智能電網(wǎng)是電力行業(yè)發(fā)展的重要趨勢

“大智物云移+新能源”時(shí)代，面對新能源大規模接入，智能電網(wǎng)有哪些作為？基于特高壓輸電的技術(shù)創(chuàng )新，對用戶(hù)側的互動(dòng)新需求、新模式、新技術(shù)，當如何綢繆？本刊日前采訪(fǎng)了英國首相科技理事會(huì )能源工作主席、英國皇家工程院院士麥克˙斯德林。他結合歐洲的情況分析認為，大規模接入新能源需要以大范圍電網(wǎng)互聯(lián)為基礎，并統籌考慮儲能技術(shù)。在與用戶(hù)側進(jìn)行互動(dòng)時(shí)，第三方的智能化方案需要兼顧電網(wǎng)與用戶(hù)訴求，智能電網(wǎng)的本質(zhì)是優(yōu)化對系統和用戶(hù)的控制能力。

——訪(fǎng)英國皇家工程院院士麥克˙斯德林

電網(wǎng)互聯(lián)帶來(lái)新機會(huì )

《能源評論》：在第三次工業(yè)革命時(shí)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)驗來(lái)看，針對新能源的波動(dòng)性，如何能做到平衡電網(wǎng)安全與用戶(hù)需求？

麥克˙斯德林：歐盟制定的目標是，到2020年可再生能源占比將達到20%。歐洲議會(huì )今年提出，將2030年的目標由原來(lái)的27%提升至35%。要應對新能源發(fā)電量不斷提升，以及越來(lái)越多的電網(wǎng)波動(dòng)性問(wèn)題的辦法只有兩個(gè)：一是增加基礎的電力供應容量，二是對用戶(hù)端進(jìn)行控制。如何將可再生能源的不斷并網(wǎng)和用戶(hù)需求控制來(lái)結合起來(lái)，尋求到平衡點(diǎn)，是未來(lái)技術(shù)挑戰所在。整個(gè)過(guò)程非常復雜，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》：在輸電側增加供給能力，或者大范圍電網(wǎng)互聯(lián)，無(wú)疑會(huì )加增強系統調節的底氣。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，您認為，歐洲和英國的未來(lái)會(huì )怎樣？

麥克˙斯德林：互聯(lián)性的問(wèn)題——需要讓更多的電源、更廣泛的地區電網(wǎng)互聯(lián)，來(lái)提供穩定的電力供應。中國其實(shí)已經(jīng)做到這一點(diǎn)，歐洲可能有一些問(wèn)題，因為每一個(gè)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，因為是一個(gè)島國，長(cháng)期以來(lái)實(shí)現了相當程度的國際電網(wǎng)互聯(lián)，比如在1986年就實(shí)現了和法國電網(wǎng)互聯(lián)，目前已經(jīng)簽約的互聯(lián)項目包括比利時(shí)、丹麥等國家。從數量來(lái)看，英國的需求峰值是52.7吉瓦，進(jìn)口容量達到14.2吉瓦，潛在的電網(wǎng)互聯(lián)容量為22.4吉瓦。對整個(gè)歐洲而言，目標是到2020年所有國家電網(wǎng)互聯(lián)度要達到10%以上，到2030年要達到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)運行，但是仍然沒(méi)有實(shí)現國際間的協(xié)調和互聯(lián)。一旦實(shí)現互聯(lián)的話(huà)，僅對英國而言，到2020年，消費者每年就會(huì )因智能互聯(lián)節約10億英鎊，其商業(yè)前景非常廣闊。同時(shí)，增加電網(wǎng)互聯(lián)性對于新技術(shù)發(fā)展也會(huì )帶來(lái)很多機會(huì )，比如對跨地區遠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(gè)遙遠的目標，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(jiǎn)單疊加裝機，可能會(huì )使波動(dòng)加劇，或需要大量協(xié)調傳統能源。您認為，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張帶來(lái)的挑戰，如果發(fā)電端沒(méi)有有效的管理，就需要在用戶(hù)側進(jìn)行控制——尋求在用電高峰階段，減少用戶(hù)同時(shí)用電的強度。但用戶(hù)控制不意味著(zhù)減少用戶(hù)數量，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(shí)用電。智能電表作為一個(gè)非常重要的科技，其更大的應用價(jià)值就在于，它是一個(gè)教育的過(guò)程，會(huì )讓更多的家庭明白他們需要智能互動(dòng)，而且減少在高峰時(shí)間同時(shí)用電會(huì )帶來(lái)更多附加價(jià)值，比如經(jīng)濟性和節能環(huán)保等等。

儲能需有全局觀(guān)

