发展智能电网 中国优势很多
2010-01-06  作者:互联网 

  

  国际智能电网背景


  在世界“绿色产业革命”的大环境下,二十多年来,世界发达国家在政府主导下,提出了一系列有关电力发展的战略规划。先期重点在发电方面并取得了很多积极成果,如美国先后提出了CCT《清洁煤发展计划》、CCPI《清洁煤创新发展计划》、FUTURE GEN重大示范项目计划等等。2003年美国政府在《电网—2030》规划中首先较完整提出了智能电网的战略构思,“智能”是手段为其战略构思宗旨、目的服务,其后进行了大量的技术研究、工业示范、社会试点直至局部商业化运营,现己成为美国政府的重要国策。2005年欧盟将智能电网上升到国家战略地位开展研究。美国能源部关于智能电网定义表述为:智能电网是采用先进的传感技术、通信技术和控制技术来保证更为高效、经济和安全地发电、输电和供电的现代电网,它集成了从发电、输电和配电以及用电设备领域的大量有益于社会的创新技术和手段,以满足不断变化的未来社会需求。


  智能电网战略宗旨、核心、技术管理措施的提出和实施标志着世界电力发展进入了一个新的历史阶段。美国的“统一智能电网”、欧盟的“超级智能电网”都是一种形象性称呼,之所以得到世界认可,并不是因为它的称呼,而是因为它的战略构思内容符合当今能源变革的宗旨、目的并已局部证实能起到实效。


  因国情和电力发展阶段不同,各国智能电网定义、内含、重点会有所区别,但其“安全、经济、高效、清洁、低碳”的变革宗旨、核心应是相同的,采用先进传感、通信、控制技术,数字化管理、智能化决策、互动化交易等技术管理措施特点是相同的,可以认为当今智能电网战略宗旨、核心、技术管理措施的提出和实施标志着世界电力发展进入了一个新的历史阶段。“智能电网”与传统电网都必须遵循电力的基本规律,都含有不受时间限制的相同基本理念,它们的核心、基本形态、关键技术有相同、更有不同之处。


  欧美发达国家提出的智能电网战略重点在供用电侧,包括接纳可再生能源、需求侧的智能管理、双向互动等,和更大范围的高压联网,它符合欧美发达国家实际国情、电力发展阶段以及基础现状。


  从中国具体国情看,在中国称为“智能电力系统”战略更为确切,只有发、输、供、用全方位的变革、创新、发展才能真正达到电力变革的宗旨、目的,这四方面变革、创新、发展是互相关联、互相促进,需要协调有序的推进,任何方面过度超前或滞后,都会严重影响中国电力发展进程。从广义电网概念,以高效、低碳为核心的电力变革、创新以及国际上容易认知角度看,可以称为智能电网战略,与以往称为电力发展规划相比,也更具有时代特征。


  中国智能电网战略研究应包括发、输、供、用四个方面变革、创新、发展。与发达国家不同的国情和电力发展阶段要考虑在其中,如中国未来二、三十年中仍要以较快电力发展满足需求增长,能源资源包括可再生能源与需求地域分布不均衡,煤电为主的电力结构长期存在等。与发达国家不同的基础现状也必须要考虑在其中,如中国一次能源消费结构优化调整,电源结构优化调整,分布式能源系统,传统能源可持续发展研究,可再生能源应用基础性研究等基础水平还有相当差距。


  中国智能电网战略与认知程度和科学态度。当今中国智能电网战略正确制定和今后成功实施主要取决于我们的认知程度和实事求是的科学态度,没有深刻认知就不可能把危及我们可持续发展的严峻挑战转变为我们的发展机遇,没有实事求是的科学态度我们就不可能有正确的应对战略。


