兩股強大的勢力正在以空前的速度滲透著全球能源體系:一是為應對氣候變化的低碳化或去碳化;二是以智慧能源、能源互聯網為標志的數字化、信息化與智能化。在這兩大勢力的沖擊下,全球能源系統將如何演變?哪些技術將被淘汰而又有哪些將會脫穎而出?
挪威-德國船級社(DNVGL)是全球最大的第三方檢測與認證公司,在100多個國家運營并在能源領域擁有大量業務。該公司每隔5年出版一份《技術展望》報告,對主要領域的技術創新與驅動力作出前瞻性判斷。新的《2025技術展望》于2016年4月5日在上海發布,涵蓋能源領域的各個產業。
2016年4月6日,北京國際能源專家俱樂部特邀挪威-德國船級社(DNVGL)首席執行官RemiEriksen先生,以《低碳化、數字化和全球能源系統的未來》為主題發表演講,就全球能源系統的發展趨勢發表看法。中石化集團原董事長、北京國際能源專家俱樂部名譽理事會副主席傅成玉先生,中國戰略與創新協會副會長吳建民大使,國家電網公司總工程師張啟平先生以及來自國內外各大機構的40余位專家與會。會后,俱樂部在江山控股集團四合院舉辦春季工作晚會,國內外能源相關領域100余人出席了晚會。
Eriksen先生的主要觀點總結如下:
1.數字化和低碳化是今后能源系統變革最大的驅動力。在數字化驅動下,全球工業文明正在進入一個新的復興時期。這一工業復興中,構成“信息-物理”系統的大多數技術并不是新的,而是將不同領域如物理、生物、數字領域的各種先進技術進行新的組合。這些組合,加上創新成果快速采用,形成了第四次工業革命的基石。數字化使得能源系統具備新的靈活度和應變能力。配合可再生能源、儲能和能效技術的成本下降,它將對電力和能源行業帶來巨大的改變:電力系統從集中式向分布式轉變;建筑物從僅耗能向既耗能又產能轉變;能源企業從供應資源向提供服務轉變。
2.未來電網系統是典型的“信息-物理”綜合體。未來幾年,電網將會部署大量的傳感器,采集實時數據,提升控制水平,通過及時反饋,幫助運營商做出決策、學習并適應可再生能源的波動性特點。使電網成為真正具備自我配置、自我調節、自我優化、自我修復新能力的信息物理能量系統。物理實體被數字系統控制也將帶來新的挑戰,比如必須對電網安全和可靠性進行驗證,以及需要在系統環境下設計、測試和驗證能源網絡管理的建模技術。Eriksen先生表示,為了容納日益增加的可再生能源的份額,電力需要更長距離進行傳輸,高壓直流電是成本最低的一種解決方案。在未來十年中,新的換流技術和防護系統的發展將推動高壓直流輸電在陸上和海上的應用。但是現有網絡向超級電網進行轉型還需要數十年的時間。在此之前,交流和高壓直流相結合的混合電網可能會發展的比較快。向混合電網進行轉型的趨勢已經在歐洲、美國、印度和中國顯現。混合電網提升了操作的復雜程度。高壓直流的電網需要更快速的直流熔斷器,DNVGL已經在與33個合作伙伴進行相關的技術開發。
3.數字化技術將幫助建筑物從能源消費者轉變為智能“產消者”。一方面,數字化工具將通過數據采集和分析提高建筑物的能效。另一方面,未來建筑不僅能借助分布式能源、太陽能和儲能技術做到能源自給自足,而且可以將剩余的能源向其他住宅、商業和工業設施輸送,從一個單純的消費者變成既消費又生產的“產消者”。建筑物成為重要能源生產商的趨勢在很多發達國家已經出現,新的住宅建筑標準也正在修訂。借助能夠靈活利用能源的的輔助措施,如蓄能電池、熱泵、空調、電動汽車等,則能夠進一步優化能源利用。智能電表將可以量化這種靈活性并使之具有商業價值。建筑物供電將具備更多的靈活性,并有巨大潛力成為有價值的電力系統資產。人們或許認為,隨著太陽能和儲能技術的發展,越來越多的建筑物會脫離電網。然而,Eriksen先生認為今后的發展方向正好相反——建筑物將成為電力系統管理的重要資產,提供靈活性而使電力系統保持穩定。
