由廣東省電源行業(yè)協(xié)會(huì)和振威新疆智能電網(wǎng)展聯(lián)合主辦的“一帶一路”亞歐智能電網(wǎng)專題峰會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院院院士陳維江發(fā)表了題為《創(chuàng)新智能電網(wǎng)技術(shù)助力新能源發(fā)展》的專題演講。
以下為陳維江院士此次演講的重點(diǎn)：
三項(xiàng)智能電網(wǎng)技術(shù)助力新能源發(fā)展
現(xiàn)在和大家報(bào)告一下我們?cè)趧?chuàng)新智能電網(wǎng)技術(shù)，助力新能源發(fā)展所做的工作情況。首先介紹一下世界范圍內(nèi)新能源的發(fā)展情況，那么大家都知道化石能源的開發(fā)利用，也就是我們煤油氣是所謂的化石能源，它們的開發(fā)利用存在三個(gè)突出的問題。
第一個(gè)就是開采問題，因?yàn)榛茉吹拇鎯?chǔ)開采是有限的，特別是在中國(guó)我們開采年限是有限的，加煤炭只有60多年，石油10幾年，天然氣20幾年，總的來講資源是緊張的。第二就是化石能源的利用對(duì)氣候變化產(chǎn)生的巨大影響，大家都知道全世界200多個(gè)國(guó)家在巴黎氣候協(xié)定上簽字，共同應(yīng)對(duì)由于人類生產(chǎn)生活活動(dòng)對(duì)地球表面氣溫造成的影響并加以控制。這個(gè)行動(dòng)目標(biāo)是控制氣溫在2度溫度變化以內(nèi)，化石能源的影響是很大的。第三個(gè)問題是環(huán)境污染問題。是由于化石能源的開發(fā)利用造成的。所以發(fā)展以風(fēng)電和太陽能為主的新能源，是解決化石能源所面臨突出問題的必然趨勢(shì)。
所以世界上各個(gè)國(guó)家都在大力推動(dòng)新能源的發(fā)展，截止到去年，全世界的風(fēng)電裝機(jī)達(dá)到了4.32億千瓦，中國(guó)是發(fā)展最迅速的，達(dá)到了1.28億，已經(jīng)占全球第一，占30%。光伏世界是2.2億千瓦，中國(guó)占22%，也是全球第一。根據(jù)國(guó)際能源署的預(yù)測(cè)到2040年，全球的太陽能、風(fēng)電裝機(jī)容量將會(huì)達(dá)到25億千瓦，25是什么概念呢，我們國(guó)家現(xiàn)在總的發(fā)電裝機(jī)只有15億，去年只有15.1億，那么到2040年全球的新能源就有25億千瓦。分別占到發(fā)電裝機(jī)比例從13年的8%提到24%，中國(guó)將一直保持領(lǐng)先水平，到2040年中國(guó)新能源裝機(jī)比率將會(huì)到達(dá)34%。是目前的3倍。美國(guó)、歐盟、印度、日本也正在大力發(fā)展風(fēng)電、光伏，到2040年將分別達(dá)到25%、40%、28%、31%，，也就是說世界各國(guó)對(duì)新能源非常關(guān)注。
新能源發(fā)展也有突出的問題，第一個(gè)是隨機(jī)性和波動(dòng)性，光伏和風(fēng)電高度依賴于天氣和氣候，所以它的隨機(jī)性、波動(dòng)性上網(wǎng)以后對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行影響很大;第二個(gè)是風(fēng)電和光伏資源分布的不均勻性，我們國(guó)家規(guī)劃了有7個(gè)千瓦級(jí)的風(fēng)電光伏基地，都在北部或西北，比如說新疆、甘肅、內(nèi)蒙、東北等，有個(gè)別在東中部，但是用電負(fù)荷中心都在中東部地區(qū)，所以這樣就面臨傳輸和消納的難度。根據(jù)新能源的發(fā)展存在問題，我們從電網(wǎng)的角度解釋如何助力新能源的發(fā)展，最近十幾年我們?cè)谥悄茈娋W(wǎng)技術(shù)方面做了大量的創(chuàng)新工作。主要是三個(gè)，第一個(gè)先進(jìn)輸電技術(shù)方面，在全球范圍內(nèi)取得了重大創(chuàng)新突破，作用主要是支持大規(guī)模的新能源開發(fā)輸送到負(fù)荷中心。第二項(xiàng)技術(shù)是大規(guī)模的新能源接網(wǎng)、并網(wǎng)技術(shù)，前兩年大家可能聽說過風(fēng)電、太陽能并網(wǎng)難，實(shí)際上因?yàn)轱L(fēng)電、太陽能發(fā)展很快我們電網(wǎng)對(duì)上網(wǎng)技術(shù)研究不夠，所以這幾年加快研究大規(guī)模太陽、風(fēng)能的并網(wǎng)技術(shù)，主要是支持新能源大規(guī)模開發(fā);第三個(gè)方面是智能配用電技術(shù)，因?yàn)槌舜笠?guī)模的集中開發(fā)外還有分布式新能源，中部地區(qū)還有分布式的風(fēng)電、太陽能光伏，也存在技術(shù)上的難題，在這三個(gè)智能電網(wǎng)技術(shù)方面做了工作來助力新能源的發(fā)展。