  世界能源、电力变革的必然性


  世界能源深层次变革。能源过去、现在和未来始终影响和改变着人类和世界的命运。由于世界上所有国家经济社会发展对能源的依赖性,世界各国经济发展和能源地域分布的不均匀性,全球化石能源资源的有限性,地球气候变化对化石能源利用的限制性,加之全球经济一体化、地缘政治条件、各国能源战略安全和竞争态势等相关的政治经济因素,形成了当今世界围绕着能源的种种错综复杂矛盾,而且日积月累越来越尖锐,对人类社会发展的可持续性提出了严重挑战,从而酝酿并实际已经展开着世界“绿色产业革命”,其核心为低碳经济。低碳经济实质是高能源利用效率和清洁低碳能源结构,包括经济发展模式变革、能源科技创新、制度创新、人们生活方式转变以及人类生存发展观念的根本转变,这是人类历史发展的必然,低碳经济也已纳入中国发展计划的核心。去年秋天以来全球金融危机更集中引发了世界能源深层次变革。


  全球化石能源资源有限性。按BP2008年世界能源统计:全球化石燃料可开采煤炭133年,石油41年,天然气60年,天然铀资源按现耗用水平可供82年;中国煤炭可开采45年,石油11.3年,天然气27.2年,天然铀资源可供4000万千瓦核电50-60年。按2009年中国能源兰皮书指出:按当前能源需求水平,中国煤炭剩余储量保证程度不足百年,石油不足15年,天然气不足30年,如按2020年能源需求量估算,煤炭、石油、天然气分别降为30年、5年、10年。虽随探明率提高和耗用水平变化,上述年限将会有所变化,但全球化石能源资源的有限性是显而易见的。而可再生能源资源量大并取之不尽,仅中国陆地、海上风能的技术可开发容量达5亿千瓦以上,中国屋顶太阳能利用按50%计算即可达2-3亿千瓦,中国5%沙谟开发太阳能就可超过30亿千瓦。但由于技术、经济等各种原因,实际上很难短期取得大规模的应用,到本世纪中叶,经努力后估计全球可再生能源利用也只能达到世界一次能源耗用的30%-50%。总之,全球化石能源资源的有限性决定了世界能源变革的必然性和紧迫性。


  地球气候变暖的严重性。人们已认识到地球气候变暖对人类生存的严重威胁,科学家认为大气二氧化碳含量达到400-450ppm时,乐观估计550ppm,即全球平均温度再上升0.6摄氏度或1.6摄氏度,地球将会发生不可逆转的灾难性后果。2008年地球大气二氧化碳含量己达386ppm,而世界工业革命前只有280ppm,全球近百年来平均温升0.74摄氏度,特别近三十年来全球气温急速上升,二十世纪后五十年北半球平均温度是近1300年中最高,中国近五十年平均温升己达1.1摄氏度,全球近十年是自有记录以来最热十年,地球己处于毁灭性气候混乱状态的边缘。2007年全球二氧化碳排放276亿吨,90%的二氧化碳排放来自能源生产和消耗,预计至2020年年均增长约2%,到2030年才有望零增长。全球气候变化应对问题己成为世界各国国家战略问题,部分国家提出了地球生态警界线为全球平均温升不可再超过2摄氏度,该问题也已成为联合国当今首要工作任务,联合国认为:在气候变化问题上国际社会己经没有太多时间去浪费,温度上升的速度比预想的要快许多。地球气候变暖的严重性更深刻指出了能源变革的必然性和紧迫性。


  地球只能承载一个正确能源战略的中国。中国现今己成为世界第一大能源生产国,2020年中国人均GDP预计可达5000美元,一次能源需求45亿吨标煤,煤炭可以基本自给占总能源需求60%左右的格局不可能转变,中国石油对外依存度将可能超过60%,虽单位GDP的二氧化碳排放比2005年可能下降 50%,但排放总量还要增加约60%。美国当前石油对外依存度不到30%,总的进口能源在35%水平,除经济上耗用1万亿美元外,带来包括国家安全等诸多问题,中国需要引以为戒。因此,中国未来的经济总量、一次能源需求和温室气体排放量决定了地球只能承载一个正确能源战略的中国。


  世界能源变革中最应该变革、最有潜力的是电力。世界能源变革的最终目标是无碳低碳能源,没有无碳低碳能源就没有低碳经济,能源科技创新是实现低碳经济的核心。能源变革涉及方方面面,主要围绕节约化石能源和使用可再生能源二大方面,涉及到工业、建筑、交通三大领域。世界电力耗用一次能源占世界消费总量40% 以上,其中化石能源近90%,但电力化石一次能源转换的终端效率仅30%水平,电力排放的温室气体占世界排放总量的 40%以上,可见,世界能源变革中最应该变革、最有潜力的是电力。中国2008年GDP占世界6%,一次能源消耗占世界18%,二氧化碳排放占世界 20%,中国电力二氧化碳排放占全国排放总量40%,在世界能源、电力变革中,中国不可能置身于外。

