本刊日前采訪了英國首相科技理事會能源工作主席、英國皇家工程院院士麥克˙斯德林。他結(jié)合歐洲的情況分析認(rèn)為,大規(guī)模接入新能源需要以大范圍電網(wǎng)互聯(lián)為基礎(chǔ),并統(tǒng)籌考慮儲能技術(shù)。在與用戶側(cè)進(jìn)行互動時,第三方的智能化方案需要兼顧電網(wǎng)與用戶訴求,智能電網(wǎng)的本質(zhì)是優(yōu)化對系統(tǒng)和用戶的控制能力。
電網(wǎng)互聯(lián)帶來新機(jī)會
《能源評論》:在第三次工業(yè)革命時代,以風(fēng)電、光伏為代表的新能源蓬勃發(fā)展。從歐洲的經(jīng)驗(yàn)來看,針對新能源的波動性,如何能做到平衡電網(wǎng)安全與用戶需求?
麥克˙斯德林:歐盟制定的目標(biāo)是,到2020年可再生能源占比將達(dá)到20%。歐洲議會今年提出,將2030年的目標(biāo)由原來的27%提升至35%。要應(yīng)對新能源發(fā)電量不斷提升,以及越來越多的電網(wǎng)波動性問題的辦法只有兩個:一是增加基礎(chǔ)的電力供應(yīng)容量,二是對用戶端進(jìn)行控制。如何將可再生能源的不斷并網(wǎng)和用戶需求控制來結(jié)合起來,尋求到平衡點(diǎn),是未來技術(shù)挑戰(zhàn)所在。整個過程非常復(fù)雜,這也正是發(fā)展智能電網(wǎng)的意義所在。為此,歐洲各國都意識到智能電網(wǎng)是電力行業(yè)發(fā)展的重要趨勢,在加足馬力不斷往前推進(jìn)。
《能源評論》:在輸電側(cè)增加供給能力,或者大范圍電網(wǎng)互聯(lián),無疑會加增強(qiáng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的底氣。在這方面,中國的特高壓輸電工程技術(shù)已經(jīng)給出了證明,您認(rèn)為,歐洲和英國的未來會怎樣?
麥克˙斯德林:互聯(lián)性的問題——需要讓更多的電源、更廣泛的地區(qū)電網(wǎng)互聯(lián),來提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。中國其實(shí)已經(jīng)做到這一點(diǎn),歐洲可能有一些問題,因?yàn)槊恳粋€國家地域比較小,所以就必須和鄰國進(jìn)行互聯(lián)。以英國為例,因?yàn)槭且粋€島國,長期以來實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)程度的國際電網(wǎng)互聯(lián),比如在1986年就實(shí)現(xiàn)了和法國電網(wǎng)互聯(lián),目前已經(jīng)簽約的互聯(lián)項(xiàng)目包括比利時、丹麥等國家。從數(shù)量來看,英國的需求峰值是52.7吉瓦,進(jìn)口容量達(dá)到14.2吉瓦,潛在的電網(wǎng)互聯(lián)容量為22.4吉瓦。對整個歐洲而言,目標(biāo)是到2020年所有國家電網(wǎng)互聯(lián)度要達(dá)到10%以上,到2030年要達(dá)到15%以上。
歐洲的智能電網(wǎng),目前是以各國發(fā)展為主,很多國家已經(jīng)部署了智能電網(wǎng)的試點(diǎn)運(yùn)行,但是仍然沒有實(shí)現(xiàn)國際間的協(xié)調(diào)和互聯(lián)。一旦實(shí)現(xiàn)互聯(lián)的話,僅對英國而言,到2020年,消費(fèi)者每年就會因智能互聯(lián)節(jié)約10億英鎊,其商業(yè)前景非常廣闊。同時,增加電網(wǎng)互聯(lián)性對于新技術(shù)發(fā)展也會帶來很多機(jī)會,比如對跨地區(qū)遠(yuǎn)距離輸電的特高壓技術(shù)。因此我相信,全球能源互聯(lián)網(wǎng)也許是一個遙遠(yuǎn)的目標(biāo),但仍然存在希望,而且發(fā)展合作組織正在發(fā)揮領(lǐng)頭的作用。
《能源評論》:如果只是在供給端簡單疊加裝機(jī),可能會使波動加劇,或需要大量協(xié)調(diào)傳統(tǒng)能源。您認(rèn)為,還有哪些更有效更智能的解決方案和手段嗎?
麥克˙斯德林:正如您講到的,對于可再生能源的擴(kuò)張帶來的挑戰(zhàn),如果發(fā)電端沒有有效的管理,就需要在用戶側(cè)進(jìn)行控制——尋求在用電高峰階段,減少用戶同時用電的強(qiáng)度。但用戶控制不意味著減少用戶數(shù)量,或者硬性減少其用電總量,而是給他們另外一種選擇,讓他們盡量減少在高峰期間同時用電。智能電表作為一個非常重要的科技,其更大的應(yīng)用價值就在于,它是一個教育的過程,會讓更多的家庭明白他們需要智能互動,而且減少在高峰時間同時用電會帶來更多附加價值,比如經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能環(huán)保等等。
儲能需有全局觀
《能源評論》:在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中,儲能被寄予厚望。對于大規(guī)模儲能、分布式儲能(如特斯拉的Powerwall),您更看好哪個的發(fā)展前景?
