由廣東省電源行業(yè)協(xié)會和振威新疆智能電網(wǎng)展聯(lián)合主辦的“一帶一路”亞歐智能電網(wǎng)專題峰會上，中國科學院院院士陳維江發(fā)表了題為《創(chuàng)新智能電網(wǎng)技術(shù)助力新能源發(fā)展》的專題演講。
以下為陳維江院士此次演講的重點：
三項智能電網(wǎng)技術(shù)助力新能源發(fā)展
現(xiàn)在和大家報告一下我們在創(chuàng)新智能電網(wǎng)技術(shù)，助力新能源發(fā)展所做的工作情況。首先介紹一下世界范圍內(nèi)新能源的發(fā)展情況，那么大家都知道化石能源的開發(fā)利用，也就是我們煤油氣是所謂的化石能源，它們的開發(fā)利用存在三個突出的問題。
第一個就是開采問題，因為化石能源的存儲開采是有限的，特別是在中國我們開采年限是有限的，加煤炭只有60多年，石油10幾年，天然氣20幾年，總的來講資源是緊張的。第二就是化石能源的利用對氣候變化產(chǎn)生的巨大影響，大家都知道全世界200多個國家在巴黎氣候協(xié)定上簽字，共同應對由于人類生產(chǎn)生活活動對地球表面氣溫造成的影響并加以控制。這個行動目標是控制氣溫在2度溫度變化以內(nèi)，化石能源的影響是很大的。第三個問題是環(huán)境污染問題。是由于化石能源的開發(fā)利用造成的。所以發(fā)展以風電和太陽能為主的新能源，是解決化石能源所面臨突出問題的必然趨勢。
所以世界上各個國家都在大力推動新能源的發(fā)展，截止到去年，全世界的風電裝機達到了4.32億千瓦，中國是發(fā)展最迅速的，達到了1.28億，已經(jīng)占全球第一，占30%。光伏世界是2.2億千瓦，中國占22%，也是全球第一。根據(jù)國際能源署的預測到2040年，全球的太陽能、風電裝機容量將會達到25億千瓦，25是什么概念呢，我們國家現(xiàn)在總的發(fā)電裝機只有15億，去年只有15.1億，那么到2040年全球的新能源就有25億千瓦。分別占到發(fā)電裝機比例從13年的8%提到24%，中國將一直保持領先水平，到2040年中國新能源裝機比率將會到達34%。是目前的3倍。美國、歐盟、印度、日本也正在大力發(fā)展風電、光伏，到2040年將分別達到25%、40%、28%、31%，，也就是說世界各國對新能源非常關注。
新能源發(fā)展也有突出的問題，第一個是隨機性和波動性，光伏和風電高度依賴于天氣和氣候，所以它的隨機性、波動性上網(wǎng)以后對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行影響很大;第二個是風電和光伏資源分布的不均勻性，我們國家規(guī)劃了有7個千瓦級的風電光伏基地，都在北部或西北，比如說新疆、甘肅、內(nèi)蒙、東北等，有個別在東中部，但是用電負荷中心都在中東部地區(qū)，所以這樣就面臨傳輸和消納的難度。根據(jù)新能源的發(fā)展存在問題，我們從電網(wǎng)的角度解釋如何助力新能源的發(fā)展，最近十幾年我們在智能電網(wǎng)技術(shù)方面做了大量的創(chuàng)新工作。主要是三個，第一個先進輸電技術(shù)方面，在全球范圍內(nèi)取得了重大創(chuàng)新突破，作用主要是支持大規(guī)模的新能源開發(fā)輸送到負荷中心。第二項技術(shù)是大規(guī)模的新能源接網(wǎng)、并網(wǎng)技術(shù)，前兩年大家可能聽說過風電、太陽能并網(wǎng)難，實際上因為風電、太陽能發(fā)展很快我們電網(wǎng)對上網(wǎng)技術(shù)研究不夠，所以這幾年加快研究大規(guī)模太陽、風能的并網(wǎng)技術(shù)，主要是支持新能源大規(guī)模開發(fā);第三個方面是智能配用電技術(shù)，因為除了大規(guī)模的集中開發(fā)外還有分布式新能源，中部地區(qū)還有分布式的風電、太陽能光伏，也存在技術(shù)上的難題，在這三個智能電網(wǎng)技術(shù)方面做了工作來助力新能源的發(fā)展。
先進輸電技術(shù)
特高壓輸電技術(shù)
下面給大家一一介紹。第一個先進輸電技術(shù)，先進輸電技術(shù)有兩個，一個是特高壓輸電技術(shù)，一個是柔性輸電技術(shù)，那么我們國家為什么要開發(fā)特高壓輸電技術(shù)呢，大家都知道我們的能源基地，一次能源主要從電的角度講包括煤電、水電、太陽能、光伏，從我國總體分布來看80%分布在西部、北部、西南部，但是我們用電負荷中心70%-80%都在沿海中東部地區(qū)，所以按照國家能源發(fā)展戰(zhàn)略，保證安全、清潔、低碳，我們迫切需要開發(fā)長距離、大規(guī)模輸電技術(shù)，剛好特高壓輸電技術(shù)就是一種遠距離、大容量、先進輸電技術(shù)，有四大優(yōu)點，第一輸送容量大，它是500千伏的四到五倍，第二輸送距離遠，可以達到500千伏的3倍，500千伏輸送距離一般是500千米，特高壓是1000以上，那么現(xiàn)在最遠的距離已經(jīng)達到3200千米;第三有點事?lián)p耗低，是500千伏三分之一到四分之一。第四是少占地。所以在本世紀初國家將發(fā)展特高壓技術(shù)列入國家戰(zhàn)略，那么國外的發(fā)展情況怎么樣呢?