 


  中国智能电网必要性、紧迫性


  “智能电网”——美国、欧盟等发达国家的国策。全球金融危机催生了“智能电网”,未发生金融危机时,虚拟经济的“繁荣”模糊了实体经济与能源资源和生态环境间存在的一系列尖锐矛盾,电力的变革显得既不重要,又不紧迫,也不可能。“智能电网”对发达国家经济复苏、重塑竞争力将起重要作用,但其意义绝非仅仅是应对当前全球金融危机的权宜之计。


  中国传统电网变革的必要性、紧迫性。电网关联着人类社会的方方面面,局限于发送供用、集中统一、单向低效、高碳排放为特征的传统电网,已越来越不能适应世界经济、环境变化的要求。美、欧发达国家智能电网核心是能源利用的高效、清洁、低碳,将现今传统电网变革为“智能电网”。中国现今电网无疑同属传统电网,与发达国家当前传统电网相比,除人均占有量有很大差距外,主要也是在能源利用高效、清洁、低碳差距上。


  世界温室气体排放对地球气候影响的严重性比原预计更为严峻,应对气候变暖成为世界各国的共同责任,纵观历史和现在,发达国家是当今全球气候变暖的主要责任国,中国是全球气候变暖的最大受害国,当今中国年人均二氧化碳排放为5.1吨,世界为4.2吨,发达国家为11吨,美国为20吨,在应对全球气候变暖问题上各国各有自己应有的责任。


  中国1981-2005年GDP年均增长9.63%,一次能源生产年均增长5.28%,二氧化碳排放增加一倍多,2005年二氧化碳排放总量占世界 18%。中国多年来采取了一系列提高能效、节能减排、植树造林等措施。从1994年到2006年单位GDP 二氧化碳强度下降28.7%,同期世界平均水平下降13.6%,美国下降22.3%。2008年中国单位GDP能耗又比2005年下降10.8%,但仍比世界平均高2.4倍,美国2.5倍,欧盟4.9倍,日本8.7倍,印度0.43倍,中国二氧化碳排放总量已成为世界之最。


  中国能源资源和消费结构不利于二氧化碳减排。世界上和中国二氧化碳排放的70%来自燃煤,2007年中国GDP24.6万亿元人民币,一次能源消费 26.6亿吨标煤,其中化石燃料占92.6%,煤炭占70%,石油19.75%,石油对外依存度已达50%,二氧化碳年排放量按分析已超过60亿吨。世界能源消费结构曾经历以煤为主向石油、天然气为主的转变,2006年世界一次能源消费中化石燃料占87.9%,其中石油35.8%,煤炭28.4%,天然气 23.7%。中国由于自身能源资源结构等各种原因,没有发生这样的转变。


  中国又正处于工业化和城市化进程中,人均能耗和二氧化碳排放必然需继续增加,2007年中国人均能耗1.87吨标煤,仅为世界人均62%,2020年中国预计人均能耗达3吨标煤,二氧化碳排放可能需要到2030年甚至更远时期才能稳定、开始下降。中国如不采取积极措施,二、三十年后人均排放量都将处于世界前列。


  2009年7月召开的八国峰会上,八国集团承诺,愿与其他国家一起,到2050年使全球温室气体排放量至少减半,发达国家排放总量届时应减少80%。但联合国认为:发达国家在气候变化问题上有更多历史责任,理应展开行动,以实现中期减排目标,在2020年应将温室气体排放量在1990年基础上总体减少 40%。在应对气候变化问题上,中国如何呈现一个负责任的、发展中大国的国际形象,是一个很重要的问题。


  中国在应对气候变暖问题上的基本立场是:坚持履行各自责任是核心,实现互利共赢是目标,促进共同发展是基础,确保资金技术是关键的原则。中国从本国国情出发,承担与中国发展阶段、所负责任和实际能力相称的国际义务,中国是发展中国家中第一个制定了“应对气候变化国家方案”。中国将在加强节能,大力发展可再生能源和核能,大力增强森林碳汇,大力发展绿色经济等采取有力措施。


