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我国向清洁能源转型过程中两个关键性问题,三

发布时间:2019-09-03 05:50编辑:生命科学浏览(173)

    三部门发文促能源发展 能源互联网推行有多远

    目前我国正处于能源生产与消费模式的关键转型期,在这个关键转型期,电力管理体制和运行机制如何改革,或者说如何革命是一个非常重要的问题。目前普遍认为,要想节能环保地满足国民经济以及全社会的发展对于电力的需求,就必须向以可再生能源为主的新能源开发与利用时代过渡,也就是逐步将传统的化石能源供应体系转变为清洁能源供应体系。但是,实现这样的能源转型,需要经历一个漫长的“混合能源时代”。

    ■本报记者 王佳雯 王超 见习记者 李晨阳

    一、混合能源时代

    近日,为推进能源互联网发展,国家发展改革委、能源局、工业和信息化部共同发布了《关于推进“互联网 ”智慧能源发展的指导意见》(以下简称《指导意见》)。

    目前我国已经初步形成了以煤炭为主体、电力为中心、石油天然气和可再生能源全面发展的能源开发利用总体格局。近几年来,我国能源生产与消费总量迅速增长,随之而来的是大量的污染排放与环境的日益恶化。针对这些问题,政府出台了多项促进清洁能源发展的政策措施,取得了一定的成果,但是清洁能源安全高效地发电、并网、消纳等一系列关键问题仍未得到有效的解决。

    在中国能源改革持续推进的当下,《指导意见》的推出是否能够推动能源行业与互联网的深度融合,又能否解决中国能源发展目前所面临的困境?

    从全球范围来看,人类正在进入一个混合能源时代,我国也是。也就是说未来很长一段时间内,我国将处于清洁能源与传统化石能源并存的时代。从我国情况来看,虽然我们现在看到更多的是化石能源过度利用所带来的问题,而未来预计传统化石能源消费比重会有所下降,风电、核电等清洁能源的比例会有所上升,但是“以煤为主”的能源消费结构还将长期存在。这就意味着,在努力开发利用清洁能源的同时,还绝对不能忽视对传统化石能源的清洁、高效利用。

    能源改革推动器

    我们认为,造成当前大规模清洁能源并网困难问题的根本原因是人们对清洁 能源电力开发利用的认识还没有到位。很多的认识以及解决问题的思路和方法还是基于对传统化石能源的开发与利用的思维模式。传统电力系统的本质是使发电输出功率通过电网来随时满足随机波动的用电需求。当大规模随机性波动的清洁能源并网后,这个系统既要面对用户用电需求的不确定性,又要面对发电出力的不确定性,也就是电力系统从“单侧随机系统”转变为“双侧随机系统”了。对这样的系统而言,其运行、分析、控制都与传统电力系统有着本质的差异。由此可见,清洁能源的开发利用与传统能源的开发利用存在着本质区别。

    在中国石油大学工商管理学院教授刘毅军看来,此时推动能源互联网发展有着深刻的现实背景,“我国正处于可再生能源替代化石能源、主要能源将发生大转换的节点上,能源互联网的发展能够加快这一进程”。

    因此,原有的思路和方法显然无法满足大规模消纳清洁能源发电的需求。我们认为,清洁能源的开发和利用应当是一个包含“电源、电网、负荷”的整体解决方案。一方面,如上所述,我国将长期处于混合能源时代,因此,可再生的、清洁能源的开发利用不能与传统化石能源的开发利用相脱离,因此相应的解决方案要实现传统化石能源与清洁能源之间的相互协调,并且要将电源、电网、用户统一为一个整体,实施综合资源规划,这个理念我们称之为“区域多能源体”理念;另一方面,这个整体解决方案需要通过智能电网技术、先进输电技术、负荷响应技术以及先进的储能技术作为支撑,实现电源与电网、电网与用户、电源与用户之间的资源优化配置,这个管理模式与相关技术我们称之为 “源—网—荷—储”协调优化模式与技术。

    专家认为,能源互联网发展的出现,一方面是受应对空气污染调整能源结构必要性的驱使,同时随着能源价格持续走低、产能过剩,国内能源发展遭遇挑战也是重要原因之一。

    我们认为,区域多能源体的理念和“源—网—荷—储”协调优化的模式与技术是我国由传统电力系统向新能源电力系统转型的两个关键。

    厦门大学中国能源经济研究中心主任林伯强指出了我国能源领域遇到的现实难题:“以往都是市场推动,而如今市场需求减少,今后如何发展,大家都很困惑。”

