中國工程院院士湯廣福：能源互聯網支撐能源轉型的關鍵技術問題
2019-12-09 15:37:17
摘要：中國工程院院士、國家電網全球能源互聯網研究院有限公司院長湯廣福院士在“能源互聯網創新與產業新業態”分論壇上作了《能源互聯網支撐能源轉型的關鍵技術問題》主題報告分享。
以下為湯廣福院士發言文字實錄：
湯廣福：謝謝父母官，今天才知道未來城建得這么好，應該算鄉村中的城市，而且是綠色城市，城市中的鄉村到鄉村中的城市感覺還是不一樣，綠色環保。
下面報告的題目是能源互聯網支撐能源轉型的關鍵技術問題，這些技術問題都是值得投資發展的方向，由于能源轉型到底要干哪些技術？站在國家電網公司的角度，以電為中心，多能發展的角度。從這三個方面，首先，能源轉型，現在生產總量37億噸，消費總量46億噸，能源對外依存度20%，石油70%，天然氣45%，煤不到10%，總的20%，這是對外依存度，這是能源現狀。2035年的目標，產量控制在47億噸標準煤，消費總量57億噸，化石能源有望從85.6%降到75%、73%。非化石能源到底怎么發展？政府想推動能源加速轉型。加速轉型已經達成共識了，清潔化、綠色轉型。2030年，清潔能源發電總成本低于化石能源，現在光伏風電平價上網，現在光伏風電平價上網還是質量比較次的，后面會說到，還希望更高質量的光伏和風電真正能夠具備自主運行的發電企業。所以老天爺似乎給我們的清潔能源總量，全球開發萬分之幾夠全球人使用了，關鍵怎么實現可控，這個是關鍵。
我們看看裝機19億，可再生能源38%，這是含水的，發電量是26.7%，這是到2018年底，今年的數沒出來，到2030年人均電量是韓國的60%，美國的38%，人均用電量，人們生活還在改善，用電量還在持續增加，到2035年保守估計10萬億，裝機到30億千瓦，我們還有11億千瓦，這是基本的保守目標。10億千瓦，有碳減排的約束，基本上碳減排火電維持小幅增長，核電絕對值仍然很小，即使到1.6億裝機，政府還是謹慎發展，安全第一。我們的水電到3.5到5.3億，現在看來電價各方面，梯級水電站開發不具備經濟性，能看得見的就是風光，最好的和其他可再生能源，未來裝機主要靠風光，我們駕馭它挺難。能源轉型的目標，到2050年，我們一次能源非化石能源占比超過50%，現在整個速度非常快，壓力很大。
這是能源的生產，能源的消費側，最大的電能替代，對中國而言，能源安全、能源對外依存度，能源替代一定要走在發達國家前面，否則我們國家各方面都很難，能源替代，電能替代2050年到50%，原來是40%，現在加速推動供電環節的電能替代。用戶最大的變化是電動汽車，2030年保守估計汽車工業協會是8000萬輛電動汽車，如果都是特斯拉等效電容80億度，到2030年每天的日均用電量240億度，它占了四分之一，除了空調負荷之外，電動汽車負荷這么大的當量是整個對電網的沖擊很大，發電側是風光為主，10億主要靠它，用戶側又除了空調又增加了一個巨大無比的電動汽車到中國這個市場。
所以電網加在中間面臨挑戰，2030年風電裝機超過10億千瓦，現在3.5億，控制到5%以下，所以這個壓力能不能轉成功，實際上可再生能源消納。我們國家能源轉型最大問題是上午講的靈活電源沒有，最好的華北地區靈活電源0.8%，歐洲國家，德國最低15%，英國40%左右，他們能源轉型最大是天然氣這種發電，一分鐘能起停補償可再生能源的波動的我們國家沒有，靈活電源也很有限，中國能源轉型帶來的巨大問題，很難。所以源網荷儲的挑戰很難，兩面夾擊，互動用戶比較弱，老百姓沒有電的獲得感。還有技術支撐很薄弱，電力市場沒有放開，這后面都需要說到。