  世界各国如不实施深层次能源变革,不实施电力变革,应对全球气候变暖将力不从心,“绿色产业革命”的进程将会推迟、受挫,低碳经济无法实现,中国同样如此。全球金融危机为中国同样创造了历史机遇,中国必须抓住机遇实施总体的、深层次能源变革,传统电网变革是其重要的组成部分。不然,形势将越来越严峻,除影响国际形象和面临巨大政治压力外,中国经济综合竞争力将受重挫,中国可持续发展将受到严重挑战。


  中国智能电网建设的可能性


  中国电力的良好基础。中国电力在总量上已并将可以满足本国经济社会发展的需求,中国煤电、水电、输变电及电力系统信息化水平都已相当或超过世界发达国家,中国资源优化配置、“西电东送”战略已取得明显成效,特高压远距离输电试点成功,超超临界火电机组成功投入商业运营,可再生能源应用开始起步,“大代小”、大容量循环硫化床和各种脱硫技术广泛应用等节能、环保举措取得重大成效,中国超导技术的研究和成果也属世界领先地位。


  中国电力系统安全稳定运行水平已相当或高于发达国家,中国已经有了正确的安全稳定理念和科学的稳定导则管理,已形成了六大分区、直流联网的“分层分区结构”和“三道防线”较为坚强的一次网架结构和系统二次合理的配置,二、三十年来中国电力系统稳定运行状况有力地证明了其有效性。


  中国近十几年通过推动“配电自动化系统”工作,部分地区供用电侧的信息数字化、“智能”管理水平、双向互动已有了一定基础,对提高供电可靠性、降低供电网线损、接纳用户侧电力已有了一定成效,但各地区很不均衡。


  中国电力变革的方向。中国与发达国家国情不同,现今经济和电力发展阶段不同,总体上落后于发达国家,但电力变革的方向——安全、经济、高效、清洁、低碳是一致的。


  中国电力变革后发优势。中国电力发展相对于世界发达国家属后发,但有后发的优势,其中包括发达国家先走的弯路中国可以取直或跨越,今后大量增量资产就不用二次改造,当今科技进步可以共享,发达国家己先行且又有实效的电力变革、创新,提出的智能电网概念、标准、经验、教训可以借鉴等等。


  总之,中国电力已有良好基础,只要能从实际国情出发,坚持科学发展观,制定正确电力变革方向、目标的智能电网战略,在政府良好的政策环境和有效组织下,集国家之力量,在实施中能将有限资源包括资金、人力、技术发挥最大的社会效益,在市场化电力管理体制建立条件下,中国电力变革实效在未来二、三十年中达到甚至超越发达国家是完全可能的。

 


  中国智能电网国家战略、国家行为


  国与国的较量。现代社会,电力是国家重要的基础设施,电能供应如同粮食和水,一旦发生问题,将引发社会的混乱甚至动荡,还要考虑在战争环境、防恐形势下电力构架对国家经济社会安全不构成过于薄弱的环节,加之气候变暖等上述重要因素,美、欧发达国家的智能电网战略成为重要国家战略,是在政府统一主导和支持下,集国家之相关力量来制定和推动的,发达国家智能电网也是为抢占未来低碳经济制高点的重要战略措施之一。中国智能电网也必须是国家战略、国家行为,从国家角度审视电网的未来,要符合国家利益、全民利益最大化,在政府主导下集国家相关之力量来制定和推动。实际上,这是一次国与国战略、策略制定,综合实力和抢占未来低碳经济制高点的较量,也是推动中国经济可持续发展,确保未来能源安全的重大措施。


  中国智能电网战略制定原则。中国智能电网战略研究表面看似乎是与美国等发达国家同步,实质不然,应有十余年之差,以往中国电力战略研究重点除保证电力系统安全稳定外,主要还是解决供需矛盾,当然,当今中国智能电网战略架构提出可能只需一、二年,这就是后发优势。中国当前对其宗旨和基本含义还存在不少争议,要承认这种滞后状况,提高认识、实事求是、积极慎重、科学论证是必要原则。