先進(jìn)輸電技術(shù)
特高壓輸電技術(shù)
下面給大家一一介紹。第一個(gè)先進(jìn)輸電技術(shù)，先進(jìn)輸電技術(shù)有兩個(gè)，一個(gè)是特高壓輸電技術(shù)，一個(gè)是柔性輸電技術(shù)，那么我們國(guó)家為什么要開發(fā)特高壓輸電技術(shù)呢，大家都知道我們的能源基地，一次能源主要從電的角度講包括煤電、水電、太陽能、光伏，從我國(guó)總體分布來看80%分布在西部、北部、西南部，但是我們用電負(fù)荷中心70%-80%都在沿海中東部地區(qū)，所以按照國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略，保證安全、清潔、低碳，我們迫切需要開發(fā)長(zhǎng)距離、大規(guī)模輸電技術(shù)，剛好特高壓輸電技術(shù)就是一種遠(yuǎn)距離、大容量、先進(jìn)輸電技術(shù)，有四大優(yōu)點(diǎn)，第一輸送容量大，它是500千伏的四到五倍，第二輸送距離遠(yuǎn)，可以達(dá)到500千伏的3倍，500千伏輸送距離一般是500千米，特高壓是1000以上，那么現(xiàn)在最遠(yuǎn)的距離已經(jīng)達(dá)到3200千米;第三有點(diǎn)事?lián)p耗低，是500千伏三分之一到四分之一。第四是少占地。所以在本世紀(jì)初國(guó)家將發(fā)展特高壓技術(shù)列入國(guó)家戰(zhàn)略，那么國(guó)外的發(fā)展情況怎么樣呢?
國(guó)外在上世紀(jì)70年代到90年代像蘇聯(lián)、美國(guó)、意大利發(fā)達(dá)國(guó)家也分別開展了特高壓輸電技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究，特別是蘇聯(lián)在1985年建成了900公里長(zhǎng)的特高壓交流輸電線路，工程現(xiàn)在在哈薩克斯坦境內(nèi)，85年投運(yùn)以后斷斷續(xù)續(xù)運(yùn)作有5年時(shí)間，因?yàn)楫?dāng)年技術(shù)上有缺陷，蘇聯(lián)解體后降壓至500千伏運(yùn)營(yíng)。日本為了輸送核電，建設(shè)了兩條加起來426公里的1000千伏的特高壓就輸電線路，后來由于規(guī)劃沒有實(shí)施，所以目前在以500千伏運(yùn)行。美國(guó)、意大利建成基地，后來由于經(jīng)濟(jì)危機(jī)和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型經(jīng)濟(jì)速度變緩，對(duì)電力的需求量變少所以特高壓規(guī)模沒有落地，但進(jìn)入本世紀(jì)以后，印度、巴西、俄羅斯由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展比較快，為了實(shí)現(xiàn)能源資源的遠(yuǎn)距離優(yōu)化配置保證電力的合作共贏，特高壓輸送研究正在加快實(shí)施，上個(gè)世紀(jì)初國(guó)際上雖然有對(duì)特高壓的研究但沒有形成成熟適應(yīng)的特高壓輸電技術(shù)，我們國(guó)家要發(fā)展特高壓輸電應(yīng)該怎么辦，過去我們電力工業(yè)的發(fā)展歷程都是引進(jìn)、消化、吸收再創(chuàng)新的道路，但是現(xiàn)在國(guó)外沒有人做，沒得引進(jìn)怎么辦，所以我們的總體路線是國(guó)家主導(dǎo)、電網(wǎng)公司作為創(chuàng)新主題，兩大電網(wǎng)公司分別是國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)公司，結(jié)合國(guó)內(nèi)科研制造設(shè)計(jì)建設(shè)并行等大概10多家單位，共幾萬人參加的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)合體圍繞著基礎(chǔ)問題研究，研發(fā)關(guān)鍵設(shè)備，自主研發(fā)設(shè)計(jì)。