第五個方面的挑戰，電力汽車改革帶來的挑戰，放開兩頭，監管中間。電力體制，我們國家電網怕被管道化，主動變革，防止被革命，所以能源的轉型，清潔能源是關鍵、風光是關鍵、電網是核心，能不能把風光駕馭住送到千家萬戶是核心，能不能轉成功，電網就變成尤其重要的核心環節。
下面是能源互聯網，我們屬于國家電網公司下屬研究院，提出了泛在電力物聯網、智能電網兩個電網，八方面的技術，簡單跟大家說一下，我認為這八個方面都是未來重要的能源轉型加大攻關力度支持的方向。一個智能電網方面高比例可再生能源的消納和調控的問題，第二個是源網荷平衡的，多元用戶互動，用戶互動比較弱，技術支撐這方面的技術。可再生能源并網調控，一個是發電功率預測，俗稱天氣預報，據說國家電網公司做的比氣象局做得還準，現在85%，但是不行，將來要做到日均一天到90%以上，每天到95%，解決氣風氣光，光這個預測還不行。常規發電和我們風光發電集群的協調控制，這是將來要推動靈活電源建設、火電技術改造、風光水火的聯合運行等等這方面的技術都要進行投入儲能能源轉化說得比較多，現在主要是價格的問題，一方面價格太低、另一方面儲能還沒有降小區。第四個并網的主動支撐和運營，國家電網公司做了大量的準備，我們在各方面完成了很多示范，將來可再生能源不能像現在這樣，可再生能源要求具備自主運行的能力，也就是具備自主的慣量能力，各方面同步能力等等，將來可再生能源發電成本還要進一步的優化，要提高它的并網質量，這是可再生能源并網調控四個方面。
第二個電網柔性互聯及安全運行，一個是大電網再造和仿真，國家電網公司做到世界頂級水平，最高電壓等級，最大的電網駕馭者，沒有安全穩定的問題，所以做得很厲害。但是隨著新能源的融入，電力電子化，所有的基礎理論全部要再造，仿真要再造，這方面需要進行基礎理論方面的變革， 未來的電網到底怎么駕馭，未來電子化都是非線性的，怎么駕馭這些電網。第二個是智能調度技術，現在調度是大電廠和電網之間，電網和大用戶之間進行調度遠遠不夠，將來的調度進入泛在互聯網、泛在云的概念，互聯網整個云計算、大數據、人工智能，我們讓虛擬電廠，所有的風電廠和大用戶之間全網參與調度，也就是說西部晚上不要棄風了，晚上開工、白天不開工，全年度的參與，整個電力市場要打開，這方面政府也在推。第三個和第四個柔性交直流通電有一些案例，我們的電網100多年前是剛性電網，銅鐵鋁的，很不靈活、很不柔性，國家電網公司做了大量的示范，就是讓我們的剛性電網變得更加靈活、更加柔性，能夠接納更高比例的可再生能源，提升可再生能源的接納，一條線路增加一倍到兩倍原來的輸送能量，增加可控，2007、2004年做了可控示范，統一潮流示范器在江蘇、南京和上海做了幾個示范，對常規的交流電力系統，所有參數的綜合調節，現在占地大，損耗大、投資大、運行復雜，你不喜歡它還不行，將來改造成柔性的，不喜歡它也得用，這是面臨能源轉型的現狀。直流，我們國家幾千供電能源分布的特點決定了未來的十幾二十年還有西電東送的規模，10億的裝機，中東部可再生能源還不夠，還需要海上的風電。特高壓直流，一條現在到一千萬，一千萬相當于最高負荷接近一半，可靠性要求特別高。所以在這一塊建設了30個直流和特高壓直流工程，后面還在繼續加速。
西電東送還在繼續支持，第二個是柔性直流，這個是非常好的技術，它理論上可以接納不存在氣風氣光的問題，但是它有各種各樣的優勢把電力系統的參數進行調節。這個名字是我取的，在中國納入了電網，建設樂觀這么多的工程，2011年開始建，越建規模越大，世界上最高的已經投入運行半年，南網，國網上升到800，這是廈門的柔性直流，相當于四條220千伏的，主要是整個的隧道資源緊張。所以這是非常好的。這是諭鄂背靠背，全國一張網，有優勢又能隔開。我們又解決了直流開斷的問題，被譽為百年難題的200千伏，最終在張北做了冬奧會的示范的國家電網公司投資100多億，張北和康寶兩個完全通過豐寧抽水蓄能送到昌平，這個工程極具示范意義，國家項目研發投了1個多億，我牽頭作為項目負責人來做的，現在在現場已經安裝完了，明年1月份投運，這是在做的試驗，這些應該來說就是百分之百的綠色能源能夠送北京。
