在解決人類能源綠色終極來(lái)源方面，全球能源互聯(lián)網(wǎng)比核聚變更具現(xiàn)實(shí)意義。未來(lái)，電力系統(tǒng)調(diào)度控制系統(tǒng)的高級(jí)形態(tài)將向多指標(biāo)自趨優(yōu)，即向“智能廣域機(jī)器人”邁進(jìn)。
全球能源互聯(lián)網(wǎng)：比肩氫核聚變
記者：在油價(jià)、煤價(jià)下行通道，人們似乎忘記了能源的壓力。面向未來(lái)，人類應(yīng)如何認(rèn)識(shí) “能源危機(jī)和生態(tài)危機(jī)”的挑戰(zhàn)?
盧強(qiáng)：自工業(yè)革命以來(lái)，人類對(duì)化石能源無(wú)休止的大規(guī)模開(kāi)采和使用，帶來(lái)資源枯竭、環(huán)境污染、氣候變化等諸多全球性問(wèn)題。
對(duì)化石能源的過(guò)度依賴所導(dǎo)致的高排放、高污染問(wèn)題必須盡快解決?，F(xiàn)實(shí)卻是，人類心底對(duì)能源危機(jī)的微弱呼聲，無(wú)法抵抗無(wú)節(jié)制消費(fèi)化石能源的沖動(dòng)。人類必須遏制這種慣性，如果一再拖延、猶豫不決，注定會(huì)在不久的將來(lái)追悔莫及。因此，人類需要一個(gè)綠色的能源終極解決方案。
記者：“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”構(gòu)想，從全球視野，提出了人類能源綠色發(fā)展的終極解決方案，您如何評(píng)價(jià)其蘊(yùn)含的深刻意義?
盧強(qiáng)：“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”是不久前國(guó)家電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)人，我國(guó)著名電力專家劉振亞高級(jí)工程師所提出的，正如你所言，具有解決全球能源綠色發(fā)展的終極意義，是一個(gè)帶有革命性的創(chuàng)意，是一個(gè)頂層設(shè)計(jì)藍(lán)圖。該設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)與氫核聚變的應(yīng)用在解決人類能源問(wèn)題上具有同等量級(jí)的意義。氫核聚變俗稱“人造太陽(yáng)”。話說(shuō)回來(lái)，既然當(dāng)下人類對(duì)太陽(yáng)能的利用尚不足其可用量的10-5 ，又何必搞“人造太陽(yáng)”。
可控核聚變科學(xué)技術(shù)的突破尚屬較遙遠(yuǎn)的未來(lái)，而全球能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施科技成熟度高，具有現(xiàn)實(shí)可行性，若能建成，各國(guó)均將受益。它將深刻改變世界能源發(fā)展格局。
記者：您認(rèn)為全球能源互聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇何在?
盧強(qiáng)：首先，要獲得全球主要國(guó)家的認(rèn)可。其次，要建立更具體可實(shí)施的清晰技術(shù)路線圖。發(fā)展到全球能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)和云計(jì)算的話，大家都要遵守共同制定的有關(guān)規(guī)則。當(dāng)然提出全球能源互聯(lián)網(wǎng)的國(guó)家和企業(yè)集團(tuán)及專家本人將在規(guī)則制定上起主導(dǎo)作用。誰(shuí)主導(dǎo)了規(guī)則的制定，誰(shuí)就占領(lǐng)了制高點(diǎn)。
記者：未來(lái)，隨著分布式清潔能源的大量接入，用戶、電源的界限開(kāi)始模糊，與電網(wǎng)的互動(dòng)性逐漸增強(qiáng)，是否會(huì)帶來(lái)安全隱患?
盧強(qiáng)：隨著我國(guó)能源綠色發(fā)展戰(zhàn)略的不斷實(shí)施，電網(wǎng)將接入大量的分布式新能源，若處理不謹(jǐn)慎，就可能出現(xiàn)影響電網(wǎng)安全的多個(gè)“蟻洞”。“蟻洞”會(huì)出現(xiàn)在哪里? 可能來(lái)自于大量分散的風(fēng)力發(fā)電站、光伏發(fā)電站，它們的信息要上傳到配網(wǎng)調(diào)度控制中心，然后逐級(jí)上傳到高層調(diào)度中心。如果沒(méi)有部署專用光纖網(wǎng)絡(luò)，而是采用通用因特網(wǎng)連接，病毒就有可能通過(guò)這些“蟻洞”自下而上地侵入電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)，這種危險(xiǎn)是存在的。
記者：那如何才能保證萬(wàn)無(wú)一失?