特高壓有原來的500千伏提升1倍到1000千伏，直流輸電由原來的500千伏提升至800千伏，面臨三大突出難題，主要是三個(gè)放電問題。第一個(gè)放電是導(dǎo)體附近的電源放電問題，就是如果導(dǎo)體上的電場(chǎng)控制不好，那么導(dǎo)體就會(huì)產(chǎn)生電源放電就會(huì)產(chǎn)生三種效應(yīng)，第一個(gè)就是噪聲，電源放電時(shí)大家會(huì)聽到吱吱吱的放電聲音，另外會(huì)對(duì)無線電設(shè)施產(chǎn)生干擾還有對(duì)電力造成損失，所以要想使特高壓技術(shù)研發(fā)成功電源放電必須得到良好的控制。第二種放電是外絕緣放電，我們的輸變電設(shè)施大量以空氣作為絕緣，外絕緣會(huì)受到很多環(huán)境因素的影響，比如說污染，雨雪冰凍、雷電等等，都會(huì)影響外絕緣的放電，就會(huì)造成電網(wǎng)停電事故，所以這種放電也必須得到有效控制;第三種放電是設(shè)備內(nèi)部的絕緣放電，現(xiàn)在內(nèi)部絕緣介質(zhì)主要是油脂、氣體，如果這種放電控制不好造成的事故將會(huì)更加嚴(yán)重?？赡軙?huì)引發(fā)設(shè)備起火爆炸。三種放電控制如果沒有約束條件很難控制，我們必須用經(jīng)濟(jì)，體積重量等等設(shè)備的主要條件，這三種放電控制起來還是比較難。
為了攻克這些難點(diǎn)，建立了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)基地，在武漢的特高要交流試驗(yàn)基地，北京的特高壓直流輸電基地，西藏的高海拔實(shí)驗(yàn)基地，南方電網(wǎng)在云南的高海拔實(shí)驗(yàn)基地，同時(shí)在北京的高桿塔實(shí)驗(yàn)基地。通過這些基地的建設(shè)形成了完整的實(shí)驗(yàn)體系。
通過實(shí)驗(yàn)基地開展實(shí)驗(yàn)研究同時(shí)聯(lián)合設(shè)備廠家進(jìn)行設(shè)備研制，設(shè)備的體積很重要，開展的技術(shù)研究解決了在設(shè)備體積一定情況下設(shè)備的運(yùn)作。帶動(dòng)我國(guó)裝備制造業(yè)發(fā)生全面的變革。在研發(fā)成功設(shè)備和解決技術(shù)問題后，我們自主建設(shè)示范工程，共有三個(gè)，一個(gè)是1000千伏特高壓示范工程在山西長(zhǎng)治經(jīng)過南陽到金門，總長(zhǎng)640公里輸送容量500萬千萬2009年1月投產(chǎn)。兩個(gè)直流輸電工程，南網(wǎng)云南到北京輸電線路，向家壩上海正負(fù)800千伏的特高壓直流示范工程，1907公里，輸送容量640萬，2010年7月完成。我國(guó)在建成電流示范工程前總體比其他國(guó)家落后20年。電力系統(tǒng)100多年來中國(guó)的電壓等級(jí)在2009年前每個(gè)電壓等級(jí)至少晚了20年，從09年后局面改變，我們不僅搞上了國(guó)際水平而且處于領(lǐng)先地位，這是交流輸電情況。直流也是如此，10年以前世界最高電壓等級(jí)是600千伏，巴西是世界上最高的電壓等級(jí)，但是2010年后中國(guó)研發(fā)出了正負(fù)200千伏的電壓等級(jí)，是世界上最高電壓等級(jí)，現(xiàn)在又研發(fā)出1100千伏的等級(jí)，因?yàn)槲覀兊淖灾鲃?chuàng)新在2012年獲得了特高壓輸電技術(shù)和裝備應(yīng)用獲得國(guó)際技術(shù)進(jìn)步特等獎(jiǎng)，這也是電力工業(yè)有史以來第一個(gè)。在國(guó)際上的話語權(quán)明顯得到提升。還專門成立六個(gè)特高壓工作組，基本都是由中國(guó)專家來擔(dān)任召集人或者主席的。
特高壓研制成功后在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用，目前我國(guó)已經(jīng)建成三交四直工程，正在建設(shè)四交六直工程，其中主流輸電等級(jí)提升至1100千伏，輸送容量1200萬。現(xiàn)在哈密到鄭州2500公里，將哈密水電、風(fēng)電、火電打捆送到河南，另外值得一提的是中國(guó)的特高壓技術(shù)走出了國(guó)門，巴西美麗山水項(xiàng)目本來想要采取600千伏等級(jí)，在巴西領(lǐng)導(dǎo)考察上海參觀后，有所心動(dòng)，后來能源部長(zhǎng)來參觀，最終決定800千伏直流輸電工程，兩期工程一期是2000公里二期2500公里，輸送容量500萬，全部中標(biāo)，不僅技術(shù)輸出還成立聯(lián)合公司我們負(fù)責(zé)建設(shè)運(yùn)營(yíng)30年，所以說中國(guó)在輸電技術(shù)方面已位于前列。
