劉吉臻：中國工程院院士、華北電力大學(xué)校長;新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，國家基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃首席科學(xué)家。長期從事大機(jī)組建模、檢測、控制理論與技術(shù)研究，是我國著名的火力發(fā)電控制專家。
當(dāng)今，能源短缺，環(huán)境污染，氣侯變化已成為人類社會(huì)面臨的共同難題。因此，一場以轉(zhuǎn)變能源生產(chǎn)、消費(fèi)方式，推動(dòng)科技革命、體制改革，實(shí)現(xiàn)國際合作為內(nèi)容的能源革命正在興起。這需要進(jìn)一步發(fā)展新能源，同時(shí)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)能源的清潔、高效利用。
能源轉(zhuǎn)型需構(gòu)建
以新能源為主體的電力系統(tǒng)
目前，可用的新能源主要有風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽堋⒑四艿取Ｅc此同時(shí)，世界各國還在不斷地尋求更多的新能源。1968年，美國科學(xué)家彼得•格拉賽(PeterGlaser)提出建造空間太陽能電站。他認(rèn)為，在地球靜止軌道上部署一條寬度為1000米的太陽能電池陣環(huán)帶，假定其轉(zhuǎn)換效率為100%，那么它在一年中接受到的太陽輻射通量接近于地球上已知可開采石油儲(chǔ)量所包含的能量總和。近50年來，美國、日本、俄羅斯等國都在積極探索研究太陽能太空電站，我國這些年也在跟蹤這方面的新技術(shù)。
在核能技術(shù)利用方面，歐盟一直支持核能的持續(xù)發(fā)展。2015年，美國和中國成功地進(jìn)行了第一代核聚變裝置的放電實(shí)驗(yàn)。這項(xiàng)技術(shù)的成功，在一定程度上為解決未來能源問題提供了可能。
近年來，我國在能源轉(zhuǎn)型方面加快了行動(dòng)步伐。一方面，發(fā)展以煤電為代表的傳統(tǒng)能源的高效、超凈發(fā)電技術(shù)，另一方面，促進(jìn)以互聯(lián)網(wǎng)+為特征的新能源發(fā)展。目前，我國的能源轉(zhuǎn)型已經(jīng)落實(shí)為實(shí)在的行動(dòng)計(jì)劃。
綠色低碳戰(zhàn)略明確提出，到2020年，我國的非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到15%，天然氣比重達(dá)到10%以上，煤炭消費(fèi)比重控制在62%以內(nèi)。而中美氣候變化聯(lián)合聲明也提出，中國計(jì)劃在2030年左右二氧化碳排放達(dá)到峰值。此外，還有火電“50355”改造，以及國家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部、國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改在行動(dòng)計(jì)劃》。
2015年2月，我國風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)容量首次突破1億千瓦，成為世界上第一個(gè)風(fēng)電達(dá)到1億千瓦的國家，連續(xù)三年并網(wǎng)風(fēng)電領(lǐng)跑全球。截至2015年年底，我國并網(wǎng)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到1.29億千瓦，同比增長34.2%，占全部發(fā)電裝機(jī)容量的8.6%。
然而，能源的變革和轉(zhuǎn)型并非一帆風(fēng)順。我國的風(fēng)能、太陽能發(fā)展也遇到了瓶頸，即消納難的問題。2015年，全國平均棄風(fēng)率達(dá)15%，有些地區(qū)甚至高達(dá)30%。如果這一問題得不到解決，新能源的發(fā)展就無法持續(xù)。
如何解決新能源消納難的問題?電能最大的特征是電荷不易大規(guī)模存儲(chǔ)。儲(chǔ)能作為一項(xiàng)重要的技術(shù)，在一定程度上能夠解決電荷存儲(chǔ)的問題，但目前的儲(chǔ)能技術(shù)還無法實(shí)現(xiàn)電荷大容量、大功率的存儲(chǔ)。因此，電力系統(tǒng)需要用動(dòng)態(tài)的思維來考慮和解決這一問題。
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是通過發(fā)電側(cè)功率的變更，來滿足用電側(cè)隨機(jī)波動(dòng)的需求，從而維持能源的平衡和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。傳統(tǒng)發(fā)電具有“一次能源可儲(chǔ)、二次能源可控”的特性。然而，對(duì)于包括風(fēng)能、太陽能在內(nèi)的新能源來說，無論是集中式還是分布式，最大的特征是具有間歇性、波動(dòng)性及隨機(jī)性。新能源與傳統(tǒng)能源最大的區(qū)別是“一次能源不可儲(chǔ)、二次能源不可控”。隨著新能源比例越來越高，電力系統(tǒng)不僅需要應(yīng)對(duì)隨機(jī)波動(dòng)的負(fù)荷需求，還要接納不確定的電源接入，這就要求新能源作為一次能源必須實(shí)現(xiàn)可儲(chǔ)，其發(fā)出的二次能源必須實(shí)現(xiàn)約束可控。因此，隨著新能源逐漸成為電力系統(tǒng)的主體，電力系統(tǒng)需要在隨機(jī)波動(dòng)的負(fù)荷需求與隨機(jī)波動(dòng)的電源之間實(shí)現(xiàn)能量的供需平衡，而電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)、運(yùn)行控制方式以及規(guī)劃建設(shè)與管理也將發(fā)生根本性變革，由此形成了以新能源電力生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)為主體的新一代電力系統(tǒng)，即新能源電力系統(tǒng)。
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