4.微網將在未來電力系統中將發揮更重要的作用。微電網的“微”不在于規模大小,而在于其特殊的功能。微網能夠帶來非常好的靈活性,既可配合電網運行也可獨立運行,因此它可以針對硬件和軟件發生的電網故障提供靈活保障。微網可以更好地消納可再生能源,避免大規模輸配電的耗損,也給分布式能源帶來了更多的機遇,如小型燃氣輪機、太陽能、風能、儲能等技術。目前微網處于起步階段,在歐洲與美國的發展趨勢令人振奮,將在未來的電力配送上扮演戰略性角色。微網有多種形式,一些被集成到當地電網,服務于相對獨立的社區如大學和企業園區,而有些則“脫離電網”單獨運行,為單個樓宇提供服務。
5.儲能技術發展將創造新的解決方案。未來電池的能量密度會比當前水平數量級的增加,成本會大幅度下降。新的儲能技術將會帶來新的解決方案和系統選擇。與此同時,儲能要在公用系統中發揮重要作用需要有新的規范和規則。儲電技術根據放電時間和功率輸出的不同能夠滿足不同需求,包括削峰填谷,滿足可再生發電的后備電量供給,調節電壓等,應根據需要設計不同的系統優化方案。
6.需求側響應將成為必要的能源服務手段。Eriksen先生強調,2025年,需求側響應將是向能源“產消者”所提供的不可缺少的能源服務,并且它也將向零售商和新能源匯集商提供一種實現差異化服務的新工具。通過直接控制用戶需求或實行分時電價,并向對此作出響應的客戶予以獎勵,需求側響應將促進發電、輸電和配電的模式發生變化,使電力系統更加靈活,為靈活整合太陽能和風能提供了更加可行的方法。
與會專家圍繞Eriksen先生的發言展開了熱烈討論,主要觀點總結如下。
1.Eriksen先生所介紹的能源系統低碳化、數字化過程與中國的判斷一致。氣候變化、環境保護和技術進步是全球能源發展的三大推動力,中國也正在促進能源系統的低碳與數字化,并且支持微電網的發展。
2.中國國情決定多種電力技術都應得到發展,主要表現在中國的可再生能源富集區與需求中心不匹配,大量開發可再生能源不能僅僅在當地消納,要通過技術手段運到需求中心。另外,支持大的工業僅靠微電網也無法帶動。在中國,微電網和大型發電基地加長距離傳輸要共同發展。
3.能源互聯網需要多能互補,也不局限于電力互聯。能源互聯網實際上是能源系統的互聯互通,不僅在電力系統,還涉及天然氣系統、煤炭系統、交通系統等。同時,中國能源互聯網建設的方向是實現多能互補的泛能網,“源網荷儲”各個環節要協調發展。對集中開發、遠距離輸送來說特高壓很有必要,但分布式就地開發就地消納也很重要。中國需求側響應的潛力非常大,充分發揮需求側響應可以降低對儲能的需求,需要重視這方面的工作。
4.各種能源技術需要在競爭中進行篩選。中國目前有多種儲能技術和輸電技術,在交通領域電動汽車和甲醇汽車也在競爭。這些技術需要在市場環境中進行競爭和篩選。
5.必須要改變傳統的大工業思維方式。大工業時代已經過去了,當前急需解決的是大工業時代帶來的產能大規模過剩。互聯網+不僅是能源領域,工業、服務、醫療、教育等領域都在推動。數字化的目的是使得已經形成的工業基礎設施變得更加高效、靈活、低碳,并且能吸納更多的間隙性可再生能源。
6.能效在能源轉型中的作用至關重要,潛力巨大。例如中石化的能效倍增計劃曾計劃十年時間能效提高100%,結果一年半時間就提高了20%。能源系統的數字化也是提升能效的重要手段。
責任編輯: 曹吉生