能源互聯(lián)網(wǎng)已成為我國能源行業(yè)發(fā)展的重大戰(zhàn)略
來源:中國石化雜志 | 0評論 | 3415查看 | 2017-08-08 09:14:13    
       當今的世界能源體系構(gòu)建在以石油、天然氣等化石能源的基礎(chǔ)之上。油氣資源集中在中東沙特、伊朗,美洲委內(nèi)瑞拉、美國,以及俄羅斯等主要的幾個能源供應國手中。這些國家在國際能源供應中具有較大的話語權(quán),對眾多能源消費國的能源安全和經(jīng)濟發(fā)展造成一定的威脅。隨著新興經(jīng)濟體的崛起,全球能源消費重心加速向中國、印度等非經(jīng)合組織經(jīng)濟體轉(zhuǎn)移,現(xiàn)有的能源供應體系在產(chǎn)油國的操控和地緣政治的動蕩中,嚴重制約了新興經(jīng)濟體乃至世界的經(jīng)濟增長和穩(wěn)定。

  另外,化石能源消費的快速增長,由此導致的溫室效應極大威脅到人類的未來。世界能源消費結(jié)構(gòu)向可再生能源發(fā)展是人類可持續(xù)發(fā)展的必由之路。在物聯(lián)網(wǎng)、云計算,可再生能源技術(shù)等新興技術(shù)的發(fā)展帶動下,能源網(wǎng)絡(luò)將與信息網(wǎng)絡(luò)高度融合,將形成能源互聯(lián)網(wǎng)這一新的能源供應體系。這一體系將化解化石能源體系帶來的種種經(jīng)濟和環(huán)境問題。因此,能源互聯(lián)網(wǎng)已成為我國能源行業(yè)發(fā)展的重大戰(zhàn)略。

  將全球的電力網(wǎng)絡(luò)變?yōu)槟茉垂蚕砭W(wǎng)絡(luò)

  杰里米?里夫在《第三次工業(yè)革命》中首先提出:通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與可再生能源相融合,將全球的電力網(wǎng)絡(luò)變?yōu)槟茉垂蚕砭W(wǎng)絡(luò),形成能源互聯(lián)網(wǎng)。結(jié)合國內(nèi)外對能源互聯(lián)網(wǎng)的解釋,我們認為能源互聯(lián)網(wǎng)是第三次工業(yè)革命的代表性產(chǎn)物,是可再生能源借助先進的信息和通信技術(shù),以分布式能源的方式融合到現(xiàn)有能源體系,構(gòu)建成的去中心化的柔性網(wǎng)絡(luò)化能源供應與消費系統(tǒng)。

  能源互聯(lián)網(wǎng)最大的特點是大量接入可再生能源。能源互聯(lián)網(wǎng)通過儲能設(shè)施、能量管理系統(tǒng)等先進技術(shù),克服風、光等可再生能源受天氣和時間影響帶來的隨機性和波動性問題。

  能源互聯(lián)網(wǎng)是由數(shù)量眾多的分布式能源應用單元相互聯(lián)結(jié)而成。由大量分布式能源構(gòu)成的能源互聯(lián)網(wǎng)在拓撲結(jié)構(gòu)上完全不同于現(xiàn)在的集中式供能系統(tǒng)。在分布式為主的能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中,能源供應具有更大的柔性和開放性,能源網(wǎng)絡(luò)具有更強的自愈能力。

  能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

  支持能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)性技術(shù)支撐包括可再生能源、分布式能源設(shè)施、儲能系統(tǒng)、基于互聯(lián)網(wǎng)的電網(wǎng)、電動汽車等。這五項基礎(chǔ)性技術(shù)相互聯(lián)系,共同發(fā)揮作用,在發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)中必須同時存在。

  能源互聯(lián)網(wǎng)利用可再生能源的方式主要是發(fā)電和熱能利用。主要的一次可再生能源包括太陽能、風能、水力、地熱、海洋能及生物質(zhì)等。適合于能源互聯(lián)網(wǎng)應用的可再生能源有太陽能、風能、地熱和生物質(zhì)。

