智能电网最终实现的不是电力系统某一个环节的改变,而是发电、输电、用电三方的全面改变,由电力供应方、电网企业与电力消费者三家共同维持电力系统的稳定。
刘振亚在文章中提出,未来的智能电网,是网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动的“能源互联网”,将推动能源开发方式变革、能源配置方式变革和能源消费方式变革,最终推动人类生产生活方式的改变,并推动战略性新兴产业发展。这是对智能电网所承担历史使命的高度概括。
在全国上下深入学习贯彻十八届三中全会精神的热潮中,国家电网公司董事长、党组书记刘振亚近日在《科技日报》发表署名文章《智能电网与第三次工业革命》,在系统内外引起了强烈反响。作者紧扣三中全会全面深化改革的重大战略部署,立足于国际能源格局深刻调整变化、我国能源发展面临复杂挑战和战略转型机遇的时代背景,系统梳理了“依靠智能电网推动能源变革”的发展逻辑。运用全局的、整体的、历史的、开放的、普遍联系的“大能源观”,全面阐述了“智能电网承载并推动第三次工业革命”“把握战略机遇,推动我国智能电网创新发展”的观点。文章体现了作者的全球视野和前瞻思维,剖析透彻、见解深刻,凝聚了以作者为代表的国家电网人的智慧和远见,折射出作者对时代发展脉搏与能源变革规律的准确把握,激发起国家电网公司全体干部员工抢抓历史机遇、以改革创新精神全面推进智能电网建设的强烈责任感和使命感。
贯彻落实三中全会精神,关键要把握时代特征,立足行业实际,推动我国能源安全发展、清洁发展、环保发展、友好发展。能源是人类文明的物质基础,能源变革对工业发展具有决定性、全局性影响,推动着工业文明不断向更高层次和水平演进。可以说,人类对能源的开发利用能持续多久,就决定了人类文明能走多远。新世纪以来,大规模开发利用化石能源,在推进人类文明进步的同时,也带来了日益凸显资源环境危机,让建立在化石能源基础上的工业文明逐步陷入困境。相比之下,可再生能源不仅绿色、清洁、可持续,而且储量极其丰富。全球陆地风电资源超过1万亿千瓦时,太阳能资源超过100万亿千瓦时。化石能源的难以为继和可再生能源的广阔前景,让人类可持续生存发展的目光不约而同集中在了可再生能源的大规模开发利用上。通过能源变革,建立可持续的工业文明,已经成为全球不可阻挡的潮流。而可再生能源能否取代化石能源,需要多长时间全面取代化石能源,则取决于能否建成智能电网和何时能够完成从传统电网到智能电网的转变。
众所周知,电力系统是由发电厂即电能的生产者,电网即电能的供应者,用户即电能的使用者组成,发电厂发出的电力经过电网送到千家万户,完成电能生产到消费的过程。这与一般商品生产消费过程相同。但由于电能基本无法储存,产、供、销必须在同一时间完成。做不到这一点,电网就要瓦解崩溃。电网就像一根扁担,一头挑着电能生产者,一头挑着电能使用者,要随时保持两头平衡。但我们知道,电能的使用者是随机的,是不可控的,因此要保持平衡,就必须做到电能的生产一侧是可控的。这是电力作为特殊商品区别于其他商品的特点,也是电网企业不同于一般商品销售者的特点。也恰是这一点,使“纵有千般好”的风电、太阳能,难入“寻常百姓家”。因为风雨变化无常,日出日落,非人类能够左右,导致风电、太阳能发电成为不可控电源,其大规模开发进入电网达到一定比例后,在传统电网里势必导致“扁担”的两头失衡。
目前,我国已成为世界风电装机容量最大的国家,但仍有媒体和舆论质疑我国清洁能源的消纳严重受电网制约,原因就是传统电网难以承载大规模不可控电源的接入。这使得智能电网应运而生,承担起了其历史使命。智能电网不只是利用数字化、信息化对传统电网升级,而是通过提高电压等级和远距离输送能力等大电网控制技术,实现在局部地区比例偏高的不可控电源在更大区域内消纳,以降低不可控电源在电源侧的比例;通过实现电源侧和用户侧的双向互动,打破仅依靠电力的供应侧被动跟随电力使用侧变动保持电力系统平衡的传统模式;通过电网的智能化改变电能从生产、输送到消费的单向传输模式,分布式电源将使电力的消费者也能成为电能的存储者和生产者。总之,智能电网最终实现的不是电力系统某一个环节的改变,而是发电、输电、用电三方的全面改变,由电力供应方、电网企业与电力消费者三家共同维持电力系统的稳定。
作者在文章中提出,未来的智能电网,是网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动的“能源互联网”,将推动能源开发方式变革、能源配置方式变革和能源消费方式变革,最终推动人类生产生活方式的改变,并推动战略性新兴产业发展。这是对智能电网所承担历史使命的高度概括。
冀北地区可再生能源富集,是我国第二大风电基地,风电并网容量已达到667万千瓦,光伏报装容量102万千瓦,风电、光伏发电核准和在建规模分别达到1500万千瓦和300万千瓦,全面建成后清洁能源装机将达50%以上,只有依靠智能电网的建设发展,才能彻底解决消纳问题。国家电网规划的张北—南昌特高压输变电工程,将从根本上解决张家口地区大规模风电、太阳能发电送出消纳问题。国家风光储输示范工程将规模化风电、光电、储能三位一体联动,成功实现不可控电源平滑、稳定、可控输出,成为世界瞩目的解决清洁能源规模使用的典范。国网冀北电力有限公司将在国家电网公司的坚强领导下,努力推动特高压项目的实施,加快风光储输示范工程二期工程建设,积极投入智能电网研究、发展和实践,为加快智能电网发展做出应有贡献。
能否牢牢把握第三次工业革命的历史机遇,将很大程度上决定我国在未来全球竞争中的地位。正如作者所提出,“智能电网承载并推动第三次工业革命”。我国新能源、智能电网发展均走在世界前列,在新一轮能源变革中处于有利地位,具备了在第三次工业革命中勇立潮头、引领发展的条件。我们坚信,在实现中国梦的征程上,第三次工业革命的曙光将通过智能电网照亮千家万户!