盧強(qiáng)：有必要來(lái)一場(chǎng)電力信息安全檢查——最基層的風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站以及其他新能源終端，在與配網(wǎng)調(diào)度通信時(shí)，都禁止使用通用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，將物理隔離進(jìn)行到“底”，不留任何洞隙。
這里要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，核心信通網(wǎng)無(wú)論從何通道與互聯(lián)網(wǎng)(包括移動(dòng)通訊網(wǎng))相連，再想用“加密”或設(shè)“防火墻”的措施來(lái)保障安全都是不可靠的。分布式的光伏、風(fēng)能發(fā)電的信息和終端用戶抄表信息可以利用互聯(lián)網(wǎng)及移動(dòng)通訊網(wǎng)，但其信息需要經(jīng)過(guò)專用電力通信網(wǎng)關(guān)匯總后，再用專用光纖網(wǎng)上傳下達(dá)。簡(jiǎn)言之，我國(guó)電力系統(tǒng)調(diào)通核心網(wǎng)絡(luò)必須形成三維信息無(wú)孔的“通信島”。島內(nèi)有發(fā)達(dá)的專用光纖網(wǎng)絡(luò)形成大數(shù)據(jù)的上下左右傳遞。任何企業(yè)和個(gè)體都不可為了圖省事、圖方便、圖省錢而破壞這一鐵規(guī)!
智能廣域機(jī)器人：顛覆傳統(tǒng)調(diào)度理念
記者：2015年12月23日，烏克蘭發(fā)生了全球首例因黑客攻擊導(dǎo)致的大停電。您認(rèn)為，此次大停電對(duì)電力系統(tǒng)安全控制策略將產(chǎn)生哪些影響?
盧強(qiáng)：我國(guó)電力調(diào)度系統(tǒng)(EMS)對(duì)于這種“攻擊”應(yīng)該說(shuō)早有預(yù)防，一直采取“物理隔離”策略，這要感謝我國(guó)有關(guān)專家們的卓識(shí)與遠(yuǎn)見(jiàn)。但在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，電力系統(tǒng)必須要時(shí)刻警醒：病毒和攻擊就在門口。調(diào)度系統(tǒng)的內(nèi)核網(wǎng)只要與互聯(lián)網(wǎng)哪怕只有零點(diǎn)幾秒的連接，保密資料和信息就會(huì)被盜空且破壞性極強(qiáng)的病毒就可能侵入調(diào)控系統(tǒng)，這絕非聳人聽(tīng)聞。
烏克蘭這次大停電就是一個(gè)嚴(yán)重的教訓(xùn)。正如《不設(shè)防的城市》一樣，烏克蘭的調(diào)度系統(tǒng)堪稱“不設(shè)防的電力系統(tǒng)”，由于信息安全防御措施欠缺，給對(duì)方以可乘之機(jī)，讓破壞性病毒遞次攻入了電力調(diào)度核心信息系統(tǒng)。
這次大停電的根源其一是經(jīng)濟(jì)原因，其二是存在僥幸心理，沒(méi)有建設(shè)電力專用光纖信通網(wǎng)絡(luò)，最終導(dǎo)致幾十個(gè)城市一片漆黑、大量工廠停工的重大損失，若不解決以后還可能再次發(fā)生。
記者：您認(rèn)為，未來(lái)，這種攻擊是否會(huì)成為電力系統(tǒng)運(yùn)行中的常見(jiàn)問(wèn)題?在全球能源互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，需要提防哪些攻擊，以保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行?
盧強(qiáng)：網(wǎng)絡(luò)安全的威懾力對(duì)各個(gè)國(guó)家都是“平等”的。作為負(fù)責(zé)任國(guó)家，沒(méi)有必要也不應(yīng)該進(jìn)行黑客活動(dòng)，因?yàn)樗魟e人就等于攻擊他自己。
但我們?nèi)詰?yīng)未雨綢繆。所以我前面提出，在新形勢(shì)下，有必要來(lái)一次信息安全檢查，不留蟻洞和縫隙。而且，相關(guān)部門有必要考慮起草和制定一本我國(guó)電力網(wǎng)絡(luò)信息安全導(dǎo)則和法規(guī)。
記者：在這樣的形勢(shì)下，未來(lái)的電力系統(tǒng)調(diào)度需要什么樣的革命性創(chuàng)新?
