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杜祥琬:我国能源互联网的“三化”与“两结合”

hot88热竞技官网 能源 2021年09月29日
本文摘要:(本文根据原中国工程院副院长、院士杜祥霖在国家能源互联网产业和技术创新联盟全体成员大会和2017国家能源互联网大会演讲实录整理)发展能源互联网的目的,建设高效、安全、低碳、共享、可持续的现代能源系统。我国希望在实现新兴城市化和农业现代化的过程中,构建三化和两化结合的能源互联网,是实行能源革命的重要内容,对我国经济建设、社会建设、生态文明建设具有重要意义。2004年,英国《经济学家》杂志首次提出了能源互联网的概念。

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(本文根据原中国工程院副院长、院士杜祥霖在国家能源互联网产业和技术创新联盟全体成员大会和2017国家能源互联网大会演讲实录整理)发展能源互联网的目的,建设高效、安全、低碳、共享、可持续的现代能源系统。我国希望在实现新兴城市化和农业现代化的过程中,构建三化和两化结合的能源互联网,是实行能源革命的重要内容,对我国经济建设、社会建设、生态文明建设具有重要意义。2004年,英国《经济学家》杂志首次提出了能源互联网的概念。

2011年,美国学者杰里米里夫金提出了基于可再生能源、分布式和开放共享的网络,即能源互联网,这是一个非常重要的概念。我国能源互联网研究者对能源互联网进行了很多研究,出了很多书,理解有差异,但反映了能源绿色、低碳发展趋势和互联网技术的结合。我国提法是互联网智能,这是能源互联网的概括。我们生活在互联网、物联网的大时代背景下,只要考虑能源问题,当然就会考虑能源互联网的概念。

目前,能源互联网的三化必须加快中国能源互联网的建设,着重于电气化、低碳化、智能化三个方面的工作。一是电气化。也就是说,在终端能源中,功率的比例应该大大提高。

众所周知,目前电力占中国终端能源消费的比例只有20%以上,这个比例需要大幅度提高,这意味着终端能源中不发电的部分会下降。例如散煤,大幅度下降,最后必须全部替代。

在我国能源中,煤比较高,约40亿吨原煤消费中只有一半用于发电,另一半用于工业煤和散热煤,引起能源消费的低效率和环境污染,今后用电和工业馀热替代,是保护环境的要求,也是提高能源效率、优化能源结构、改善环境的要求。交通燃料作为终端能源也必须逐渐下降。我国每年消耗约6亿吨原油,国内生产2亿吨,进口4亿吨,增加空间有限,需要用电、生物油气、太阳能等替代,降低交通油。

这两种减法会降低我国终端能源中的非电力比例,同时大力发展电力,特别是低碳电力满足能源增长需求。从年来,2015年我国能源增长率为1.4%,2016年为1.3%,今年可能稍高。该增量应为低碳能源,包括天然气、可再生能源和核能源。

目前,中国终端能源的电力比例将从目前的20%上升到2020年的25%以上,进一步达到更高的比例。二是低碳化。这是改善环境、应对气候变化和国家可持续发展的必然要求。

中国实现低碳化的方法需要通过低碳能源的三辆马车共同努力。一是可再生能源,二是天然气和核能源。天然气是化石能源中的低碳能源,再加上可再生能源和核能源。我国取代占能源消费总量的60%以上的煤炭,任何马单独用力都不够,高比例,比较早实现煤炭替代需要三匹马共同努力。

目前,中国明确低碳能源在一次能源中的比例在2020年达到了25%。也就是说,15%的非化石能源,包括再生能源和核能源,再加上天然气现在是6%,到2020年天然气将达到10%左右。

低碳能源希望在2030年达到35%,2050年达到55%~60%。这种低碳化趋势是可行的,在国家发布的2030年能源战略中,2050年非化石能源达到50%以上。2015年,中国低碳电力在电力中的比例为27%,目前计划到2020年为31%~35%。

关注未来,非化石能源将成为主导能源。根据中国工程院的研究,到2050年,中国能源结构的变化是煤,其次是石油,其次是天然气,其次是水电、核电、非水再生能源。但是,现在最高的是煤,其次是石油。