柔性直流輸電技術(shù)
下面介紹一下柔性輸電技術(shù)，包括交流和直流。電力系統(tǒng)的柔性實(shí)際上是指?jìng)鹘y(tǒng)電力系統(tǒng)，剛性比較強(qiáng)，替代性不多，最多是發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)。靈活性差，在上世紀(jì)80年代美國(guó)專家提出利用電力電子技術(shù)將我們的快速性、精確性、連續(xù)性結(jié)合進(jìn)去，增加柔性。以前我們都和國(guó)外學(xué)習(xí)，經(jīng)過16年的努力，我們已趕超美國(guó)。但是在基礎(chǔ)元器件上還有差距。
近幾年柔性直流技術(shù)也發(fā)展很迅速，因?yàn)楝F(xiàn)在直流輸電技術(shù)還是端對(duì)端點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，只能控制關(guān)和，靈活性差，未來將利用可關(guān)控全面控制技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)我國(guó)發(fā)展很快與國(guó)際同步。我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司正在研發(fā)建設(shè)在張家口地區(qū)的工程，張家界未來將會(huì)是新能源集中發(fā)展的要低，整個(gè)裝機(jī)將達(dá)到5000萬千瓦，如何送出來，準(zhǔn)備建設(shè)500千瓦直流柔性輸電工程，全世界最高電壓等級(jí)。第二部分，大規(guī)模新能源并網(wǎng)技術(shù)，新能源面臨的隨機(jī)性，近兩年中國(guó)電科院研究所風(fēng)能研究所根據(jù)我國(guó)擁有1000余個(gè)新能源場(chǎng)站，三年以上數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)揭示新能源規(guī)律，同時(shí)提出創(chuàng)新方法，提高預(yù)測(cè)精度?，F(xiàn)在我們?cè)谛履茉搭A(yù)測(cè)精度方面趕上了國(guó)際先進(jìn)水平。在研發(fā)新技術(shù)同時(shí)還研發(fā)系統(tǒng)，功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括風(fēng)和光伏功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)100多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)布局，光伏主要在青海、新疆、寧夏應(yīng)用。預(yù)測(cè)好了還要調(diào)度的好，前段時(shí)間的棄風(fēng)棄光程度很高，這種現(xiàn)象不是技術(shù)問題，是政策問題，是利益的博弈。上網(wǎng)如何消納，與煤電的博弈，煤電便宜，地方稅收問題。我們想辦法讓新能源上網(wǎng)，所以做了優(yōu)化調(diào)度技術(shù)。
另外大家知道新能源的波動(dòng)性，但是我們負(fù)荷是平穩(wěn)的，如何讓新能源配合電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，所以要研發(fā)大規(guī)模的儲(chǔ)能技術(shù)，目前來看，現(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)不能適用。以前我們的儲(chǔ)能技術(shù)都是進(jìn)口的，現(xiàn)在我們國(guó)家攻克自主技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了全面國(guó)產(chǎn)化。國(guó)家重視蓄能技術(shù)，目前正在建設(shè)8座蓄能電站，按照規(guī)劃2025年我國(guó)蓄能由現(xiàn)在的1.6%提升到4%。也是為風(fēng)光上網(wǎng)提供支持的。因?yàn)轱L(fēng)電光伏本身存在缺陷，因?yàn)榭箤?dǎo)能力差。低電壓穿越是容易脫網(wǎng)，不能共同維護(hù)電網(wǎng)，為解決這個(gè)問題還專門研發(fā)了控制技術(shù)，就是保證電網(wǎng)故障時(shí)能挺一段時(shí)間，共同維護(hù)電網(wǎng)安全運(yùn)行。技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用，對(duì)安全性有大的提升。還有一項(xiàng)技術(shù)是虛擬同步技術(shù)，使得光伏、機(jī)電元件有慣性，已經(jīng)研發(fā)成功。