能源是人类生存和发展的物质基础。近二百多年来,人类社会已经先后经历了两次工业革命。纵观工业文明的发展历程,有一个突出特征,就是能源变革对工业发展具有决定性、全局性影响,推动着工业文明不断向更高层次和水平演进。
能源变革是第三次工业革命的根本动力
始于18世纪中期的第一次工业革命,由于蒸汽机的发明与广泛应用,煤炭迅速取代柴薪,推动了近代工业的建立和大发展。在这次变革中抢占先机的英国,从1770年到1860年的90年中,建立了世界上规模最大的煤炭工业,到19世纪中期,英国煤炭产量已占全球的三分之二以上,并以此为基础加快发展近代纺织、钢铁、机械、铁路运输等工业,率先在世界上建立近代工业体系。
始于19世纪中后期的第二次工业革命,由于电力的发明及广泛应用,推动了现代工业的建立和大发展,不仅产生了电力、电器、石油、化工、汽车、通信、信息等新的工业部门,而且推动了纺织、钢铁、机械、铁路运输等旧的工业部门升级。在这次变革中抢占先机的美国,从1910年到2010年的100年中,电力装机、用电量、电网规模一直位居世界第一,美国也率先在世界上建立现代工业体系。如今电能已成为全球最重要的能源之一,从全球范围看,以电为中心的能源开发利用格局正在加快形成,并成为全球能源发展的战略方向。1980年~2012年,全球电力消费增长200%左右,而石油、天然气、煤炭消费只分别增长40%、130%、110%左右,全球一次能源用于发电的比重从30%提高到40%左右,电能占终端能源消费的比重从10%上升至20%左右。
从两次工业革命可以看出:能源变革对工业发展具有决定性的影响,没有蒸汽机技术的突破,就不会有近代工业,没有电力的广泛应用,现代工业也无从谈起;同时能源变革对工业发展又具有全局性的影响,既推动新的工业行业出现,也推动旧的工业行业升级。总之,能源变革与工业革命有着很强的内在联系,是工业革命的根本动力。
进入新世纪后,大规模开发利用化石能源带来的能源危机、环境危机凸显,建立在化石能源基础上的工业文明逐步陷入困境,新一轮能源变革正在世界范围内蓬勃兴起。这一轮能源变革,是以电为中心、以新能源大规模开发利用为特征的能源变革。2000年~2012年间,全球风电、太阳能发电装机分别由1793万千瓦、140万千瓦增长到2.8亿千瓦、1亿千瓦,分别增长了15倍和71倍。随着新一轮能源变革的到来,新能源技术、智能技术、信息技术、网络技术不断突破,与智能电网全面融合,正在承载并推动第三次工业革命。新一轮能源变革与新一轮工业革命再次相伴发生,这不是历史的巧合,而是因为能源变革是工业革命和工业发展的根本动力,谁能牢牢把握能源变革这个根本,谁就能在第三次工业革命中抢占先机。
发展智能电网是推动能源变革和第三次工业革命的必由之路
从历史进程看,建立在化石能源传统利用方式基础上的工业文明已经难以为继,第三次工业革命应建立在可持续供应的能源基础上。以电为中心转变能源开发利用方式,已成为全球能源发展的战略方向,今后的能源变革都将围绕更清洁更经济的发电、更安全更高效的配置、更便捷更可靠的用电展开,由可再生能源转换而来的电能全面取代化石能源只是时间问题。
电力广泛应用,必须依靠电网来实现。1886年,美国西屋公司建成了世界上第一个交流输电系统,从此世界电网遵循电压等级由低到高、联网规模由小到大、配置能力由弱到强、自动化程度越来越高的客观规律快速发展,可划分为三个阶段。一是初级电网阶段(从19世纪后期到20世纪中期),主要是基于早期控制技术、小机组发电技术,以低电压、弱联系为特征,以城市或局部区域电力配置为主的小型孤立电网。二是互联电网阶段(从20世纪中期到20世纪末),主要是基于现代控制技术、大机组稳定发电技术、大规模远距离输电技术,以高电压、强互联为特征,具有全国或跨国电力配置能力的大型同步电网。三是智能电网阶段(从本世纪初开始),基于新能源技术、分布式发电技术、大规模储能技术、超远距离超大规模输电技术、信息网络技术和智能控制技术的快速发展,世界电网进入智能电网发展阶段。