  智能电网战略制定要坚持国家安全、国家利益、国家责任、国家可持续发展、社会责任和社会效益第一的原则。


  智能电网战略制定要有足够前瞻性和客观现实性,要符合基本国情、符合中国电力发展的现阶段,同时体现未来发展方向和超越世界发达国家的目标。


  智能电网战略制定要坚持全面协调可持续的科学发展;遵循电力的基本规律,保证电力供需平衡和电网安全稳定;要坚持科技创新和充分应用当代世界科技进步的成果,取得战略主动权。


  智能电网战略制定要注重系统性的总体充分论证和多方案优选,以避免低水平重复建设,避免超现有条件许可的盲目超前,使有限资源发挥最大社会效益。


  智能电网战略要进行动态管理,在实施过程中不断总结、补充、深化、完善。


  中国智能电网核心和实施原则


  中国智能电网以安全、经济、高效、清洁、低碳为核心。中国智能电网基本形态:发送供用储、信息和电力流双向互动系统,集中统一与分散分布相结合的电源结构,统一协调调度。“智能电网”的核心和基本形态是在传统电网基础上的扩展和变革,但不论如何变革,统一协调调度是不变的,只是智能电网的调度更重要,难度更大,技术支撑要更完善,理念、体制、管理更新更迫切。


  中国智能电网建立要应用或研发的关键技术:电力储能、电力电子、智能电表、高温超导、特和超高压交直流输变电、灵活交流输电和潮流控制、低碳排放清洁电源、可再生能源发电和分布式能源系统等先进电力技术;现代传感测量、通信、集成、控制等先进数字电子技术。关键技术是手段,非核心与宗旨。


  中国智能电网实施原则。从智能电网所具有的深远战略意义,所涉及到社会的方方面面,所需要二、三十年这样一个较长时期的渐进过程和数万亿元的资金投入以及当前中国电力发展现阶段主要任务、各方面对智能电网战略认识上分歧现实等来看,中国智能电网实施原则至少应有以下几点:


  智能电网实施的基本原则是积极慎重。


  智能电网实施的目标管理原则是在统一战略框架下,系统论证基础上,按先急后缓、先创条件后实施、先基础后应用、先试点后推行,分阶段目标实施。


  智能电网实施的经济原则是充分发挥存量资产作用,坚持国家有限资源投入发挥最大的社会效益。


  智能电网实施的技术和管理相互关系原则是互为条件又互相促进。如可再生能源应用、分布式能源系统、电力储能系统相关的技术和管理要相互协调推进,任何方面过度的超前或滞后都将造成巨大资金资产的闲置,巨大社会效益的流失。又如关键技术研发、实施和全社会相关知识普及教育相互协调推进,实现真正意义上互动的相互关系。


  中国智能电网2020年前实施重点。全面推进科学合理分区基础上的全国联网,安全稳定的区域交流主干网建设,安全可靠特高压、超高压交直流远距离大功率输电,高效、清洁电源包括水电、核电、超超临界火电等。全面推进是在必要性和可能性已都具备的基础上,中国己具备起动这一过程的条件。


  局部试点、推进可再生能源和分布式能源系统,包括风能、太阳能、生物质能发电,热电冷联产,电力储能系统,数字化信息集成系统,智能化互动供用电系统和管理,适应智能电网的调度管理系统,特别是地调信息化、控制技术升级。


  充分应用当今科技成果和积极研发相关的关键技术,科学论证确定相关技术路线。集中国家相关资源实现电力系统各环节信息数字化和集成化;使中国电力电子和高温超导技术在原有研发基础上更快地应用于中国智能电网建设,突破高温超导供电、超导储能器和超导限流器工程应用障碍;加快各种电力储能技术的研发,以配合电网吸纳大规模风能、太阳能等可再生能源电力;注重风能、太阳能发电系统中具有自主知识产权的核心技术研发包括安全接入电网的性能技术和质量保证;积极研究洁净煤燃烧和二氧化碳捕捉、储存技术,力争示范工程试点成功;加快消化吸收先进核能技术,在示范工程取得成功基础上,全面应用于核电工程中。