与大多数新技术类似,可再生能源发展也面临成本过高的挑战,您认为未来趋势是什么?
余贻鑫:随着技术的进步,这些问题都会逐渐解决。以光伏为例,由于材料科学和电子技术的发展,从1977年到2013年,光伏的价格下降到之前的1%,而且光伏的价格还在以每年10%甚至更快的速度下降。在国际上,2016年3美分/kWh的风电和5美分/kWh的光伏电力已成为新常态。在我国,目前太阳能光伏发电的成本大概为0.45元/kWh甚至更低,光伏发电和电网平价已经或者即将来临。
除了成本之外,风能和太阳能还有间歇性、多变性和不确定性,以及储能价格相对高昂的痛点,这个难题如何破解?
余贻鑫:风能和太阳很难单独运行,需要采用一些功率补偿或者平滑的措施,其中包括:大电网的吸纳、需求侧管理、分布式小型燃油燃气发电、储能,乃至综合能源系统等。为此,需要一个功能合理的现代电网,来集成它们,并提高能源脱碳、转化与利用过程的效率,这个电网就是智能电网。
我国现实的挑战是,电网中用于功率平滑的可调容量很低。从全球来看,中国的可调容量只是美国的1/8,德国的1/4。所以在开发风电和光伏时,我国西北地区采取了风光火打捆的模式,利用火电机组的调节容量。这样做一方面降低了火电机组的热效率和年运行小时数,另一方面由于火电机组的可调节的范围在其额定容量的50%~100%间,必然伴生大量的火电,这不是我们所希望的。但是相当长一段时间内,我国还是需要依赖火电机组作为调节容量的,应该开展增大火电机组调节范围的研发工作,使其可以在20%~100%范围内进行调节。与此同时,我们应该加速抽水蓄能的开发,因为它是目前最便宜的储能方式。由于国际上有关电动汽车储能的研究投入力度很大,分布式储能价格也会逐渐减低。
大量分布式可再生能源和用户侧能量管理系统的接入提高了电力系统终端(如配电网、微网、工厂、建筑和家庭)的供需不确定性。需要强调的是,供给侧与需求侧的不确定性共同构成了未来电网运行所面临的最大挑战。解决该问题的关键在于实现不确定性的就地(终端)解决,未来电网必须将责任分摊到终端承担。
电网第二次智能化新挑战
实际上,电网的智能化一直在推进中,您认为其终点在哪里?人工智能与深度学习技术,会给智能电网发展带来什么影响?
余贻鑫:智能电网的特征包括智能化、高效、包容、激励、机遇、重视质量、抗扰能力、环保等,智能化只是这些特征之一。
电网的第一次智能化发生在1970年代,在输电系统的(数以千计的)变电站中安装了远方终端单元(RTU),每2-10秒收集一次实时数据,并把它们送到能量管理系统 (EMS)控制中心,控制中心里的计算机使用复杂的软件对系统中的发电机和输电线进行实时的监视、分析和控制。对于输电来说,这个电网是相当智能的,只是电力消费者完全不了解它。当时通信与信息技术成本较高,这种模式难以推广到配用电系统。然而,目前通信与信息技术的成本已大幅下降,为其向配电和用电领域推广应用准备好了条件。与此同时,环境压力与能源转型,以及数字化社会对电网可靠性、韧性(抵御灾害和攻击的能力)、电能质量和节能降损的要求日益严格,成了电网第二次智能化的原动力。毋容置疑的是,由于环境压力与能源转型这一原动力的出现,电网第二次智能化的强劲程度远高于电网的第一次智能化。而且由于现在的配电网络是按单向潮流设计的,不具备有效集成大量分布式电源的技术潜能。所以电网第二次智能化的重点发展领域在配用电侧,借以集成高比例的分布式电源和加强电力公司与用户的互动。