    二、“区域多能源体”理念及其作用

    然而,能源互联网能否在短期内成为解决上述难题的利器,专家却有着不同见解。

    1.“区域多能源体”的理念!!“区域多能源体”是指一定区域内由能源供应主体、能源传输主体和能源消费 主体构成的,各类能源资源多维协同、多方互动的一体化能源供用实体,是如上所述的“电源、电网、负荷”整体协调、相互配合的具体实现途径。

    中国工程院院士李立浧肯定了能源体制改革与能源互联网之间的密切关系。他指出,国家出台一系列的文件将电网的输电与用电端放开,“全社会都参与进来,这样电网就成了蓄水池,不仅提供电服务,而且各种分布式能源结构构成微网,提高了能源利用效率和供应的可靠性”。

    从区域上讲,“区域多能源体”中的区域不单纯是我国的行政区域划分,而是以能源资源禀赋、地理位置、国家能源发展战略为主要考虑因素划分的地域范围,主要分为区域内部与跨区域两个层面。首先,在区域内部层面上,构建包括能源开发利用、电能生产、电能传输、需求侧用电4个环节的多能源实体,实现以上4个环节的有效协同。其次,在跨区域层面上,充分考虑多个“区域多能源体”之间的资源禀赋差异,依托高效电能传输平台,实现多个“区域多能源体”之间的优势互补与有效协同。

    但也有专家表示,虽然与互联网的融合确实是解决我国能源问题的手段之一,但不能完全寄望于依靠某个手段解决当前的能源困境。

    从能源的供应与使用上讲,“区域多能源体”一方面要求在一定区域内部实现能源资源的统筹规划、整体开发、协同建设,形成各类能源资源的优势互补;另一方面要求实现电能生产与传输的有效配合,同时将需求侧资源纳入到电力系统调控的范围中来,配合储能设施的有序充放电,实现“源—网—荷—储”的有机协调。

    “互动是互联网的基本功能,但目前能源领域的互动规模还比较小。”林伯强说,只有当互动量积攒到一定程度,能源互联网才能产生影响力,这并非一朝一夕可以达到。

    澳门威斯尼斯人娱乐网,2.“区域多能源体”的作用能源开发利用方式与国家经济社会发展、科学技术水平以及能源资源禀赋密切相关。在传统方式无法解决清洁能源开发利用所面临的问题的情况下,“区域多能源体”将成为加快我国能源转型、协调各能源领域改革影响因素的必然选择。主要体现在以下3个方面。第一,“区域多能源体”是实现清洁能源有效利用、多种能源协调配合的重要手段。在混合能源的时代,大量的实践已经证明,如果缺少协调,那么传统化石能源的开发利用与清洁能源的大规模并网消纳是存在明显抵触的。而“区域多能源体”理念强调清洁能源与传统化石能源之间的协调配合,一方面,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,形成不同类电源之间的有效协调配合与资源优化配置,消除清洁能源并网障碍;另一方面,通过构建高效能源传输平台,实现各能源体之间的相互协调配合,促进清洁能源电力的高效外送和消纳。因此“区域多能源体”机制将是突破传统模式桎梏,实现清洁能源电力优化、合理开发利用的重要机制。

    可再生能源迎发展契机

    第二,“区域多能源体”是优化我国能源总体布局、促进能源开发利用一体化的突破口。我国能源资源与能源需求具有典型的逆向分布特性,长期以来,我国各区域能源开发利用的“分散化”和“无序性”问题严重,造成能源利用效率低下、资源浪费严重等问题。而“区域多能源体”强调根据各区域能源资源禀赋进行“区域化”的能源开发利用,突破时间和空间上的限制,在一定程度上实现区域能源一体化,提高能源利用效率,优化我国能源总体布局。

    清华大学电机工程与应用电子技术系教授张伯明认为:“能源互联网将对现有能源结构产生明显的影响。”他认为生态环境恶化、化石能源枯竭等能源资源挑战使可再生能源成了“满足人们生存需要”的选择。

    第三,“区域多能源体”是实现能源供需全国性平衡、能源运输体系有机协调的关键切入点。基于目前的传统能源开发利用方法,并且受制于我国能源资源的典型逆向分布特性,各区域难以实现能源开发利用的自我平衡。我国西北部地区有大量、优质的清洁能源,但是这些清洁能源无法实现就地消纳,传统的能源传输模式也难以将清洁能源产生的电力送到东部地区,因此“弃风”“弃光”现象大量发生。而“区域多能源体”强调区域之间的能源优势协调互补,要求在加快建设铁路、公路交通运输网络的同时,运用特高压输电线路等高效能源传输平台,实现输煤、输电并举,将西北部的优质清洁能源转化为电的方式输送到东部加以有效利用,这无疑将显著提高我国的综合能源利用效率,因此“区域多能源体”将是实现全国能源供需平衡的必然选择。

