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中國為世界貢獻全球清潔能源解決方案
發布時間:2016-01-28


全球能源互聯網方案作為一個統攬全球的能源低碳化方案,為世界各國合作推進氣候變化進程,從技術視角提供了一種可能方案。


 能源互聯網是《第三次工業革命》作者杰里米·里夫金提出的一個新概念。在他的設計中,能源互聯網把互聯網技術與可再生能源相結合,將全球的電網變成能源共享網絡,實現由集中式化石能源利用向分布式可再生能源利用的轉變。里夫金也論及洲際共享能源的可能性:“當地球的一半處于黑夜時,富余的能源可以通過互聯網智能地轉移到處于白晝的另一個半球?!痹诓簧偃苏J為里夫金的理論是天方夜譚時,中電聯理事長、國家電網公司董事長劉振亞則計劃將其付諸實踐,他在20152月出版的新著《全球能源互聯網》中,為能源互聯網概念規劃了完整的全球藍圖。他展望,全球能源互聯網將依托先進的特高壓技術和智能電網技術,形成連接北極地區風電、赤道地區太陽能發電和各洲大型可再生能源基地與主要負荷中心的跨國、跨洲、全球互聯泛在的堅強智能電網,并計劃2050年形成全球互聯格局。


    中國為世界貢獻全球應對氣候變化的清潔能源解決方案


    根據聯合國氣候變化專門委員會(IPCC)于2014年發布的第五次評估報告,如果到2100年時全球二氧化碳當量濃度約為450ppm或更低,則有可能將本世紀的溫度變化保持低于2攝氏度。在此情景下2050年全球溫室氣體排放要比2010年降低41%72%,2100年排放水平接近于零,甚至更低。能源系統必須要有大規模改變,大幅提高低碳能源的供給。IPCC預測,低碳能源占一次能源的百分比在2030年和2050年要分別達到24.5%60%,2100年甚至要高達90%以上。


    IPCC只是對未來減排情景進行預估,但并沒有提出減排的技術路徑。如何減排由各個國家自己提出構想,如德國就制訂《面向2050年能源規劃綱要》,明確2050年德國的可再生能源的目標是,占總能源消費比例達到60%,占總電力消費比例達到80%。世界各國都在按照2015年巴黎氣候大會的談判進程需求,積極準備在上半年發布各國的“國家自主決定貢獻”(INDCs)。


    全球能源互聯網是個偉大的規劃,其偉大之處在于它不僅提出了中國的清潔能源解決方案,而且為世界貢獻了一套全球應對氣候變化的整體能源解決方案。國際上對能源資源的分布、狀況研究很多,有區域性解決方案,比如撒哈拉沙漠的太陽能跨洲向歐洲輸送,但是全球可持續發展的能源解決方案很少有人提出。工業和信息化部產業政策司司長馮飛認為《全球能源互聯網》是第一個。根據該書描述,依托全球能源互聯網,全球各地的風能、太陽能、海洋能等可再生能源可以方便地輸送到全球各地的各類用戶,到2050年,清潔能源占一次能源消費總量的80%左右,成為主導能源,此時全球能源碳排放僅為199050%左右,可以實現全球溫升控制在2攝氏度以內的目標。中國科學院院士、清華大學教授盧強認為它是“站在全球高度提出的,具有可行性的頂層設計”。


 2014924日的聯合國氣候首腦峰會上,中國國務院副總理張高麗作為習近平主席的特使在發言中強調,“中國作為一個負責任的大國,將以更大力度和更好效果應對氣候變化,主動承擔國際義務”。對中國而言,積極參與全球氣候談判是積極參與國際治理的重要平臺。中國的責任不僅是國內的減排,還包括與世界各國共同提出全球應對氣候變化的技術解決方案,并以中國強大的政府行政能力、強大的技術創新能力、強大的制造業擴展能力,建設全球的清潔能源體系。


 全球能源互聯網方案作為一個統攬全球的能源低碳化方案,為世界各國合作推進氣候變化進程,從技術視角提供了一種可能方案。國際氣候治理本身也是政治和經濟和科技的互動過程,中國的這個技術構想無疑具有重要意義,它對于引導各國未來的減排行動提供了一種新思路,對于目前氣候談判中屢屢陷入僵局的低碳技術轉移問題提供了一種新的技術合作思路。


