中国工程院院士汤广福：能源互联网支撑能源转型的关键技术问题
2019-12-09 15:37:17
摘要：中国工程院院士、国家电网全球能源互联网研究院有限公司院长汤广福院士在“能源互联网创新与产业新业态”分论坛上作了《能源互联网支撑能源转型的关键技术问题》主题报告分享。
以下为汤广福院士发言文字实录：
汤广福：谢谢父母官，今天才知道未来城建得这么好，应该算乡村中的城市，而且是绿色城市，城市中的乡村到乡村中的城市感觉还是不一样，绿色环保。
下面报告的题目是能源互联网支撑能源转型的关键技术问题，这些技术问题都是值得投资发展的方向，由于能源转型到底要干哪些技术？站在国家电网公司的角度，以电为中心，多能发展的角度。从这三个方面，首先，能源转型，现在生产总量37亿吨，消费总量46亿吨，能源对外依存度20%，石油70%，天然气45%，煤不到10%，总的20%，这是对外依存度，这是能源现状。2035年的目标，产量控制在47亿吨标准煤，消费总量57亿吨，化石能源有望从85.6%降到75%、73%。非化石能源到底怎么发展？政府想推动能源加速转型。加速转型已经达成共识了，清洁化、绿色转型。2030年，清洁能源发电总成本低于化石能源，现在光伏风电平价上网，现在光伏风电平价上网还是质量比较次的，后面会说到，还希望更高质量的光伏和风电真正能够具备自主运行的发电企业。所以老天爷似乎给我们的清洁能源总量，全球开发万分之几够全球人使用了，关键怎么实现可控，这个是关键。
我们看看装机19亿，可再生能源38%，这是含水的，发电量是26.7%，这是到2018年底，今年的数没出来，到2030年人均电量是韩国的60%，美国的38%，人均用电量，人们生活还在改善，用电量还在持续增加，到2035年保守估计10万亿，装机到30亿千瓦，我们还有11亿千瓦，这是基本的保守目标。10亿千瓦，有碳减排的约束，基本上碳减排火电维持小幅增长，核电绝对值仍然很小，即使到1.6亿装机，政府还是谨慎发展，安全第一。我们的水电到3.5到5.3亿，现在看来电价各方面，梯级水电站开发不具备经济性，能看得见的就是风光，最好的和其他可再生能源，未来装机主要靠风光，我们驾驭它挺难。能源转型的目标，到2050年，我们一次能源非化石能源占比超过50%，现在整个速度非常快，压力很大。
这是能源的生产，能源的消费侧，最大的电能替代，对中国而言，能源安全、能源对外依存度，能源替代一定要走在发达国家前面，否则我们国家各方面都很难，能源替代，电能替代2050年到50%，原来是40%，现在加速推动供电环节的电能替代。用户最大的变化是电动汽车，2030年保守估计汽车工业协会是8000万辆电动汽车，如果都是特斯拉等效电容80亿度，到2030年每天的日均用电量240亿度，它占了四分之一，除了空调负荷之外，电动汽车负荷这么大的当量是整个对电网的冲击很大，发电侧是风光为主，10亿主要靠它，用户侧又除了空调又增加了一个巨大无比的电动汽车到中国这个市场。
所以电网加在中间面临挑战，2030年风电装机超过10亿千瓦，现在3.5亿，控制到5%以下，所以这个压力能不能转成功，实际上可再生能源消纳。我们国家能源转型最大问题是上午讲的灵活电源没有，最好的华北地区灵活电源0.8%，欧洲国家，德国最低15%，英国40%左右，他们能源转型最大是天然气这种发电，一分钟能起停补偿可再生能源的波动的我们国家没有，灵活电源也很有限，中国能源转型带来的巨大问题，很难。所以源网荷储的挑战很难，两面夹击，互动用户比较弱，老百姓没有电的获得感。还有技术支撑很薄弱，电力市场没有放开，这后面都需要说到。