    为了改变国内化石能源占比过高的现状,我国正在努力增加清洁能源的开发,希望以更多清洁能源替代燃煤,而能源互联网的发展为优化能源结构提供了契机。

    三、“源—网—荷—储”协调优化管理模式与技术

    “优化能源结构需要信息技术支撑。”张伯明说,由于可再生能源运行具有间歇性和不确定性,需要对不同能源有全局掌控,这需要信息技术的支撑。

    1.“源—网—荷—储”协调优化模式与技术的内涵“源—网—荷—储”协调优化模式与技术是指电源、电网、负荷与储能四部分通过多种交互手段,更经济、高效、安全地提高电力系统的功率动态平衡能力,从而实现能源资源最大化利用的运行模式和技术。该模式是包含“电源、电网、负荷”的整体解决方案的关键技术。该技术主要包含以下3个方面:

    对解决能源结构不合理的问题,需要“通过市场、价格激励等手段有效降低传统化石能源比重,促进可再生能源的发展”。同时,可再生能源的发展还面临着自身局限性的桎梏,例如“间歇性、波动性、可控性差、预设性差”,而能源互联网的发展为这些不足找到了解决办法。

    第一,源源互补。该技术能够实现不同电源之间的有效协调互补,弥补可再生能源易受地域、环境、气象等因素影响的缺点,克服单一的可再生能源发电固有的随机性和波动性缺点,形成多样化、协调互动的能源供应体系。第二,源网协调。该技术将实现新能源发电与电网的协调配合,可通过微网、智能配电网等技术将数量庞大、形式多样的电源进行灵活、高效的组合应用,同时提高电网运行的自主调节能力,降低可再生能源并网对电网安全稳定运行的影响。

    张伯明认为,通过能源互联网的协调作用,合理利用广域可再生能源时空互补性,实现能源跨地域的协调优化,解决电力实时平衡问题,就能解决上述缺陷。该系统一方面建立了信息互通渠道,另一方面解决了可再生能源既有问题,因此他表示:“未来可再生能源的比重将会大大提高。”

    第三,网荷储互动。该技术将需求侧资源视为与储能、供应侧资源相同的、可调控的资源,实现储能、需求侧资源与电网之间能量的多向交互,从而将储能、需求侧资源能够参与电网调控,引导需求侧主动追寻可再生能源出力波动,配合储能资源的有序充放电,增强电网运行的安全稳定性。

    期待能源话语权变革

    2.“源—网—荷—储”协调优化模式与技术的作用与传统电力系统规划、运行、控制相比,“源—网—荷—储”协调优化技术具有以下几方面作用:第一,充分发挥需求侧资源在电网运行中的调控作用。传统电网按“发电跟踪负荷”的常规电网运行控制理论来满足日益增长的用电需求,没有让需求侧资源成为电网调节和消纳新能源的重要手段。而“源—网—荷—储”协调优化技术使电网、需求侧资源形成真正的协调互动,充分发挥需求侧响应资源的调控作用,保证电网的安全稳定运行。

    但反观当前,能源互联网在现实中的推行还面临层层困难。

    第二,实现常规电源与新能源电源的协 调配合。传统电网通过火电、水电等常规能源被动地为新能源进行调峰,提供辅助服务。而“源—网—荷—储”协调优化技术使新能源与具有良好调节和控制性能的可控电源协调配合,因此使得新能源发电向可预测、可调控的方向发展。

    从技术层面而言,储能是能源互联发展的一个关键问题。但在中国可再生能源学会副理事长孟宪淦看来,通过电网加强智能调度、控制,同时不断克服可再生能源随机性、波动性的缺点,加强储能工作,形成小的微电网,从整体上发展“分布式”电网,这些技术上的难题“都可以突破”。

    第三,实现负荷、储能与电源的协调互动与动态平衡。传统电网运行被动地满足用户侧的用电需求,而“源—网—荷—储”协调优化技术通过完善的信息交互,使电源侧、需求侧不仅能感知自身状态的变化,同时还能获知其他个体的全面的信息,从而使电源、负荷、储能相互之间的全面互动变成了可能。