盧強(qiáng)： 避免和阻斷連鎖性故障，是保障系統(tǒng)安全運(yùn)行的最重要關(guān)隘。最有效提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的方略是實(shí)行智能緊急調(diào)度與控制。通過(guò)先進(jìn)控制理論、現(xiàn)代信通技術(shù)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)的融合，會(huì)產(chǎn)生大電力系統(tǒng)真正意義上的智能調(diào)度，即實(shí)現(xiàn)智能廣域機(jī)器人的創(chuàng)想。它將由廣域狀態(tài)實(shí)時(shí)感知子系統(tǒng)，大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)，先進(jìn)狀態(tài)估計(jì)單元，多目標(biāo)趨優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)的量化單元，比較與鑒別單元(給出是否出現(xiàn)了“事件”以及何種“事件”的明斷)，基于實(shí)時(shí)或超實(shí)時(shí)分析的由事件向控制指令變換的軟件橋，基于超實(shí)時(shí)仿真的控制指令有效性鑒別單元以及控制任務(wù)包(實(shí)現(xiàn)控制指令的快速落實(shí))八個(gè)軟件體所組成的，然后又返回至狀態(tài)感知子系統(tǒng)，如此實(shí)現(xiàn)廣域?qū)崟r(shí)多指標(biāo)趨優(yōu)化的閉環(huán)控制。
科技發(fā)展無(wú)止境，智能的提高也無(wú)止境。應(yīng)該指出，在實(shí)施緊急控制過(guò)程中不必考慮常態(tài)下的經(jīng)濟(jì)性，必要時(shí)實(shí)行快速關(guān)閉導(dǎo)水葉或汽門(通過(guò)AGC)以至精準(zhǔn)切機(jī)切負(fù)荷等手段。
記者：這是否意味著，將會(huì)發(fā)生停電事故?
盧強(qiáng)：不，實(shí)現(xiàn)智能廣域機(jī)器人調(diào)度的第一目的就是將故障限制在盡可能小的范圍，避免災(zāi)變的發(fā)生。這里我要再?gòu)?qiáng)調(diào)一下精細(xì)切負(fù)荷的問(wèn)題。傳統(tǒng)的做法是將負(fù)荷分為三類，第一類負(fù)荷作為一個(gè)整體在任何情況下不允許切除，必要時(shí)首先切第三類。這是幾十年前定下的規(guī)則?，F(xiàn)在我們有了智能插銷，即智能繼電器這樣的器件，就可以告別過(guò)去那種粗獷式的分類法，做到精細(xì)精確地在必要時(shí)切除那些可切負(fù)荷，并使切除時(shí)間Δt小于其最大允許切除時(shí)間Δtmax。這種創(chuàng)新型切負(fù)荷法，既提高了全系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，又不會(huì)給民生和企業(yè)造成損失。要知道，我們說(shuō)的負(fù)荷切除時(shí)間Δt不過(guò)是數(shù)秒至幾分鐘而已，而這幾秒至幾分鐘對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的保持往往具有決定性的意義。那么合理的切除量是如何預(yù)知的呢?這仍然是依據(jù)實(shí)時(shí)和超實(shí)時(shí)分析的結(jié)果。
記者：這聽(tīng)起來(lái)，好像與傳統(tǒng)的按三類劃分負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)有很大差別?
盧強(qiáng)：是的，這種新策略對(duì)于傳統(tǒng)的緊急控制策略是帶有一定顛覆性的。此外，AGC的大深度介入暫態(tài)穩(wěn)定控制，對(duì)于傳統(tǒng)的AGC概念來(lái)說(shuō)，也具有一種革命性的意義。這種“深度介入”并不需太大投入，只需利用已有的AGC通道由控制任務(wù)軟件包對(duì)電站的調(diào)速器發(fā)出相應(yīng)的控制指令即可。這正是多指標(biāo)自趨優(yōu)的智能調(diào)度控制系統(tǒng)的職能所在。
壓縮空氣儲(chǔ)能：中國(guó)創(chuàng)造又一典范
記者：現(xiàn)在，有些觀點(diǎn)認(rèn)為，未來(lái)電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)分布式、多元化特征。您認(rèn)為，為保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，電網(wǎng)調(diào)峰手段和技術(shù)將有哪些方向?
盧強(qiáng)：在我看來(lái)，未來(lái)電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)大集中與廣分布并存的多元化特征。相對(duì)而言，分布式能源的發(fā)展會(huì)得到政府和公眾的更多關(guān)注。我十分同意諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、前美國(guó)能源部部長(zhǎng)朱棣文教授的看法，而且我國(guó)專家們一直也這樣認(rèn)為：未來(lái)的能源革命有兩大技術(shù)支撐，即儲(chǔ)能與太陽(yáng)能。
在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，發(fā)展太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源，一定要配套以儲(chǔ)能設(shè)施。在微電網(wǎng)的定義里，關(guān)鍵的問(wèn)題就是儲(chǔ)能，沒(méi)有儲(chǔ)能只能叫硬性電網(wǎng)，有了儲(chǔ)能才能變成柔性電網(wǎng)，才能很好地和用戶互動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到趨優(yōu)化運(yùn)行的目標(biāo)。
記者：在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域，您認(rèn)為，除成熟的抽水蓄能，未來(lái)具有商業(yè)價(jià)值的儲(chǔ)能技術(shù)有哪些?