 全球能源互聯網的意義還不僅在于遠距離輸送清潔能源,它還強調“國家泛在智能電網適應風電、太陽能發電等間歇式電源以及各種分布式電源的友好接入和各種用能設備即接即用,并與互聯網、物聯網、智能移動終端相互融合”。這將使得清潔電源的發電行為、消費側的用電行為等信息得到廣泛采集,這將對溫室氣體核算提供技術支撐,對于形成具有全球統一標準的碳減排MRV(可衡量、可報告、可驗證)提供了一種潛在的可能性。另一方面,分布式發電和分布式儲能依托能源互聯網實現了數據集成,它保障了分布式減排項目數據的可采集性和真實性,大大降低了項目核證成本,使分布式減排項目組合為CDM減排項目或中國的CCER減排項目提供了技術可能性,為繁榮碳市場乃至推進全球碳市場的建立提供了新的技術可行性。


    全球能源互聯網的一個目標、兩個基本點


對全球互聯網來說,其核心目標是以輸送清潔能源為主導。特高壓技術是國家電網近年來重要的技術創新成果,劉振亞將其貢獻給能源互聯網概念,把里夫金所構想的能源互聯網在全球尺度上規劃了發展藍圖。特高壓輸電技術和能源互聯網技術這兩項技術共同構成了全球能源互聯網的兩個基本點,兩者互不可缺。


 如果離開了能源互聯網技術,僅僅是利用特高壓技術實現洲際聯網,只能被稱為全球特高壓電網;如果特高壓電網輸送的電力主要是大型燃煤發電廠發的電,而不是主要輸送風電光伏等清潔能源,那它就與里夫金所說的能源互聯網并無關系。真正的能源互聯網通過利用互聯網技術使可再生能源成為主導能源。用特高壓把全球的區域能源互聯網聯接起來,真正實現全球可再生能源的共享,就真正形成了全球能源互聯網。


 這樣就必須要回答三個問題:第一是微型的能源互聯網是否已經實現接納較大比例的可再生能源;第二是特高壓輸電技術是否確認了遠距離大規模輸電的可行性;第三是互聯網技術是否能夠幫助特高壓大規模輸送波動性的風電光伏。


    微型能源互聯網是以清潔能源為主的電力體系


 里夫金所構想的能源互聯網是分散化的信息通信技術和分布式的可再生能源融合,可再生能源在能源體系中占據主導地位。然而,讓電力系統接受更多波動性很強的風電和光伏是個很大的挑戰。在這方面,西歐各國的探索進展最大。丹麥的電力結構中,風電已經占到30%多。但丹麥畢竟只是一個國土面積僅4.3萬平方千米,人口僅500多萬的小國。而德國作為全球GDP第四的大國,在減排目標和行動上都是歐盟的領頭羊,其對于新型能源體系的探索更令世界矚目。2011年德國政府宣布2022年前關閉全部核反應堆,201412月在利馬氣候大會上,德國宣布將在未來五六年關閉一些燃煤發電廠,以實現2020年前減排40%的目標。棄核減煤的德國靠可再生能源能夠保障能源供給嗎?德國的努力確實卓有成效:可再生能源占德國發電量的比率2010年為16.4%,2014年已經達到約25%,預計到2020年將上升到35%。德國正在創造一個有可能引領世界潮流的新型能源體系。


德國希望能通過技術革新來滿足未來分布式能源供應的需求。德國聯邦經濟技術部與環境部于2008年在智能電網的基礎上推出名為E-Energy的技術創新促進計劃,提出打造新型能源網絡的目標。E-Energy為滿足未來以分布式能源供應結構為特點的電力系統的需求,充分利用信息和通信技術開發新的解決方案,在整個能源供應體系中實現綜合數字化互聯以及計算機控制和監測,最后達到的狀態是“以電力生產決定消耗”,最大限度地利用風電和光伏。


它將實現電網基礎設施與電器之間的相互通信和協調,例如,當風力特別強時,電力就會過剩,因而非常便宜,消費者便能適時開啟電器,如電冰箱、洗衣機、洗碗機。電動車與電力系統的雙向互動功能尤其強大,車主能夠為汽車下達指令,以最低的成本為電池充電,或者只用“綠色電力”為電池充電。E-Energy系統甚至可以從電池汲取剩余電力,反饋至電網,在用電需求高峰時提供補充。當進入用電負荷高峰時,ICT網關能夠協調小型熱電聯產廠的循環,或使蓄電系統提供補給。E-Energy將可能形成一個全新的電子能源市場,客戶自己能夠作為小型電力供應商(例如通過太陽能電池板)發揮更積極的角色。這個市場中將出現全新的服務,比如“允許推遲接通時間”、“在用電需求高峰時向電網返還電力”、“只在陽光強烈或強風時使用”等。在市場中,能源生產者和消費者能夠因為促成了安全、符合成本效益和環保的電力供應而受到獎勵。