麥克˙斯德林:二者沒有絕對的優(yōu)劣之分,對于智能電網(wǎng)的發(fā)展,需要把這兩個方面結(jié)合起來攜手發(fā)展。一方面,很多國家在進(jìn)行大規(guī)模集中式儲能的研究,比如說液化空氣儲能等復(fù)雜的技術(shù),可以提供電網(wǎng)級別的調(diào)頻調(diào)峰等服務(wù);另一方面,微觀的或者分布式儲能,比如鋰電池、氫燃料電池的應(yīng)用,可以彌補(bǔ)分布式太陽能、中等規(guī)模風(fēng)能發(fā)電的波動性,還可以提供一些基本的家庭能源供應(yīng)。需要注意的是,無論是大規(guī)模儲能,還是分布式儲能,都是構(gòu)建智能電網(wǎng)有待解決的一個挑戰(zhàn),核心問題是價格。一旦解決了儲能的成本問題,能夠?qū)崿F(xiàn)新能源的“平價上網(wǎng)”,對于電網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行將起到非常大的支持作用。
《能源評論》:在有些人看來,電化學(xué)儲能尤其是鋰電池儲能會成為解決難題的“救世主”,您怎么評價?
麥克˙斯德林:當(dāng)然,研發(fā)出更大容量的電池,意味著在能量釋放方面效率會更高,但是我們需要從全局來考慮,更全面看待能源與經(jīng)濟(jì)社會的應(yīng)用發(fā)展,而不是僅僅關(guān)注分布式儲能技術(shù)。比如絕大多數(shù)的國家都認(rèn)為,電動汽車是未來分布式儲能的發(fā)展方向,但不要忘記,電動汽車未來供電還是應(yīng)該從大電網(wǎng)來供電。同樣的,氫能經(jīng)濟(jì)是一個非常好的概念,但是短期來講并不容易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)下要做的仍然是建設(shè)運(yùn)營好智能電網(wǎng),與發(fā)電側(cè)、用電側(cè)保持良性互動。
智能終端應(yīng)對電網(wǎng)友好
《能源評論》:您提到電動汽車與智能電網(wǎng)的互動,智能電網(wǎng)與新一代交通系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)融合需要哪些條件?它對能源供應(yīng)體系會帶來哪些沖擊?
麥克˙斯德林:其實(shí),這種融合已經(jīng)在深度進(jìn)行?,F(xiàn)在電動汽車充電這種新型的用電方式,其容量和壓力都是前所未有之大,和此前的電冰箱、電視機(jī)的用電量給電網(wǎng)帶來的壓力完全不一樣,這對電網(wǎng)的控制系統(tǒng)是一個非常大的挑戰(zhàn),也是分布式能源不能夠解決的問題,必須要通過智能電網(wǎng)解決。
對構(gòu)建智能電網(wǎng)控制系統(tǒng)而言,毫無疑問其基礎(chǔ)是智能電表。當(dāng)每個家庭都擁有這樣的控制節(jié)點(diǎn)的時候,如何保證一個國家成千上萬個,甚至如中國般的幾億個控制點(diǎn)合理運(yùn)行,將成為極大的挑戰(zhàn)?;诂F(xiàn)有的控制技術(shù),還沒有非常好的解決方案。為此,智能電表必須足夠智能化。這意味著,未來的智能電表必須要具有一定的需求側(cè)管理能力,因?yàn)殡S著行業(yè)的發(fā)展,會有大量的實(shí)時數(shù)據(jù)需要收集和應(yīng)用。
需要強(qiáng)調(diào)的是,電網(wǎng)產(chǎn)生波動和不穩(wěn)定是正常的現(xiàn)象,電網(wǎng)的特性就是,有可能前一兩秒我們需要往高調(diào),后一兩秒就要進(jìn)行反向操作,所以如果控制系統(tǒng)沒有設(shè)計好,運(yùn)行不妥當(dāng)?shù)脑?,很可能就會產(chǎn)生大規(guī)模的停電事故,這是我們需要著力避免的問題。在智能電網(wǎng)的控制系統(tǒng)設(shè)計方面,未來方向還是應(yīng)該堅(jiān)持分級設(shè)計的模式,從每個用戶、不同地區(qū)再到國家層面逐級進(jìn)行控制。
《能源評論》:在用戶側(cè),有些家庭已經(jīng)開始使用谷歌Home、亞馬遜Echo或其他智能終端進(jìn)行能源控制甚至管理。您認(rèn)為,面對新挑戰(zhàn),電網(wǎng)與第三方的智能化控制系統(tǒng)應(yīng)該如何更好銜接?有哪些創(chuàng)新和改變值得期待?
麥克˙斯德林:這種終端用戶模式,對于電力公司其實(shí)是非常難預(yù)計的。目前在電力公司和用戶之間的獨(dú)立系統(tǒng),比如像谷歌或者是亞馬遜這樣的第三方,開發(fā)出對用戶用電量分析的軟件,他們其實(shí)是基于價格的,其出發(fā)點(diǎn)就是如何減少用戶用電成本,但是對于電力公司而言,這可能并不友好。因?yàn)閷τ谟脩舻男枨螅娋W(wǎng)還是缺乏穩(wěn)定的預(yù)期,所以就需要這些獨(dú)立的第三方與電力公司進(jìn)行協(xié)作,能夠通過電力公司放出的價格和負(fù)荷信號,不斷進(jìn)行反饋調(diào)整。
我希望,未來的第三方能夠研發(fā)出這樣的技術(shù):一方面,減少終端用戶成本;另一方面,對于電網(wǎng)負(fù)荷全面了解和響應(yīng),進(jìn)而增強(qiáng)電網(wǎng)可預(yù)期性,減少電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。
原標(biāo)題:英國皇家工程院院士:智能電網(wǎng)本質(zhì)是優(yōu)化控制