國外在上世紀70年代到90年代像蘇聯(lián)、美國、意大利發(fā)達國家也分別開展了特高壓輸電技術(shù)實驗研究，特別是蘇聯(lián)在1985年建成了900公里長的特高壓交流輸電線路，工程現(xiàn)在在哈薩克斯坦境內(nèi)，85年投運以后斷斷續(xù)續(xù)運作有5年時間，因為當年技術(shù)上有缺陷，蘇聯(lián)解體后降壓至500千伏運營。日本為了輸送核電，建設了兩條加起來426公里的1000千伏的特高壓就輸電線路，后來由于規(guī)劃沒有實施，所以目前在以500千伏運行。美國、意大利建成基地，后來由于經(jīng)濟危機和經(jīng)濟轉(zhuǎn)型經(jīng)濟速度變緩，對電力的需求量變少所以特高壓規(guī)模沒有落地，但進入本世紀以后，印度、巴西、俄羅斯由于經(jīng)濟發(fā)展比較快，為了實現(xiàn)能源資源的遠距離優(yōu)化配置保證電力的合作共贏，特高壓輸送研究正在加快實施，上個世紀初國際上雖然有對特高壓的研究但沒有形成成熟適應的特高壓輸電技術(shù)，我們國家要發(fā)展特高壓輸電應該怎么辦，過去我們電力工業(yè)的發(fā)展歷程都是引進、消化、吸收再創(chuàng)新的道路，但是現(xiàn)在國外沒有人做，沒得引進怎么辦，所以我們的總體路線是國家主導、電網(wǎng)公司作為創(chuàng)新主題，兩大電網(wǎng)公司分別是國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)公司，結(jié)合國內(nèi)科研制造設計建設并行等大概10多家單位，共幾萬人參加的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)合體圍繞著基礎問題研究，研發(fā)關鍵設備，自主研發(fā)設計。特高壓有原來的500千伏提升1倍到1000千伏，直流輸電由原來的500千伏提升至800千伏，面臨三大突出難題，主要是三個放電問題。第一個放電是導體附近的電源放電問題，就是如果導體上的電場控制不好，那么導體就會產(chǎn)生電源放電就會產(chǎn)生三種效應，第一個就是噪聲，電源放電時大家會聽到吱吱吱的放電聲音，另外會對無線電設施產(chǎn)生干擾還有對電力造成損失，所以要想使特高壓技術(shù)研發(fā)成功電源放電必須得到良好的控制。第二種放電是外絕緣放電，我們的輸變電設施大量以空氣作為絕緣，外絕緣會受到很多環(huán)境因素的影響，比如說污染，雨雪冰凍、雷電等等，都會影響外絕緣的放電，就會造成電網(wǎng)停電事故，所以這種放電也必須得到有效控制;第三種放電是設備內(nèi)部的絕緣放電，現(xiàn)在內(nèi)部絕緣介質(zhì)主要是油脂、氣體，如果這種放電控制不好造成的事故將會更加嚴重?？赡軙l(fā)設備起火爆炸。三種放電控制如果沒有約束條件很難控制，我們必須用經(jīng)濟，體積重量等等設備的主要條件，這三種放電控制起來還是比較難。
為了攻克這些難點，建立了相應的實驗基地，在武漢的特高要交流試驗基地，北京的特高壓直流輸電基地，西藏的高海拔實驗基地，南方電網(wǎng)在云南的高海拔實驗基地，同時在北京的高桿塔實驗基地。通過這些基地的建設形成了完整的實驗體系。
通過實驗基地開展實驗研究同時聯(lián)合設備廠家進行設備研制，設備的體積很重要，開展的技術(shù)研究解決了在設備體積一定情況下設備的運作。帶動我國裝備制造業(yè)發(fā)生全面的變革。在研發(fā)成功設備和解決技術(shù)問題后，我們自主建設示范工程，共有三個，一個是1000千伏特高壓示范工程在山西長治經(jīng)過南陽到金門，總長640公里輸送容量500萬千萬2009年1月投產(chǎn)。兩個直流輸電工程，南網(wǎng)云南到北京輸電線路，向家壩上海正負800千伏的特高壓直流示范工程，1907公里，輸送容量640萬，2010年7月完成。