  德國的E-Energy計劃目前正在六個地區試點,每個地區都有不同的能源互聯網試驗主題。比如哈茨地區的RegMod項目,哈茨位于德國中部的山區地帶,風力和水力等可再生能源資源豐富。RegMod項目是一個綜合性的能源互聯網項目,其核心示范內容是整合儲能設施、電動汽車、可再生能源和智能家用電器的虛擬電站。當可再生能源發電有富余的時候,抽水蓄能電站和電動汽車可以儲存多余的電力,智能家用電器,比如智能洗衣機、智能洗碗機、智能熱水器等,也會及時開啟消費多余電力;在電力需求攀升的時候,這些儲能設施可以和智能用電器一起構成虛擬電站,通過釋放所存儲的電力以及減少智能電器的用電量來滿足緊張的電力消費需求。RegMod項目包含了很多能源互聯網元素,包括電動汽車、分布式可再生能源、智能用電器、儲能設施等,是能源互聯網的雛形。


 特高壓技術的遠距離輸電能力得到檢驗


 現在的能源互聯網技術上已經可以實現小區域內電力系統容納較高比例的可再生能源,然而,遠距離的電力輸送仍然是必要的。像北京這樣的負荷中心,即使把全部屋頂都鋪上太陽能光伏板,也遠不能實現能源自給,必須要從外地調入大量電力,而新疆自治區、蒙古國的風力和太陽能資源也無法在當地消化,需要轉成電力外送華北等地的負荷中心。分布式能源的發展仍然需要特高壓技術實現遠距離輸電。


 2014127日,哈密南—鄭州±800千伏特高壓直流工程正式投運,這是目前世界輸送容量最大的直流工程,也是國家電網建設的輸電距離最長的特高壓工程。線路起點在新疆哈密南部能源基地,落點鄭州,線路全長2210千米。該工程是國家實施“疆電外送”戰略的第一個特高壓輸電工程。據公開數據報道,新疆2014年度外送電力175億千瓦時,其中哈鄭直流特高壓是主要輸電通道(此外還有750千伏通道對西北電網送電)。據了解,新疆計劃2015年度外送電力359億千瓦時,比2014年翻一番。哈鄭特高壓外送電量未來最高可達500億千瓦時。哈鄭特高壓技術已經表明,20003000千米的遠距離輸電在技術和成本上是可行的。而且哈鄭特高壓在吸納風電光電方面也成績卓著,2014年疆電外送電量中風電光電達到22.43億千瓦時,占全部疆電外送約17%。原電力部部長史大楨認為,“國家電網公司累計建成的‘三交四直’特高壓輸電工程,全面驗證了特高壓輸電的可能性、先進性、安全性、經濟性和環境友好性”。


 適逢治理華北地區嚴重霧霾的背景,特高壓建設驟然提速。20146月國家能源局下發的《關于加快推進大氣污染防治行動計劃12條重點輸電通道建設的通知》中就包括9條特高壓項目,含國家電網公司8條特高壓工程,以及南方電網公司1條特高壓工程。同月,習近平總書記在中央財經領導小組第六次會議上闡述能源革命的時候,明確要“發展特高壓大規模遠距離輸電技術”。


 2015年,特高壓又成為支撐“一帶一路”戰略的重要戰略技術。國家電網特高壓在2015年將著手建設我國到中亞五國的輸電通道,以及俄羅斯、蒙古向我國的特高壓線路,支持我國“一帶一路”戰略。俄羅斯葉爾科夫齊—河北霸州±800千伏特高壓直流工程等多條線路2015年開始開展前期工作,其中哈薩克斯坦?;退箞D茲—南陽±1100千伏特高壓直流工程的距離大約3000多千米,將成為全球輸電距離最長的特高壓線路。這些工程都表明了特高壓超遠距離輸電的技術可行性和經濟可行性,以及大規模發展的前景。


