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周孝信院士:能源转型中我国电力系统的发展前景

国际电力网  来源:能见App  日期:2017-12-14
  为贯彻落实国家创新驱动发展战略,推进新能源智能电网装备产业的快速发展,进一步促进粤港澳大湾区电力行业交流、科技创新、成果转化和产业升级,2017中国(珠海)绿色创新电力峰会暨展览会于12月14日-16日在珠海国际会展中心举办。
  
  本届峰会以“引领粤港澳大湾区电力创新”为主题,由中国电力企业联合会、中国国际贸易促进委员会电力行业委员会、中国南方电网有限责任公司、华北电力大学、珠海市会展集团有限公司联合主办,中国电力企业联合会科技开发服务中心、珠海博联国际会展有限公司、北京泰格尔展览有限公司共同承办。能见App对大会进行全程直播。
  
  中国科学院院士、中国电力科学院研究员名誉院长周孝信出席会议并进行了主旨报告。报告的题目是“能源转型中我国电力系统的发展前景”。
 
  
  以下为发言内容:
  
  周孝信:尊敬的各位领导,各位专家大家上午好!非常荣幸参加中电联几个单位办的高峰论坛。今天我给大家分享的题目就是“能源转型中我国电力系统的发展前景”,主要是个人的观点和想法,请大家批评指正。
  
  主要内容有三个方面:第一能源转型与电力系统转型,第二是新一代电力系统及其主要技术特征,第三是几类技术突破的全局性影响,四是小结。
  
  习近平总书记2014年6月中央财经领导小组第六次会议发表重要讲话,提出推动能源消费革命、能源供给革命,能源技术革命,能源体系革命和全方位加强国际合作的重大战略思想。为我国能源发展、电力发展改革指明方向。我个人理解,以可再生能源逐步替代化石能源,实现在一次能源生产和消费中占更大份额,实现能源转型,建设清洁低碳安全高效的新一代电力系统,是我国新一轮能源革命的核心目标。
  
  这是去年年底和今年我们国家发改委和能源局先后发布了能源电力的十三五相关规划,以及发表了能源生产和消费革命战略2016-2030,这些规划和战略里面提出了我国能源转型的主要指标。比如说在能源发展目标里提出能源消费总量要控制在2020年50亿吨标准,非化石能源占能源消费占比15%以上,在电力发展目标里提到2020年我们全国发电总装机达到20亿千瓦等等。在这个战略里提出了2030年非化石能源占比20%左右,初步构建现代能源体系。非化石能源的发电量占全部发电量比重力争达到50%,刚才南方电网讲话中提到,他们去年已经到50% 了,全国希望在2030年将达到这个指标,可再生能源+核电。
  
  2050年也在战略里做了展望,能源消费总量基本稳定,非化石能源占比超过一半,要建成现代能源体系。实际上习总书记在十九大报告里提出,就是清洁低碳安全高效的能源体系,这个我画了一张图,把最近以及其他单位做的有关情况跟大家做个报告。分三种情景,能源转型中我们能源演化趋势。第一个是以化石能源,煤炭在2030年达到45%,油气30%,非化石能源25%,2050年煤炭低到10%了,油气30%,非化石能源60%,这当然是个比较理想化的情景。第二个情景是,到2050年煤炭占比20%,油气30%,非化石能源占50%。也就是我们国家提出能源战略里面提出的这样一个达到非化石能源占一半的情况。第三个情景煤炭占比比较高。左边这张图画的是一个情景二的情况,我个人的观点认为我们应该向清洁二类目标来前进,非化石能源占比50%,油气30%,煤炭占20%(这是我个人观点)。
  
  电力系统做了什么贡献?我的看法是电力系统转型是实现能源转型的主要支撑,因为非化石能源在一次能源消费中占比是我国能源转型的主要指标,一次能源消费中非化石能源主要来自于过去所谓一次电力,什么是一次电力?就是可再生能源,包括水电、风电、太阳能发电以及核电,它们加起来算成一次能源消费,它应该就是我们国家非化石能源占比的主要组成部分。而2015、2016年的情况,2015年是非化石能源发电量1.5万亿千瓦时,用供电法来算,是4.725亿吨标煤,是当前的11%。90%以上的非化石能源由电力所提供的。2016年的情况也一样。
  
  这是我根据国家十三五规划和2050年战略一些主要指标来估算了电力应该达到什么情况。这是三个水平年,2020、2030年和2050年,2020年的边界条件是能源消费总量50亿吨标煤,人均用5000千瓦时/年。根据这些指标倒算下来,总装机容量达到19.2亿千瓦。发电量按7万亿来算。非化石能源发电量占比34.5%,2030年也是根据刚才算的指标,规划占比20%,人均年用电量6千度/年,装机是21.9亿千瓦。非化石能源电量差不多50%的指标,我们按照这个指标算下来就是各种各各样的装机用量发电量的情况,这只是粗略估算,不是预测。
  