到2050年,前面提到的三种低碳能源可占50%以上。第三,智能化。能源系统的设计、运营、管理与信息技术、数字技术的深度融合,大大提高了自动化、数字化程度和效率。智能应用于许多智能技术,包括人工智能等各种技术。

例如,智能感知技术:通过智能传感器获得配电网、交通网、天然气网的运行状态数据和用户方面的能源设备的微网和分布式电源的运行状态参数,用于分析和改善整个控制战略。大数据技术:能源系统整个管网的监视、运行、能源交易和用户能源以及各种分布式电源负载数据量非常大,大数据的分析和应用可以提高系统的效率。云计算技术:实时实现高性能计算,迅速便利地获得计算资源,提高应用价值。微网技术:这是一个社区、单位或村镇可以独立运行的能源网络,它融合了分布式发电、销售电力、储电、输电、用电,在协调计划、控制和管理的同时,可以联系公共智能电网,构成新的能源网络。

能源互联网的两个结合是分布式和集中式的结合。智能电网(自上而下)是电网技术、信息技术和数字技术的结合,是未来能源互联网的主干和资源配置中心。要着力发展分布式,这是生产能力和能源的新发展趋势,由分布式、分散式、众多低碳能源的生产者和消费者构成这样的网络。例如,太阳能墙、屋顶太阳能、太阳能汽车、太阳能道路、太阳能飞机、垃圾资源化、沼气站、地热站、储藏站、风力发电等,属于各种分布式能源,可以构成独立运行的微网。

另一个社区、一个单位、一个村镇的能源网络,也可以自下而上地与集中的智能电网交流,利用智能感知技术和大数据技术高效管理,构成新的能源网络,实现低碳化、智能落地。二是横向多能互补与纵向源网荷载储存相结合。横向补充太阳能、核能源、再生能源、火力发电、天然气,通过互联网的大数据管理,连接电网、供热(冷)网、水网、气象网等。

纵向是统一能源供应侧、负荷侧和储藏能源,提供多样化的电力服务,提高综合效率。例如,纵向的几个组合,重要的作用之一是太阳能、风能、自来水。其主要问题是如何解决间歇性问题:第一,利用火电调节峰值,进行适当的灵活性改造,提高间歇性能源的网络使用率;第二,减少废风、废水,根据气象情况调动不同的能源,包括对其他能源的灵活性改造和合作;第三,根据能源方面的变动,启动调节峰值或峰值电力的有效利用。

其中不可或缺的是储藏技术,包括物理储藏和化学储藏。目前贡献最大的是抽水储能,但化学储能和各种电池储能发展也非常快,这是一个非常活跃的领域,可以应用多方面。

笔者理解储藏技术有三个大的发展方向。一个是间歇性的可再生能源,可以最大限度地避免放弃风而放弃水,间歇性的储藏发展良好,合作良好,首先可以解决这个问题。二是储能可以支持各类电动车的发展,电动车所需的能量密度相对较高。三是广泛应用于小区、企业微网,能更高效、节约地利用峰谷电,提高小区效率。

综上所述,如果互联网是信息互联网,能源互联网应该是物理网,是利用互联网重建能源服务的物理网。物理网络包括许多先进的传感器、控制器和软件应用程序、大数据技术等,连接能源生产方、传输方、消费方数亿的设备、机械、系统,形成能源互联网的物联基础。能源互联网是新能源技术和新能源方式与产业模式的结合,是能源革命的具体执行和体现。

发展能源互联网是能源转型的特点之一,将我国传统能源产业升级为具有双属性的产业,是能源产业和能源服务业。能源服务行业以用户为中心,以提高能效和服务水平为宗旨的服务行业,让群众获得更便捷、更高效、更节约的能源服务。发展能源互联网的目的是建设高效、安全、低碳、共享、可持续的现代能源系统。

我国希望在实现新兴城市化和农业现代化的过程中,构建三化和两化结合的能源互联网,是实行能源革命的重要内容,对我国经济建设、社会建设、生态文明建设具有重要意义。


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