，就是傳感通信兩功能都有，價格很便宜，叫做無所不在的傳感器，把我們裝備信息全部收集起來，也不耗能，或者耗能耗得很少，又很便宜，這樣的話大數(shù)據(jù)就有基礎(chǔ)了，就叫物聯(lián)網(wǎng)。還有深度學習，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這都是反應(yīng)。最近一個新發(fā)展，叫阿爾法狗 Zero，不需要你這些經(jīng)驗，都可以自主來學習，進步，這些東西不太好說，我們能不能用，不能知道，但是這些事大家要關(guān)注。

建設(shè)清潔低碳安全高效的新一代能源系統(tǒng)是我國新一輪能源革命的核心目標，實現(xiàn)這一目標的關(guān)鍵作用。

電力系統(tǒng)以化石能源為主向低半可再生能源轉(zhuǎn)型，將對能源轉(zhuǎn)型目標的實現(xiàn)起關(guān)鍵作用。

第三代電力系統(tǒng)100多年來第一第二電力系統(tǒng)的傳承和發(fā)展，是推動能源轉(zhuǎn)型發(fā)展、構(gòu)成新一代能源核心系統(tǒng)的電力系統(tǒng)。

高比例可再生能源、高比例電力電子裝備，以及信息物理深度融合智能化是新一代的顯著技術(shù)。

幾類技術(shù)的突破有可能對未來能源電力系統(tǒng)的發(fā)展帶來全局性、變革性甚至顛覆性的影響。謝謝大家！

（發(fā)言為現(xiàn)場速記整理，未經(jīng)本人審核）