  2050年的情况按55亿吨标明,后来我们也做了个能效分析,尽管2030年是60亿吨标煤50年55亿标煤算,考虑到能效提高,可再生能源比例上升,实际有效能源高于2030年,可以支撑2050年以后的发展。实际上现在国外有很多提法,希望经济发展和能源发展脱钩,经济可以继续发展,但能源可能是下降的,需求是下降的。这靠我们的工作,靠我们节能减排,靠我们对化石能源比例的提高。总的情况,希望总装机52亿千瓦,年总发电量12亿千瓦时,人均用电量当年要9000多的。
  
  2035年的情况非化石能源占比达到55%,人均用电量按7000度算,人均消费总量58亿吨。非化石能源占比还是27.5%。算下来,刚才非化石能源电量占比达到55%。当然也都是估算,供大家参考。
  
  看看我们能源、电力在未来的发展,根据国家的规划,一些战略设想,我们的电力工业从供应这一块看应该怎么样。在这样一个前提下新一代电力系统的概念,几年前我提出三代电网发展,实际上我当时调研了国外整个电力工业,它的主要特征是什么?比如装机量、电网电压等级,电网规模等等情况来分,我就发现确实可以分代。
  
  第一代电网,叫第一代电力系统,小机组、低电压、小电网,上世纪前50年全世界都如此,大概它的电压等级是220千伏以下,机组大概是10万千瓦以下,个别有20万千瓦,电网都很小。第二代电力系统是上个世纪后50年,二次世界大战以后整个世界的经济发展很快,改革开放后也发展很快,总的特点是发电大机组,百万以上的机组,超高压,国外、国内都一样。实际上它是一个在能源当时认为是没有问题的情况下,化石能源可以尽量能多用就多用的情况下,油气充足,或者煤炭也很丰富的情况下,尽管有几次能源危机,但总的趋势还是认为能源没什么问题。在这样一个情况下,它的主要特点是高度依赖化学能源,不可持续的发展模式,尽管有很多优点,效率高,当时世界上主要经济趋向就是规模经济,我们电网发展也是规模经济。
  
  到了新世纪包括上世纪90年代开始,国际上对环境、资源进行影响,对后来碳排放这些技术的限制,人类可持续发展。对电力来说就进入了新时代,这是第三代电力系统,里边的可再生能源以清洁能源为主,骨干电网电源与分布式电网相结合。第三是主干电网和配网微网结合,可持续能源综合能力发展模式,现在叫新一代电力系统。
  
  归结了四个特征:第一个是高比例可再生能源特征,第二个是高比例的电力电子装备,第三就是我们过去纯粹搞电,输电用电、配电,新的情况出现了我们要多能互补,要可综合能力,特别是在提高用电,目的是提高能源效应。第四是信息物理融合的智能电力系统。
  
  高比例可再生能源电力系统,在西北北部省份比例已经很高了,右下角的图就是把各个省的风电、太阳能装机容量列出来,它的比例是多少可以到达30%、40%,比例已经很高了。比如甘肃省去年年底它的发电装机容量,风电+光伏,达到41%。像九泉地区这些风电发展都非常快,包括太阳能。
  
  由于这样一个情况的出现,而且未来的比例会越来越高,就会对电力系统,电网运行带来很多技术挑战。这个挑战现在看来有这么一条,一个是接到弱电网,西部稳定性问题,电能质量问题,它有一个不确定性。还有由于各个因素的影响,包括技术上的原因,未来随着比例越来越高,我们必须解决电力系统的运行问题。刚才讲的那些30年、50年的比例那么高,能不能运行起来?这些系统行不行?需要哪些技术措施和管理措施,现在大家正在研究这些事情,相信未来会解决这些问题,这要付出很大的努力才行,否则确实会遇到很多困难。
  
  第二是高比例可再生能源的电力系统。因为和前一个特点相联系,因为可再生能源的接入电网都是通过电力电子装备,首先看直流输电,去年年底的情况(PPT),今年新投产的没画进去,当时有29项直流输电工程,包括7项特高压直流,4项电压原的中心直流。这些起了特别大的作用,特别是水电,还有西北的光伏发电等等,这确实发挥了很大的作用。当然也带来了技术上、运行上的很多问题。当然这个技术还在发展,比如国家电网北京四段工程正在进行筹备,设备研制都已经完成了,下一步准备开工,这个电压要到正负500千伏。他们也提过一个设想,西部搞个直流输电网向东部送电,这个有条件,经济上要划得来,技术上要过关。目的就是要把西部的水电、风电、太阳能和一部分可调节的能源、储能、灵活火电,通过网络连接起来,相互补充,完了再向东输送,这还是一个设想。
  