第五个方面的挑战，电力汽车改革带来的挑战，放开两头，监管中间。电力体制，我们国家电网怕被管道化，主动变革，防止被革命，所以能源的转型，清洁能源是关键、风光是关键、电网是核心，能不能把风光驾驭住送到千家万户是核心，能不能转成功，电网就变成尤其重要的核心环节。
下面是能源互联网，我们属于国家电网公司下属研究院，提出了泛在电力物联网、智能电网两个电网，八方面的技术，简单跟大家说一下，我认为这八个方面都是未来重要的能源转型加大攻关力度支持的方向。一个智能电网方面高比例可再生能源的消纳和调控的问题，第二个是源网荷平衡的，多元用户互动，用户互动比较弱，技术支撑这方面的技术。可再生能源并网调控，一个是发电功率预测，俗称天气预报，据说国家电网公司做的比气象局做得还准，现在85%，但是不行，将来要做到日均一天到90%以上，每天到95%，解决气风气光，光这个预测还不行。常规发电和我们风光发电集群的协调控制，这是将来要推动灵活电源建设、火电技术改造、风光水火的联合运行等等这方面的技术都要进行投入储能能源转化说得比较多，现在主要是价格的问题，一方面价格太低、另一方面储能还没有降小区。第四个并网的主动支撑和运营，国家电网公司做了大量的准备，我们在各方面完成了很多示范，将来可再生能源不能像现在这样，可再生能源要求具备自主运行的能力，也就是具备自主的惯量能力，各方面同步能力等等，将来可再生能源发电成本还要进一步的优化，要提高它的并网质量，这是可再生能源并网调控四个方面。
第二个电网柔性互联及安全运行，一个是大电网再造和仿真，国家电网公司做到世界顶级水平，最高电压等级，最大的电网驾驭者，没有安全稳定的问题，所以做得很厉害。但是随着新能源的融入，电力电子化，所有的基础理论全部要再造，仿真要再造，这方面需要进行基础理论方面的变革， 未来的电网到底怎么驾驭，未来电子化都是非线性的，怎么驾驭这些电网。第二个是智能调度技术，现在调度是大电厂和电网之间，电网和大用户之间进行调度远远不够，将来的调度进入泛在互联网、泛在云的概念，互联网整个云计算、大数据、人工智能，我们让虚拟电厂，所有的风电厂和大用户之间全网参与调度，也就是说西部晚上不要弃风了，晚上开工、白天不开工，全年度的参与，整个电力市场要打开，这方面政府也在推。第三个和第四个柔性交直流通电有一些案例，我们的电网100多年前是刚性电网，铜铁铝的，很不灵活、很不柔性，国家电网公司做了大量的示范，就是让我们的刚性电网变得更加灵活、更加柔性，能够接纳更高比例的可再生能源，提升可再生能源的接纳，一条线路增加一倍到两倍原来的输送能量，增加可控，2007、2004年做了可控示范，统一潮流示范器在江苏、南京和上海做了几个示范，对常规的交流电力系统，所有参数的综合调节，现在占地大，损耗大、投资大、运行复杂，你不喜欢它还不行，将来改造成柔性的，不喜欢它也得用，这是面临能源转型的现状。直流，我们国家几千供电能源分布的特点决定了未来的十几二十年还有西电东送的规模，10亿的装机，中东部可再生能源还不够，还需要海上的风电。特高压直流，一条现在到一千万，一千万相当于最高负荷接近一半，可靠性要求特别高。所以在这一块建设了30个直流和特高压直流工程，后面还在继续加速。
西电东送还在继续支持，第二个是柔性直流，这个是非常好的技术，它理论上可以接纳不存在气风气光的问题，但是它有各种各样的优势把电力系统的参数进行调节。这个名字是我取的，在中国纳入了电网，建设乐观这么多的工程，2011年开始建，越建规模越大，世界上最高的已经投入运行半年，南网，国网上升到800，这是厦门的柔性直流，相当于四条220千伏的，主要是整个的隧道资源紧张。所以这是非常好的。这是谕鄂背靠背，全国一张网，有优势又能隔开。我们又解决了直流开断的问题，被誉为百年难题的200千伏，最终在张北做了冬奥会的示范的国家电网公司投资100多亿，张北和康宝两个完全通过丰宁抽水蓄能送到昌平，这个工程极具示范意义，国家项目研发投了1个多亿，我牵头作为项目负责人来做的，现在在现场已经安装完了，明年1月份投运，这是在做的试验，这些应该来说就是百分之百的绿色能源能够送北京。