盧強(qiáng)：在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域，壓縮空氣儲(chǔ)能是一種很好的儲(chǔ)能方式，它將棄光、棄風(fēng)、棄水或低谷電通過(guò)空氣壓縮機(jī)把電能轉(zhuǎn)換為分子勢(shì)能存入壓力儲(chǔ)氣裝置，待發(fā)電時(shí)通過(guò)高壓空氣的釋放，驅(qū)動(dòng)透平機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
在國(guó)家電網(wǎng)公司支持下，一項(xiàng)500千瓦壓縮空氣儲(chǔ)能試驗(yàn)電站，由清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院所研發(fā)，已在蕪湖市成功運(yùn)行一年半。該技術(shù)能夠做到每立方米儲(chǔ)存12至15千瓦時(shí)電量，而且可以實(shí)現(xiàn)電、熱、冷三聯(lián)供的綜合利用。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(容量500千瓦的儲(chǔ)能系統(tǒng))來(lái)看，目前電對(duì)電的效率已達(dá)37%(優(yōu)化后不低于48%)，加上熱和冷的利用，其綜合效率可達(dá)70%以上;其運(yùn)行壽命可達(dá)45年。而且儲(chǔ)氣容器也由試驗(yàn)電站所用的鋼筒式改為淺埋入地的管線鋼的并聯(lián)組合，運(yùn)輸輕便、組合靈活。
壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)于消納新能源、削峰填谷、節(jié)能減排、增加有功功率和無(wú)功功率的旋轉(zhuǎn)備用以至于在黑啟動(dòng)等方面皆具重大意義。同時(shí)，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的大力度推廣和應(yīng)用需大量采用管線鋼儲(chǔ)氣，是對(duì)“去庫(kù)存”決策的積極響應(yīng)，與此同時(shí)還可以帶動(dòng)我國(guó)以鋼鐵為主要原料的設(shè)備制造業(yè)的繼續(xù)發(fā)展，且對(duì)“一帶一路”沿線沿路國(guó)家微電網(wǎng)發(fā)展具有不可低估的價(jià)值。由于這一技術(shù)直接應(yīng)用壓縮空氣無(wú)需補(bǔ)燃，無(wú)任何污染排放和碳排放，有助于霧霾治理和低碳發(fā)展。未來(lái)更可以通過(guò)碳交易，銷售碳減排指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展。
這項(xiàng)在國(guó)家電網(wǎng)公司支持下所取得的創(chuàng)新成果，已獲中美兩國(guó)發(fā)明專利受理。它已形成從100千瓦到50兆瓦的系列產(chǎn)品，待在我國(guó)工程化的示范工程落地后，除在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用外，以其性價(jià)比的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)該能接到國(guó)外訂單，那便是一項(xiàng)由中國(guó)制造向中國(guó)創(chuàng)造轉(zhuǎn)化的又一范例，建議列入國(guó)家十三五規(guī)劃的重大試驗(yàn)示范項(xiàng)目。
記者：您如何評(píng)價(jià)化學(xué)電池儲(chǔ)能的未來(lái)前景?
盧強(qiáng)：在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域，目前有很多技術(shù)路線。據(jù)報(bào)道，美國(guó)最新發(fā)展的一種液流電池其使用壽命可達(dá)20年，且后處理的污染較小，這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)很值得關(guān)注。
對(duì)于電化學(xué)儲(chǔ)能需加強(qiáng)研究，以磷酸鐵鋰電池為例，應(yīng)力爭(zhēng)在以下幾個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破：一是在對(duì)溫度的敏感性方面;二是在充電次數(shù)及壽命提高方面;三是要突破不能深放深充的瓶頸;四是要解決好電池的后處理問(wèn)題。
實(shí)際上，磷酸鐵鋰電池更適合應(yīng)用在交通系統(tǒng)，特別是在為風(fēng)景區(qū)的交通工具提供動(dòng)力以替代柴油發(fā)動(dòng)機(jī)方面。而在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域，則應(yīng)大力推廣以壓縮空氣儲(chǔ)能為代表的儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)尤其對(duì)解決新能源消納問(wèn)題，以及為有人駐守島礁提供穩(wěn)定的能源供給方面，有著極為重大的意義，堪稱一舉多得之舉，故應(yīng)加速推廣這一自主創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用。