  这些情况也带来了电网运行的很大问题,过去我们的电网基本上电磁型的元件,反应速度是比较慢的,而且还有惯性。现在变成电子电离器件了,就不是过去的毫秒级,现在变成微秒级了。比如由于惯性问题,像华东电网,过去电力都要靠发电机送过来,现在都变成逆变器送电,这样惯性就隔绝了,隔绝以后,电网的扰动能力就差等等。
  
  第三叫多能互补的综合能源电力系统,这有两个概念,一个是希望在西部搞一个能源,用不同能源连接起来,形成互补以外,还要在西部搞电力的转化,把它变成氢气、甲烷,可以输送的,或者其他储能方式可以运输的,比如金属储能等等这些办法。将来有几十亿千瓦的风能太阳能,全靠分布式发展是不够的,全靠西部也不够,现在西部量很大,集中发展受到一些制约,主要是电网输送能力不够,各种原因造成了西电东送。将来如果真正需要几十亿千瓦的风能太阳能的话,西部必须开放,东送到底送多少,也就送4.5-5.5亿千瓦,20000-25000亿千瓦时,这个数走出来也比较少,现在是1.7亿千瓦,十三五规划规定2.7亿,还包括省与省之间,区域之间的创新也算在里面,总量都不大。真正要西部充分利用的话,就是要进行转化,但现在转化的技术,比如清能怎么储存都是问题,希望开展新技术研究。
  
  再一个概念是,终端消费综合能源电力系统,就是配电网以下的分布式能源,分布式光伏,天然气综合利用,热电、冷电产能系统等等。主要目的是要消化分布式可再生资源,这个潜力非常大,终端用能的利用效率非常大,这个也做了很多工作。
  
  第四个信息物理融合的智能电力系统。首先,要实现各个能源网之间的互联,能源互联网也是在这个概念里面了,我的理解有三点:一个是以电力系统为核心和纽带,多种能源互联的能源网络。第二点能源系统与互联网技术深度融合的信息物理系统。实际上以互联网技术和思维改造传统电力系统,广泛应用互联网大数据、云计算,大幅度提升能源电力系统的灵活性、智能化和运营管理水平,第三个以用户为中心的能源电力服务模式,向用户提供能源信息电力活动,助力能源市场化和相关产业发展,提高人民生活质量等等。这三个层次的理解,但现在大家做得很好,国家已经推动的能源互联网的55个试点试范项目的实施,这个理念最后还是要落到实处。希望在这些试点推动下,理念能很快落实到实际中去。
  
  一个是高效低成本太阳能、风能发电技术,为什么提这一点?因为将来百分之六七十比例的水电、风电、太阳能、核电加起来,其中风能太阳能占相当大份额,这样的情况下你们有个高效率低成本的系统是不行的,没法推动的,所以这个现在大家都在做很多相关技术。再一个就是高效低成本长寿命的储能技术。一个是现在储电技术,电池各种各样的压缩空气储电,各种储电方式要大力发展。其他的还包括储热,固体的储金属。像铝是一种储能材料,可再生能源发电可以怎么样通过电解水,制成铝。这个铝又和空气进行反应可以发电,是个循环的。这个铝又可以作为固体运输,现在一个小规模的研究试生产、试运用正在做,将来有没有可能还要进一步看。
  
  再就是高可靠性,现在的电力元器件是基于归集的,它的可靠性、过载能力、防止电压的承受能力,温度的承受都很有局限,事故率还是挺多的,在这样的情况下电力系统运行是一个危险,所以要搞新一代的电子电力器件,它的性能非常好,目前还是小批量生产,价格比较高。还有高强度绝缘技术,希望将来在关键地方能够把输电线埋到地下。还有新一代人工智能技术。高强度绝缘技术开发应用将颠覆传统输电线路,成就输电线路新形态。当然,这是远期的一个说法。
  
  新一代人工智能技术就是基于先进传感物联网大数据,信息通讯和人工智能技术,利用智能交易,有可能颠覆传统电网的能源管理和交易方式,促进新一代电力系统的经济性和安全可靠性,传统性有大幅度提高。最近这个很热,各有想法,到底我们用在哪几方面?现在确实还在探讨,现在粗浅的想法是用在设备管理,市场交易等,开启自主互动的新模式。
  
  建设清洁低碳安全高效的新一代能源系统是我国新一代能源革命的新目标,能源改性是实现这一目标的关键步骤。向低碳可再生能源转型,将对能源转型起关键作用,第三代电力系统是推动能源转型发展,构建新一代能源系统核心的新一代系统。
  
  我的汇报就到这里,希望大家批评指正。谢谢!
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