我國在建成電流示范工程前總體比其他國家落后20年。電力系統(tǒng)100多年來中國的電壓等級在2009年前每個電壓等級至少晚了20年，從09年后局面改變，我們不僅搞上了國際水平而且處于領先地位，這是交流輸電情況。直流也是如此，10年以前世界最高電壓等級是600千伏，巴西是世界上最高的電壓等級，但是2010年后中國研發(fā)出了正負200千伏的電壓等級，是世界上最高電壓等級，現(xiàn)在又研發(fā)出1100千伏的等級，因為我們的自主創(chuàng)新在2012年獲得了特高壓輸電技術(shù)和裝備應用獲得國際技術(shù)進步特等獎，這也是電力工業(yè)有史以來第一個。在國際上的話語權(quán)明顯得到提升。還專門成立六個特高壓工作組，基本都是由中國專家來擔任召集人或者主席的。
特高壓研制成功后在我國得到了廣泛的應用，目前我國已經(jīng)建成三交四直工程，正在建設四交六直工程，其中主流輸電等級提升至1100千伏，輸送容量1200萬?，F(xiàn)在哈密到鄭州2500公里，將哈密水電、風電、火電打捆送到河南，另外值得一提的是中國的特高壓技術(shù)走出了國門，巴西美麗山水項目本來想要采取600千伏等級，在巴西領導考察上海參觀后，有所心動，后來能源部長來參觀，最終決定800千伏直流輸電工程，兩期工程一期是2000公里二期2500公里，輸送容量500萬，全部中標，不僅技術(shù)輸出還成立聯(lián)合公司我們負責建設運營30年，所以說中國在輸電技術(shù)方面已位于前列。
柔性直流輸電技術(shù)
下面介紹一下柔性輸電技術(shù)，包括交流和直流。電力系統(tǒng)的柔性實際上是指傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，剛性比較強，替代性不多，最多是發(fā)電機的調(diào)節(jié)。靈活性差，在上世紀80年代美國專家提出利用電力電子技術(shù)將我們的快速性、精確性、連續(xù)性結(jié)合進去，增加柔性。以前我們都和國外學習，經(jīng)過16年的努力，我們已趕超美國。但是在基礎元器件上還有差距。
近幾年柔性直流技術(shù)也發(fā)展很迅速，因為現(xiàn)在直流輸電技術(shù)還是端對端點對點，只能控制關和，靈活性差，未來將利用可關控全面控制技術(shù)，這項技術(shù)我國發(fā)展很快與國際同步。我國國家電網(wǎng)公司正在研發(fā)建設在張家口地區(qū)的工程，張家界未來將會是新能源集中發(fā)展的要低，整個裝機將達到5000萬千瓦，如何送出來，準備建設500千瓦直流柔性輸電工程，全世界最高電壓等級。第二部分，大規(guī)模新能源并網(wǎng)技術(shù)，新能源面臨的隨機性，近兩年中國電科院研究所風能研究所根據(jù)我國擁有1000余個新能源場站，三年以上數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)揭示新能源規(guī)律，同時提出創(chuàng)新方法，提高預測精度。現(xiàn)在我們在新能源預測精度方面趕上了國際先進水平。在研發(fā)新技術(shù)同時還研發(fā)系統(tǒng)，功率預測系統(tǒng)，包括風和光伏功率預測系統(tǒng)，對100多個風電場布局，光伏主要在青海、新疆、寧夏應用。預測好了還要調(diào)度的好，前段時間的棄風棄光程度很高，這種現(xiàn)象不是技術(shù)問題，是政策問題，是利益的博弈。上網(wǎng)如何消納，與煤電的博弈，煤電便宜，地方稅收問題。我們想辦法讓新能源上網(wǎng)，所以做了優(yōu)化調(diào)度技術(shù)。