    与技术层面的挑战相比,专家对能源互联网发展带来的能源商业模式变化更感兴趣。刘毅军表示,以往更多强调能源拥有方的话语权,但互联网的进入将使终端消费者的话语权和选择能力发生根本变化。用孟宪淦的话说,未来每个发电单位既是“互联网 ”能源的消费者,也是电力的供应者。

    四、关键实现路径

    其中牵涉到传统电力企业如何做好服务的问题,以及如何破解能源管理体制改革的问题,而打破传统电力开发单向模式的做法将带来一次巨大的变革。

    要从传统化石能源时代发展成为清洁能源时代,必须要经历混合能源时代这个中间体。为了能更好地利用“区域多能源体”理念及“源网荷储”协调模式与技术,我们提出以下几点建议:第一,将电网企业逐步定位成为公用事业型企业,行使电力系统整体规划职能,并且由电网企业实施综合资源规划模式。我国目前电力系统的规划与决策过于分散,专业化程度严重不足,造成电源与电源建设不协调、电源与电网建设不协调等问题。因此我们建议将电网企业逐步定位为公用事业企业,实施综合资源规划,统筹进行包括电源、电网规划在内的电力系统整体规划,实现清洁能源开发利用与传统化石能源开发利用的协调配合、电源建设与电网规划的协调配合,实现清洁能源与化石能源之间的优势互补。同时,改变其传统的考核与监管机制,避免电网企业攫取垄断利益。这样电网企业就能摆脱目前定位不明的尴尬,同时也使电网企业的运作更公开、更有效率,从而实现“区域多能源体”中要求的多种能源的协调配合以及电源与电网的协调配合。第二,建立多层次多元化的电力市场,通过市场化手段促进清洁能源的开发与消纳。目前大用户直购电试点工作已经在多个地区开展。这种供需双方直接见面的双边合约交易模式是比较符合我国实际情况,并且具有一定可操作性的电力市场化改革模式。

    逐个突破技术屏障的同时,如何在管理与机制层面为能源互联网发展提供充分保障,还需要更多探索。“能源互联网的总体目标是确定的,但具体怎么实现,还需要在实践中摸索。”张伯明说。

    但是从目前的试点情况来看,清洁能源在市场中并不具备竞争力,有些省份甚至明确只 进行火电的大用户直购电交易,这显然不利于未来清洁能源的发展。因此我们建议,在电力市场化改革的过程中,对于所有调峰资源,包括电源侧、电网侧、负荷侧,都应当通过建立和运营电力辅助服务市场来支撑清洁能源的高效开发与使用,实现各电源之间的协调互补。

    《中国科学报》 (2016-03-03 第1版 要闻)

    第三,加快开发需求侧响应资源,并且建立化石能源与清洁能源协调运行机制,使得一个双侧随机性波动的系统变成一个较稳定的可控的系统。如上所述,混合能源时代下的电力系统是一个双侧随机系统,要改变这种现状需要从以下两方面着手:一方面,加强需求侧资源的开发利用。需求侧响应资源往往具有虚拟性、不确定性与不可直接量测等特征。在传统的电力系统中,普遍将用电需求作为即取即用的刚性需求,用户负荷的“可调控性”没有得到开发和利用,因此未来需要设法利用需求侧响应资源的可调控性,也就是需求弹性,引导需求侧逐步适应清洁能源发电的波动性,并且通过储能装置的有序充放电开平抑可再生能源发电波动性对电网安全稳定运行的不利影响。另一方面,要从规划和运行两个层面上同时实现化石能源与清洁能源的优势互补,将各种传统化石能源发电作为清洁能源发电的各种调峰资源,提高火电机组的控制水平,提升火电机组可控制容量,降低电源侧的出力不稳定性。以上的做法就是同时从供需双侧入手,同时降低供需双侧的随机波动性,以使得大规模随机性可再生能源并网的电力系统依然是一个比较稳定的可控的系统。

    五、结语

    从我国现状来看,要想从传统化石能源时代发展成为清洁能源时代,还有很长一段路要走,不能忽视混合能源时代这一重要的过渡阶段。不论是电能市场及其相关的辅助市场机制的建设工作,还是需求侧响应资源的开发与利用的体制机制建设工作,都应当成为以“区域多能源体”理念为核心的能源体制革命的重要内容,它也是在规划和运行两个层面上同时实现“源—网—荷—储”协调优化的重要前提条件。

    (作者系华北电力大学教授、博士生导师)

    原标题:曾鸣:我国向清洁能源转型过程中两个关键问题

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