第三個技術多元用戶供需互動與能效提升，源網荷友好互動，綜合能源與智能用電，校長已經說了，現在電表不智能，我們國家電網公司把電費收上來了，我們希望老百姓參與能源轉型，我們區長大人支持能源轉型，我買風電、水電，廣義的風電能源比常規電價高一毛錢，將來讓老百姓參與能源互動，德國的能源轉型高素質、高水平在支持能源轉型。但是能源轉型是要有代價的，我覺得電價必須往上走，要考慮這方面。車聯網技術前面說了，沒有車聯網我們要給電網增加多四分之一的重資產，不太現實。電力市場這方面要打開，不打開不行，想推現貨市場。基礎支撐不說了，電工、材料、大功率器件、電力芯片、人工智能，全網調度、人工智能調度，人工智能維修，大功率器件張北工程是ABB供的，對我們國家是卡脖子，我們要有專門的一條中試線在國家電網公司投入做，北京市政府支持，未來都在支持我們。
簡單說一下，我們現在提出泛在互聯網，是一張虛擬的網，智能電網是一張實體的網，很讓大家模糊，我現在說說兩張網的關系。怎么解決感知能力，智能傳感和智能終端，融合創新物聯平臺怎么開放，都打開了，電網安全怎么辦？實際上智能傳感，國家電網公司傳感做得最不好，電網公司做得傳感不行，不像航空航天石油領域、能源其他領域，包括空天等等一系列，我們的傳感這一塊基本上全部依賴集成或者依賴國家，國家電網公司四個多月前在我們這里成立一個電力傳感技術研究院，要加強攻關，要泛在。智能終端就是智能電表，怎么打通最后一公里讓寬帶進入家庭，讓老百姓全部來參與電網的互動，支持能源轉型，這是全民的事兒，光靠電網公司一家不行，我們能源發電所有的能源行業都得參加，全民參與。電信網架結構很簡單，我們現在的網架結構國家電網公司給牌照就是電信企業，這個不行，將來全網打通之后網架結構光傳輸網的主干網架的容量還要提升，最后接入到家庭電信無線載波和5G所有無人變電站都得融入進來，智能終端要廣泛的覆蓋支持虛擬網，來保證電網的融入。
物聯平臺這一塊，大家都說技術怎么放開，電網公司怎么像阿里巴巴、騰訊一樣在這塊建一個公共平臺，讓整個平臺業務和數據開放共享，讓全民能夠參與，現在新增數點和電網一樣等同了，先進計算，包括圖計算以及深度人工智能算法都需要在這方面進行支撐。信息安全，這就很簡單，上億個用戶，虛擬電廠大用戶，家庭既是消費者，光伏又送到電網，信息要安全，邊界打開了，信息安全的技術防護有三道防線，所有參與電網的都要接受約束，同時漏洞挖掘、智能防御各種各樣的，現在國家電網公司在我們院還有一個防御部隊，整個這一塊每月都有黑客攻擊，電網保證安全的的確確國網有一個部隊在支撐。
說一下展望，能源互聯網更多的是解決可再生能源消納，電網安全可控，然后多能互補，實現了新型供需協調，讓老百姓有獲得感。所以智能電網有泛在物聯網的關系，通過信息感知、要素互聯、云端服務讓這張泛在網和智能電網緊密結合，泛在電力物聯網是智能電網更加智能，接納更高比例的可再生能源，實業能源轉型呼應能源革命的重大戰略。泛在電力物聯網是天然壟斷性的電網公司更加開放，讓老百姓有獲得感。所以能源互聯網會帶來電網技術和生產模式的變革，智能電網和電力物聯網是相輔相成的，融合發展，共同構成三流合一的能源互聯網，形成強大的價值創造平臺，為電網運行業務大幅提高促進能源轉型。我的報告到這兒。謝謝大家！
注：本文系能源新聞網整理自湯廣福院士在2019年全球能源轉型高層論壇上演講文字實錄，未經本人審閱。