第三个技术多元用户供需互动与能效提升，源网荷友好互动，综合能源与智能用电，校长已经说了，现在电表不智能，我们国家电网公司把电费收上来了，我们希望老百姓参与能源转型，我们区长大人支持能源转型，我买风电、水电，广义的风电能源比常规电价高一毛钱，将来让老百姓参与能源互动，德国的能源转型高素质、高水平在支持能源转型。但是能源转型是要有代价的，我觉得电价必须往上走，要考虑这方面。车联网技术前面说了，没有车联网我们要给电网增加多四分之一的重资产，不太现实。电力市场这方面要打开，不打开不行，想推现货市场。基础支撑不说了，电工、材料、大功率器件、电力芯片、人工智能，全网调度、人工智能调度，人工智能维修，大功率器件张北工程是ABB供的，对我们国家是卡脖子，我们要有专门的一条中试线在国家电网公司投入做，北京市政府支持，未来都在支持我们。
简单说一下，我们现在提出泛在互联网，是一张虚拟的网，智能电网是一张实体的网，很让大家模糊，我现在说说两张网的关系。怎么解决感知能力，智能传感和智能终端，融合创新物联平台怎么开放，都打开了，电网安全怎么办？实际上智能传感，国家电网公司传感做得最不好，电网公司做得传感不行，不像航空航天石油领域、能源其他领域，包括空天等等一系列，我们的传感这一块基本上全部依赖集成或者依赖国家，国家电网公司四个多月前在我们这里成立一个电力传感技术研究院，要加强攻关，要泛在。智能终端就是智能电表，怎么打通最后一公里让宽带进入家庭，让老百姓全部来参与电网的互动，支持能源转型，这是全民的事儿，光靠电网公司一家不行，我们能源发电所有的能源行业都得参加，全民参与。电信网架结构很简单，我们现在的网架结构国家电网公司给牌照就是电信企业，这个不行，将来全网打通之后网架结构光传输网的主干网架的容量还要提升，最后接入到家庭电信无线载波和5G所有无人变电站都得融入进来，智能终端要广泛的覆盖支持虚拟网，来保证电网的融入。
物联平台这一块，大家都说技术怎么放开，电网公司怎么像阿里巴巴、腾讯一样在这块建一个公共平台，让整个平台业务和数据开放共享，让全民能够参与，现在新增数点和电网一样等同了，先进计算，包括图计算以及深度人工智能算法都需要在这方面进行支撑。信息安全，这就很简单，上亿个用户，虚拟电厂大用户，家庭既是消费者，光伏又送到电网，信息要安全，边界打开了，信息安全的技术防护有三道防线，所有参与电网的都要接受约束，同时漏洞挖掘、智能防御各种各样的，现在国家电网公司在我们院还有一个防御部队，整个这一块每月都有黑客攻击，电网保证安全的的确确国网有一个部队在支撑。
说一下展望，能源互联网更多的是解决可再生能源消纳，电网安全可控，然后多能互补，实现了新型供需协调，让老百姓有获得感。所以智能电网有泛在物联网的关系，通过信息感知、要素互联、云端服务让这张泛在网和智能电网紧密结合，泛在电力物联网是智能电网更加智能，接纳更高比例的可再生能源，实业能源转型呼应能源革命的重大战略。泛在电力物联网是天然垄断性的电网公司更加开放，让老百姓有获得感。所以能源互联网会带来电网技术和生产模式的变革，智能电网和电力物联网是相辅相成的，融合发展，共同构成三流合一的能源互联网，形成强大的价值创造平台，为电网运行业务大幅提高促进能源转型。我的报告到这儿。谢谢大家！
注：本文系能源新闻网整理自汤广福院士在2019年全球能源转型高层论坛上演讲文字实录，未经本人审阅。