運(yùn)用這些技術(shù)后我國(guó)增加了130多億千瓦時(shí)的新能源電力。我國(guó)在新能源裝機(jī)及技術(shù)方面和國(guó)際處于同步地位。
智能配用電技術(shù)
最后一項(xiàng)技術(shù)是智能配用電技術(shù)，配電網(wǎng)直接面向用戶，一定會(huì)智能化上下力氣，未來配電網(wǎng)將面對(duì)分布式介入，電動(dòng)汽車也將互動(dòng)起來，電動(dòng)汽車既是一種負(fù)荷又可以在我們需要時(shí)作為一種電源提供電，根據(jù)現(xiàn)在的電網(wǎng)互動(dòng)性質(zhì)，所以一定要智能化，在配用電側(cè)實(shí)施。傳統(tǒng)配電網(wǎng)是給工程工廠供電是單方向的，在可靠性方面要信息監(jiān)控，自愈技術(shù)方面及快速消化新能源等方面還有很多技術(shù)要改革。用電技術(shù)更是和老百姓息息先關(guān)，我們?cè)谥悄苡秒姺矫婧蛧?guó)際并軌的，特別是在用電信息的采集及電動(dòng)車的充放電設(shè)置及智能樓宇園區(qū)及智能家居方面的創(chuàng)新工作做的很多。國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)在用電信息采集上提前布局，在國(guó)際上也沒這么高的水平。國(guó)網(wǎng)花錢換智能電表，提高互動(dòng)性。另一方面為了支持分布式，國(guó)網(wǎng)去年無條件支持上網(wǎng)，研發(fā)了斷路器、雙向保護(hù)及并網(wǎng)接口控制系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)讓用戶接軌。目前，國(guó)家能源局已經(jīng)開展了30個(gè)光伏運(yùn)用示范項(xiàng)目，到2014年國(guó)網(wǎng)分布式并網(wǎng)達(dá)到6936個(gè)，容量達(dá)到265萬千瓦時(shí)。將來新能源在配網(wǎng)上接入以后直接對(duì)用戶有影響，儲(chǔ)能技術(shù)必須相配合?？偟膩砜磸氖澜绶秶鷣砜?，風(fēng)電光伏新能源技術(shù)在遇見的未來發(fā)展情況很好，依托這兩項(xiàng)技術(shù)新能源發(fā)展將朝著清潔、低碳的方向不斷發(fā)展，目前做得比較好的是德國(guó)，也是主要靠風(fēng)電和光伏。近年看來，我國(guó)大規(guī)模發(fā)展新能源并網(wǎng)、智能配用電、智能電網(wǎng)技術(shù)對(duì)于新能源的發(fā)展起到了有力的支持作用。但是我國(guó)有自身特點(diǎn)，發(fā)展有很多無序和非理性的東西，新能源發(fā)展速度太快，另外規(guī)劃方面的問題，電網(wǎng)和電源發(fā)展規(guī)劃的不協(xié)調(diào)使得棄風(fēng)棄光現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。主要是三個(gè)方面的問題，首先是三北地區(qū)，西北、華北、東北新能源裝機(jī)比率很大，但是這些地方電力負(fù)荷很低的地方，不解決這些問題只是建設(shè)是不行的，只有通過大電網(wǎng)建設(shè)才能解決，僅僅依靠?jī)?chǔ)能無法解決。因?yàn)閮?chǔ)能最大的問題還是在于經(jīng)濟(jì)性，技術(shù)還不能達(dá)到大規(guī)模應(yīng)用階段。
國(guó)家十三五規(guī)劃近期對(duì)于新能源消納問題正在采取舉措解決。最后一個(gè)是新能源的開發(fā)利用，前面是技術(shù)層面上的，需要國(guó)家不斷完善激勵(lì)政策。國(guó)家要進(jìn)行政策補(bǔ)貼，推動(dòng)新能源的不斷發(fā)展
原標(biāo)題:陳維江：創(chuàng)新智能電網(wǎng)技術(shù) 助力新能源發(fā)展