《能源評論》：在智能電網(wǎng)系統中，儲能被寄予厚望。對于大規模儲能、分布式儲能（如特斯拉的Powerwall），您更看好哪個(gè)的發(fā)展前景？

麥克˙斯德林：二者沒(méi)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(gè)方面結合起來(lái)攜手發(fā)展。一方面，很多國家在進(jìn)行大規模集中式儲能的研究，比如說(shuō)液化空氣儲能等復雜的技術(shù)，可以提供電網(wǎng)級別的調頻調峰等服務(wù)；另一方面，微觀(guān)的或者分布式儲能，比如鋰電池、氫燃料電池的應用，可以彌補分布式太陽(yáng)能(7.140,0.37,5.47%)、中等規模風(fēng)能發(fā)電的波動(dòng)性，還可以提供一些基本的家庭能源供應。需要注意的是，無(wú)論是大規模儲能，還是分布式儲能，都是構建智能電網(wǎng)有待解決的一個(gè)挑戰，核心問(wèn)題是價(jià)格。一旦解決了儲能的成本問(wèn)題，能夠實(shí)現新能源的“平價(jià)上網(wǎng)”，對于電網(wǎng)的建設和運行將起到非常大的支持作用。

《能源評論》：在有些人看來(lái)，電化學(xué)儲能尤其是鋰電池儲能會(huì )成為解決難題的“救世主”，您怎么評價(jià)？

麥克˙斯德林：當然，研發(fā)出更大容量的電池，意味著(zhù)在能量釋放方面效率會(huì )更高，但是我們需要從全局來(lái)考慮，更全面看待能源與經(jīng)濟社會(huì )的應用發(fā)展，而不是僅僅關(guān)注分布式儲能技術(shù)。比如絕大多數的國家都認為，電動(dòng)汽車(chē)是未來(lái)分布式儲能的發(fā)展方向，但不要忘記，電動(dòng)汽車(chē)未來(lái)供電還是應該從大電網(wǎng)來(lái)供電。同樣的，氫能經(jīng)濟是一個(gè)非常好的概念，但是短期來(lái)講并不容易實(shí)現。當下要做的仍然是建設運營(yíng)好智能電網(wǎng)，與發(fā)電側、用電側保持良性互動(dòng)。

智能終端應對電網(wǎng)友好

《能源評論》：您提到電動(dòng)汽車(chē)與智能電網(wǎng)的互動(dòng)，智能電網(wǎng)與新一代交通系統、信息網(wǎng)絡(luò )融合需要哪些條件？它對能源供應體系會(huì )帶來(lái)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在電動(dòng)汽車(chē)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、電視機的用電量給電網(wǎng)帶來(lái)的壓力完全不一樣，這對電網(wǎng)的控制系統是一個(gè)非常大的挑戰，也是分布式能源不能夠解決的問(wèn)題，必須要通過(guò)智能電網(wǎng)解決。

對構建智能電網(wǎng)控制系統而言，毫無(wú)疑問(wèn)其基礎是智能電表。當每個(gè)家庭都擁有這樣的控制節點(diǎn)的時(shí)候，如何保證一個(gè)國家成千上萬(wàn)個(gè)，甚至如中國般的幾億個(gè)控制點(diǎn)合理運行，將成為極大的挑戰?；诂F有的控制技術(shù)，還沒(méi)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(zhù)，未來(lái)的智能電表必須要具有一定的需求側管理能力，因為隨著(zhù)行業(yè)的發(fā)展，會(huì )有大量的實(shí)時(shí)數據需要收集和應用。

需要強調的是，電網(wǎng)產(chǎn)生波動(dòng)和不穩定是正常的現象，電網(wǎng)的特性就是，有可能前一兩秒我們需要往高調，后一兩秒就要進(jìn)行反向操作，所以如果控制系統沒(méi)有設計好，運行不妥當的話(huà)，很可能就會(huì )產(chǎn)生大規模的停電事故，這是我們需要著(zhù)力避免的問(wèn)題。在智能電網(wǎng)的控制系統設計方面，未來(lái)方向還是應該堅持分級設計的模式，從每個(gè)用戶(hù)、不同地區再到國家層面逐級進(jìn)行控制。

《能源評論》：在用戶(hù)側，有些家庭已經(jīng)開(kāi)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。您認為，面對新挑戰，電網(wǎng)與第三方的智能化控制系統應該如何更好銜接？有哪些創(chuàng )新和改變值得期待？

麥克˙斯德林：這種終端用戶(hù)模式，對于電力公司其實(shí)是非常難預計的。目前在電力公司和用戶(hù)之間的獨立系統，比如像谷歌或者是亞馬遜這樣的第三方，開(kāi)發(fā)出對用戶(hù)用電量分析的軟件，他們其實(shí)是基于價(jià)格的，其出發(fā)點(diǎn)就是如何減少用戶(hù)用電成本，但是對于電力公司而言，這可能并不友好。因為對于用戶(hù)的需求，電網(wǎng)還是缺乏穩定的預期，所以就需要這些獨立的第三方與電力公司進(jìn)行協(xié)作，能夠通過(guò)電力公司放出的價(jià)格和負荷信號，不斷進(jìn)行反饋調整。

我希望，未來(lái)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(hù)成本；另一方面，對于電網(wǎng)負荷全面了解和響應，進(jìn)而增強電網(wǎng)可預期性，減少電網(wǎng)負擔。