  太陽能發(fā)電是當前發(fā)展最快的可再生能源技術(shù)之一。當前太陽能發(fā)電主要分為光伏發(fā)電和光熱發(fā)電。光熱發(fā)電是通過集熱裝置將太陽能收集起來通過熱能轉(zhuǎn)化發(fā)電,光伏發(fā)電是利用光伏電池板將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能。太陽能資源分布廣泛,適合于靠近消費者布置,是能源互聯(lián)網(wǎng)應用的最佳可再生能源。目前,太陽能發(fā)電應用主要以光伏發(fā)電為主,已經(jīng)廣泛應用于分布式能源項目,應用于屋頂、建筑外墻、農(nóng)業(yè)大棚等。太陽能發(fā)電目前主要存在的問題是發(fā)電波動性太大,成本較高。隨著儲能技術(shù)和材料制造技術(shù)的快速提高,這兩個問題將會較快解決。

  風力發(fā)電也是近年發(fā)展極為快速的可再生能源利用領(lǐng)域。世界范圍內(nèi)風力資源充足,目前主要的風力發(fā)電應用為陸上風力發(fā)電和海上風力發(fā)電。風力渦輪發(fā)電機組的規(guī)模也較為靈活,從50千瓦以下規(guī)模到5兆瓦的機組都已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化。其中,50千瓦風力渦輪機組適合于能源互聯(lián)網(wǎng)的分布式風電應用。風力發(fā)電的地點較為靈活,日發(fā)電時間也較長,但是其隨機性和波動性更大,難以預測,需要相應的儲能設(shè)施配合。

  可供利用的地熱分布較廣。對于我國來說有利于發(fā)電的高溫地熱資源主要分布在滇、藏、川西和臺灣。華北、松遼和蘇北等地區(qū)低溫地熱較為豐富。若考慮利用熱泵技術(shù),可利用的地熱就更為廣泛。其中,地源熱泵可以布置在用戶周圍,夏季可以給建筑供冷,冬季可以給建筑供熱,尤為適用于能源互聯(lián)網(wǎng)的應用。

  生物質(zhì)能的利用技術(shù)較多,主要有氣化、液化、熱解、固化和直接燃燒等方面。在能源互聯(lián)網(wǎng)的應用下主要應用包括生物質(zhì)氣化,轉(zhuǎn)化為合成氣再進行發(fā)電,或者生物質(zhì)發(fā)酵轉(zhuǎn)化為甲烷,再通過鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽和電力。

  分布式能源通常是布置在用戶所在地,耦合連接到區(qū)域電力系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)施,包含可再生能源系統(tǒng)、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、工業(yè)能量回收利用系統(tǒng),并具有需求側(cè)管理功能。分布式能源已成功實現(xiàn)商業(yè)化利用,并且是綜合效率最高的一種利用方式,能效可達80%以上,且輸配電損耗顯著降低,能有效降低電網(wǎng)崩潰的幾率,提高供電可靠性。分布式能源技術(shù)主要包括往微型燃氣輪機、工業(yè)燃氣輪機、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、光伏、風力渦輪系統(tǒng)、燃料電池等。其中燃料電池的發(fā)電效率將可能達到80%,是未來最具有發(fā)展價值的技術(shù)。這些技術(shù)將和智能控制與優(yōu)化技術(shù)、綜合系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)等集成起來,一起成為能源互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。