另外大家知道新能源的波動性，但是我們負荷是平穩(wěn)的，如何讓新能源配合電網(wǎng)穩(wěn)定運行，所以要研發(fā)大規(guī)模的儲能技術(shù)，目前來看，現(xiàn)有儲能技術(shù)不能適用。以前我們的儲能技術(shù)都是進口的，現(xiàn)在我們國家攻克自主技術(shù)，實現(xiàn)了全面國產(chǎn)化。國家重視蓄能技術(shù)，目前正在建設8座蓄能電站，按照規(guī)劃2025年我國蓄能由現(xiàn)在的1.6%提升到4%。也是為風光上網(wǎng)提供支持的。因為風電光伏本身存在缺陷，因為抗導能力差。低電壓穿越是容易脫網(wǎng)，不能共同維護電網(wǎng)，為解決這個問題還專門研發(fā)了控制技術(shù)，就是保證電網(wǎng)故障時能挺一段時間，共同維護電網(wǎng)安全運行。技術(shù)已經(jīng)應用，對安全性有大的提升。還有一項技術(shù)是虛擬同步技術(shù)，使得光伏、機電元件有慣性，已經(jīng)研發(fā)成功。
運用這些技術(shù)后我國增加了130多億千瓦時的新能源電力。我國在新能源裝機及技術(shù)方面和國際處于同步地位。
智能配用電技術(shù)
最后一項技術(shù)是智能配用電技術(shù)，配電網(wǎng)直接面向用戶，一定會智能化上下力氣，未來配電網(wǎng)將面對分布式介入，電動汽車也將互動起來，電動汽車既是一種負荷又可以在我們需要時作為一種電源提供電，根據(jù)現(xiàn)在的電網(wǎng)互動性質(zhì)，所以一定要智能化，在配用電側(cè)實施。傳統(tǒng)配電網(wǎng)是給工程工廠供電是單方向的，在可靠性方面要信息監(jiān)控，自愈技術(shù)方面及快速消化新能源等方面還有很多技術(shù)要改革。用電技術(shù)更是和老百姓息息先關，我們在智能用電方面和國際并軌的，特別是在用電信息的采集及電動車的充放電設置及智能樓宇園區(qū)及智能家居方面的創(chuàng)新工作做的很多。國家電網(wǎng)系統(tǒng)在用電信息采集上提前布局，在國際上也沒這么高的水平。國網(wǎng)花錢換智能電表，提高互動性。另一方面為了支持分布式，國網(wǎng)去年無條件支持上網(wǎng)，研發(fā)了斷路器、雙向保護及并網(wǎng)接口控制系統(tǒng)才能實現(xiàn)讓用戶接軌。目前，國家能源局已經(jīng)開展了30個光伏運用示范項目，到2014年國網(wǎng)分布式并網(wǎng)達到6936個，容量達到265萬千瓦時。將來新能源在配網(wǎng)上接入以后直接對用戶有影響，儲能技術(shù)必須相配合?？偟膩砜磸氖澜绶秶鷣砜矗L電光伏新能源技術(shù)在遇見的未來發(fā)展情況很好，依托這兩項技術(shù)新能源發(fā)展將朝著清潔、低碳的方向不斷發(fā)展，目前做得比較好的是德國，也是主要靠風電和光伏。近年看來，我國大規(guī)模發(fā)展新能源并網(wǎng)、智能配用電、智能電網(wǎng)技術(shù)對于新能源的發(fā)展起到了有力的支持作用。但是我國有自身特點，發(fā)展有很多無序和非理性的東西，新能源發(fā)展速度太快，另外規(guī)劃方面的問題，電網(wǎng)和電源發(fā)展規(guī)劃的不協(xié)調(diào)使得棄風棄光現(xiàn)象越來越嚴重。主要是三個方面的問題，首先是三北地區(qū)，西北、華北、東北新能源裝機比率很大，但是這些地方電力負荷很低的地方，不解決這些問題只是建設是不行的，只有通過大電網(wǎng)建設才能解決，僅僅依靠儲能無法解決。因為儲能最大的問題還是在于經(jīng)濟性，技術(shù)還不能達到大規(guī)模應用階段。
國家十三五規(guī)劃近期對于新能源消納問題正在采取舉措解決。最后一個是新能源的開發(fā)利用，前面是技術(shù)層面上的，需要國家不斷完善激勵政策。國家要進行政策補貼，推動新能源的不斷發(fā)展。