未来的智能电网,是网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动的“能源互联网”。网架坚强,是指电网规划科学、结构合理、安全可靠、运行灵活,适应风电、光伏发电、分布式电源大规模接入,适应供用电关系灵活转换,具有强大的资源配置能力。主网架的电压等级包括特高压、超高压、高压等。广泛互联,是指互联既跨地域,也跨行业。洲际骨干网架、国家骨干网架、地区电网、配电网、微电网协调发展、紧密衔接,构成广泛覆盖的电力资源配置体系;电网、互联网、物联网等相互融合,构成功能强大的社会公共服务平台。互联的广泛性带来了资源配置的广泛性,既广泛配置电力资源,也广泛配置其他公共服务资源。高度智能,是指广泛使用信息网络、广域测量、高速传感、高性能计算、智能控制等技术,发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节高度智能化、自动化运行,自动预判、识别大多数故障和风险,具备故障自愈功能。开放互动,是指发挥电网的网络市场功能,构建开放统一、竞争有序,在能源资源配置中起决定性作用的电力市场体系,促进用户与各类用电设备广泛交互、与电网双向互动,能源流在用户、供应商之间双向流动。
智能电网是承载第三次工业革命的基础平台,对第三次工业革命具有全局性的推动作用。
一是推动能源开发方式变革。地球的可再生能源资源十分丰富。世界能源理事会估算,全球陆地风电资源超过1万亿千瓦,太阳能资源超过100万亿千瓦,还有丰富的海洋风能、水能、生物质能、潮汐、地热资源,都可以转化为电能加以利用。智能电网基于新能源发电技术和大规模储能技术,对间歇式、不稳定电源大规模接入的适应性更强,能支撑风能、太阳能大规模开发,推动能源开发从化石能源向清洁能源转变。同时,在智能电网中,千家万户都可以开发利用风能、太阳能,能源生产模式从以集中生产为主,向集中生产与分布式生产并重转变。
二是推动能源配置方式变革。经过上百年开发,世界许多国家的能源基地与负荷中心的距离越来越远,风能、太阳能资源也主要集中在远离负荷中心的严寒、酷热及沙漠、戈壁等地区。智能电网基于超远距离超大规模输电技术,能源配置范围更广、能力更强,只有通过智能电网才能实现这些能源基地的大规模开发,实现能源从就地平衡向大范围优化配置、更大范围统筹平衡转变。
三是推动能源消费方式变革。随着分布式电源加快发展,越来越多的用户拥有能源供应商与消费者的双重身份,发用电关系灵活转换。智能家电广泛普及后,用户的智能用电和互动服务需求越来越高。传统电网的电力流只能从供应侧向需求侧单向传输,难以适应这些新的需求。只有基于信息网络技术和智能控制技术的智能电网,才能适应能源消费的新变化,推动能源消费从单向接收、模式单一的用电方式,向互动、灵活的智能化用电方式转变。
四是推动生产生活方式改变。智能电网对未来社会影响的范围之广、程度之深,将远远超出我们的想象。基于智能电网的清洁能源大规模开发利用,将推动生产生活的低碳化;智能电网与物联网、互联网等深度融合后,将构成价值无法估量的社会公共平台,能源供应、信息通信、家政医疗、物流交通、远程教育、电子商务等各方面的服务都可以基于这个平台,实现公共服务集成化;智能电网将支撑智能家庭、智能楼宇、智能小区、智慧城市建设,推动生产生活智慧化。
五是推动战略性新兴产业发展。与传统的互联电网相比,智能电网技术密集型特征更加突出,对新能源、新材料、智能装备、电动汽车、新一代信息产业,具有很强的带动作用。欧美发达国家已将发展智能电网纳入国家战略,欧盟将发展智能电网作为新兴经济的重要支柱,估算未来20年的建设投资规模将达到5000亿欧元;美国将智能电网作为实现经济复苏的战略性基础设施,估算未来20年的建设投资规模达到1.5万亿美元。我国规划确定的20项战略性新兴产业重大工程,绝大多数与智能电网密切相关。