  儲能系統(tǒng)是能源互聯(lián)網(wǎng)中可再生能源大規(guī)模接入分布式發(fā)電系統(tǒng)必不可少的組成部分。隨著儲能技術(shù)的發(fā)展,必將推動可再生能源發(fā)電的普及應用,提高能源互聯(lián)網(wǎng)的靈活性和穩(wěn)定性,提高電力設(shè)備運行效率、降低供電成本,有助于需求側(cè)管理、消除峰谷差、平滑負荷。在推動可再生能源發(fā)電普及應用方面,儲能系統(tǒng)能夠平滑可再生能源發(fā)電功率輸出波動,提高可調(diào)度性,降低可再生能源發(fā)電對電力系統(tǒng)的沖擊力度,提高跟蹤計劃出力的能力??稍偕茉纯朔l(fā)電的隨機性和間歇性缺點,就能大幅度提高可再生能源設(shè)備的使用率。目前的儲能技術(shù)主要分為機械儲能、電化學儲能、儲熱、化學儲能(氫儲能)等幾類。在眾多儲能技術(shù)中,電化學儲能技術(shù)進步最快,在電力系統(tǒng)中的應用快速增長。電化學儲能具有使用方便、環(huán)境污染少,不受地域限制,在能量轉(zhuǎn)換上不受卡諾循環(huán)限制、轉(zhuǎn)化效率高、比能量和比功率高等優(yōu)點。以鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池為主導的電化學儲能技術(shù)在安全性、能量轉(zhuǎn)換效率和經(jīng)濟性等方面取得了重大突破,極具產(chǎn)業(yè)化應用前景。

  能源互聯(lián)網(wǎng)四大發(fā)展趨勢

  目前,我國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展處于初級階段,分布式能源、微網(wǎng)、儲能、智能電網(wǎng)、電動汽車等產(chǎn)業(yè)方興未艾,既處于快速發(fā)展時期,又面臨著較大的技術(shù)、經(jīng)濟障礙。能源互聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展趨勢主要有以下幾個特征。

  天然氣分布式能源快速發(fā)展。分布式能源供應是能源互聯(lián)網(wǎng)的一個主要特點。目前最廣泛利用的分布式能源供應方式是天然氣分布式。分布式能源是現(xiàn)在綜合能源利用效率最高的能源轉(zhuǎn)化方式,能效可達90%以上,且輸配電損耗低,供電可靠性高。天然氣分布式在我國開始于1998年。隨著我國天然氣分布式能源相關(guān)鼓勵政策的出臺,內(nèi)燃機、余熱鍋爐、溴化鋰制冷機等裝備技術(shù)的提高,以及電網(wǎng)接入技術(shù)的成熟,天然氣分布式能源發(fā)展逐漸加快。2015年天然氣分布式能源在我國開始加速發(fā)展,共建成127個項目,裝機1405.5兆瓦。預計到2020年,我國規(guī)模以上城市均使用分布式能源系統(tǒng),裝機容量達到4000~5000萬千瓦。我國天然氣分布式能源發(fā)展有進一步加速的趨勢。到2020年,我國燃氣輪機將實現(xiàn)自主研制及應用,系統(tǒng)集成能力也得到大幅度提升。由于天然氣分布式調(diào)峰能力強,運行穩(wěn)定,與太陽能光伏、太陽能光熱、地源熱泵等互補的分布式能源系統(tǒng)將得到大力發(fā)展。

  光伏發(fā)電快速滲透到分布式能源。太陽能發(fā)電是能源互聯(lián)網(wǎng)應用的最佳可再生能源。目前,太陽能發(fā)電應用主要以光伏發(fā)電為主,已經(jīng)廣泛應用于屋頂、建筑外墻、農(nóng)業(yè)大棚等分布式能源項目。太陽能發(fā)電目前主要存在的問題是發(fā)電波動性大,成本較高。隨著儲能技術(shù)和材料制造技術(shù)的水平快速提升,這兩個問題將會較快解決。由于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)進步迅速,成本下降迅速。照此發(fā)展趨勢,2020年,資源較好地區(qū)的光伏發(fā)電就可平價上網(wǎng)。中國從2010年開始加大對可再生能源的投資和補貼,大力的政策支持使中國成為太陽能發(fā)電增長最快的國家。2015年我國已為裝機容量世界第一的國家。在最新的“十三五”能源規(guī)劃中,分布式光伏成為國家未來幾年扶持的重點。結(jié)合天然氣分布式能源的發(fā)展看,兩者優(yōu)勢的互相結(jié)合將形成我國分布式能源的新特征。

  能源大數(shù)據(jù)應用興起。2017年3月5日政府工作報告中,李克強總理提到:“推動‘互聯(lián)網(wǎng)+’深入發(fā)展
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