 特高壓未來應以輸送清潔能源為主


 目前的特高壓項目已經顯現了洲際電能輸送的能力。但里夫金所構想的洲際電網是輸送可再生能源,而目前的特高壓則是以輸送煤電為主、風光電為輔。2014年度新疆外送電力中風光電僅占17%,主要運送的是哈密能源基地的煤電。煤電的遠距離輸送雖然保障了華北地區的能源供應,有助于緩解華北地區的霧霾問題,但污染物的總量并沒有減低,只是在華北還是新疆排放的差別。目前規劃的國際特高壓項目中,葉爾科夫齊—河北霸州±800千伏特高壓直流工程的送端電源主要是俄羅斯阿穆爾州燒褐煤的葉爾科夫齊火電站,哈薩克斯坦?;退箞D茲—南陽±1100千伏特高壓直流工程的送端電源也是煤電。


 在全球能源互聯網的遠期規劃中,中國利用特高壓從哈薩克等中亞國家輸入的應該是光伏和風電,從俄羅斯遠東輸入的應該是水電和北極的風電。要想通過特高壓對風電光伏進行遠距離傳輸,就需要依托互聯網技術配套遠距離、大容量的需求側響應能力。這時,特高壓電網不僅是電能輸送載體,而是通過“與互聯網、物聯網、智能移動終端等相融合,成為我國未來的能源互聯網平臺,實現對清潔能源的大規模開發利用”。


 能源互聯網能夠實現遠距離、大容量的需求側響應


 能源互聯網發展的核心目的是利用互聯網技術,促進以電力系統為核心的大能源網絡內各類設備的信息交互,實現能源生產與消耗的實時平衡。海量分布式設備的廣域協調和未來即插即用能夠實現雙向互動的分布式儲能,能夠提供遠距離、大容量的需求側響應能力。電動車、家庭儲能、樓宇儲能、天然氣發電及電轉氣技術都將發揮積極作用。


 巨量智能家居設備形成的分布式能量調節系統。在能源互聯網中,家庭中的冰箱、空調、家庭儲能裝置所構成的巨量智能家居形成規模龐大的分布式能量調節系統。試想,如果北京的數百萬個家庭的冰箱和空調以主動或被動的方式納入電力調度體系,其所構成的需求側響應能力是驚人的。


 巨量電動車形成的分布式儲能系統。交通行業是除發電行業之外的另一化石能源消耗大戶。2010年,交通運輸行業占最終能源使用的27%。交通行業的最大減排潛力將是以電動汽車為核心的電氣化交通體系。電動汽車可以用作備用電源和移動存儲器,在用電較少的時段進行充電,在用電高峰時將電力反哺到電網。當百萬輛計的電動車構成的分布式儲能系統與電力系統高度一體化時,將不但使電動汽車對電網的影響降到最低,還能形成規模巨大的虛擬電廠,具有很強的需求響應能力。


 天然氣網絡與電網耦合形成強大的調峰能力。天然氣在電力系統的比重正在迅速上升。美國2013年宣布新建電廠的碳排放標準后,新建火力發電廠均為燃氣電廠。燃氣電廠具有很好的調峰功能,尤其是中小功率燃氣輪機機組。最近出現的電轉氣技術頗引人關注,它可將水電解后產生氫氣與氧氣,再將氫氣與二氧化碳混合產生甲烷。電轉氣的轉化效率可達60%70%,德國目前已經在進行商業示范。電轉氣技術將可再生能源機組的多余出力轉化為甲烷,可以直接注入天然氣網絡中進行運輸和儲存,這使得未來的電力系統與天然氣網絡之間的能量流動將由單向變為雙向。廣泛分布于發電端和用戶端的小型燃氣發電和電轉氣設施,將形成功能強大的分布式儲能體系。


 大規模分布式儲能裝備要想在全球能源互聯網中高效運行,最不可少的制度支撐是動態電價和全球電力市場。足夠大的峰谷電價差可以吸引投資者和普通家庭積極進入電力市場。依托發達的互聯網技術,消費者能夠根據實時電價自動調整用電消費行為和儲能設備的運行狀態。李克強總理在2015年政府工作報告中提出要制定“互聯網+”行動計劃?!盎ヂ摼W+能源革命”,可以理解為就是能源互聯網。2015年將出臺的新電力體制改革方案,應實質性納入“形成市場決定電價的機制”和“構建電力市場體系”,以落實李克強總理的“互聯網+”行動計劃,推動中國能源互聯網的建設,推動中國乃至世界的能源革命

                                                                                                                                            (來源:中國電力企業管理) 

 
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