微型能源互聯(lián)網(wǎng)是以清潔能源為主的電力體系

　　里夫金所構(gòu)想的能源互聯(lián)網(wǎng)是分散化的信息通信技術(shù)和分布式的可再生能源融合，可再生能源在能源體系中占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，讓電力系統(tǒng)接受更多波動性很強(qiáng)的風(fēng)電和光伏是個(gè)很大的挑戰(zhàn)。在這方面，西歐各國的探索進(jìn)展最大。丹麥的電力結(jié)構(gòu)中，風(fēng)電已經(jīng)占到30%多。但丹麥畢竟只是一個(gè)國土面積僅4.3萬平方千米，人口僅500多萬的小國。而德國作為全球GDP第四的大國，在減排目標(biāo)和行動上都是歐盟的領(lǐng)頭羊，其對于新型能源體系的探索更令世界矚目。2011年德國政府宣布2022年前關(guān)閉全部核反應(yīng)堆，2014年12月在利馬氣候大會上，德國宣布將在未來五六年關(guān)閉一些燃煤發(fā)電廠，以實(shí)現(xiàn)2020年前減排40%的目標(biāo)。棄核減煤的德國靠可再生能源能夠保障能源供給嗎？德國的努力確實(shí)卓有成效：可再生能源占德國發(fā)電量的比率2010年為16.4%，2014年已經(jīng)達(dá)到約25%，預(yù)計(jì)到2020年將上升到35%。德國正在創(chuàng)造一個(gè)有可能引領(lǐng)世界潮流的新型能源體系。

　　德國希望能通過技術(shù)革新來滿足未來分布式能源供應(yīng)的需求。德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部與環(huán)境部于2008年在智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)上推出名為E-Energy的技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)計(jì)劃，提出打造新型能源網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)。E-Energy為滿足未來以分布式能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)為特點(diǎn)的電力系統(tǒng)的需求，充分利用信息和通信技術(shù)開發(fā)新的解決方案，在整個(gè)能源供應(yīng)體系中實(shí)現(xiàn)綜合數(shù)字化互聯(lián)以及計(jì)算機(jī)控制和監(jiān)測，最后達(dá)到的狀態(tài)是“以電力生產(chǎn)決定消耗”，最大限度地利用風(fēng)電和光伏。

　　它將實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施與電器之間的相互通信和協(xié)調(diào)，例如，當(dāng)風(fēng)力特別強(qiáng)時(shí)，電力就會過剩，因而非常便宜，消費(fèi)者便能適時(shí)開啟電器，如電冰箱、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)。電動車與電力系統(tǒng)的雙向互動功能尤其強(qiáng)大，車主能夠?yàn)槠�車下達(dá)指令，以最低的成本為電池充電，或者只用“綠色電力”為電池充電。E-Energy系統(tǒng)甚至可以從電池汲取剩余電力，反饋至電網(wǎng)，在用電需求高峰時(shí)提供補(bǔ)充。當(dāng)進(jìn)入用電負(fù)荷高峰時(shí)，ICT網(wǎng)關(guān)能夠協(xié)調(diào)小型熱電聯(lián)產(chǎn)廠的循環(huán)，或使蓄電系統(tǒng)提供補(bǔ)給。E-Energy將可能形成一個(gè)全新的電子能源市場，客戶自己能夠作為小型電力供應(yīng)商（例如通過太陽能電池板）發(fā)揮更積極的角色。這個(gè)市場中將出現(xiàn)全新的服務(wù)，比如“允許推遲接通時(shí)間”、“在用電需求高峰時(shí)向電網(wǎng)返還電力”、“只在陽光強(qiáng)烈或強(qiáng)風(fēng)時(shí)使用”等。在市場中，能源生產(chǎn)者和消費(fèi)者能夠因?yàn)榇俪闪税踩�、符合成本效益和環(huán)保的電力供應(yīng)而受到獎勵。

　　德國的E-Energy計(jì)劃目前正在六個(gè)地區(qū)試點(diǎn)，每個(gè)地區(qū)都有不同的能源互聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)主題。比如哈茨地區(qū)的RegMod項(xiàng)目，哈茨位于德國中部的山區(qū)地帶，風(fēng)力和水力等可再生能源資源豐富。RegMod項(xiàng)目是一個(gè)綜合性的能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，其核心示范內(nèi)容是整合儲能設(shè)施、電動汽車、可再生能源和智能家用電器的虛擬電站。當(dāng)可再生能源發(fā)電有富余的時(shí)候，抽水蓄能電站和電動汽車可以儲存多余的電力，智能家用電器，比如智能洗衣機(jī)、智能洗碗機(jī)、智能熱水器等，也會及時(shí)開啟消費(fèi)多余電力；在電力需求攀升的時(shí)候，這些儲能設(shè)施可以和智能用電器一起構(gòu)成虛擬電站，通過釋放所存儲的電力以及減少智能電器的用電量來滿足緊張的電力消費(fèi)需求。RegMod項(xiàng)目包含了很多能源互聯(lián)網(wǎng)元素，包括電動汽車、分布式可再生能源、智能用電器、儲能設(shè)施等，是能源互聯(lián)網(wǎng)的雛形。

　　特高壓技術(shù)的遠(yuǎn)距離輸電能力得到檢驗(yàn)

　　現(xiàn)在的能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)小區(qū)域內(nèi)電力系統(tǒng)容納較高比例的可再生能源，然而，遠(yuǎn)距離的電力輸送仍然是必要的。像北京這樣的負(fù)荷中心，即使把全部屋頂都鋪上太陽能光伏板，也遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)能源自給，必須要從外地調(diào)入大量電力，而新疆自治區(qū)、蒙古國的風(fēng)力和太陽能資源也無法在當(dāng)?shù)叵�化，需要轉(zhuǎn)成電力外送華北等地的負(fù)荷中心。分布式能源的發(fā)展仍然需要特高壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸電。

　　2014年1月27日，哈密南—鄭州±800千伏特高壓直流工程正式投運(yùn)，這是目前世界輸送容量最大的直流工程，也是國家電網(wǎng)建設(shè)的輸電距離最長的特高壓工程。線路起點(diǎn)在新疆哈密南部能源基地，落點(diǎn)鄭州，線路全長2210千米。該工程是國家實(shí)施“疆電外送”戰(zhàn)略的第一個(gè)特高壓輸電工程。據(jù)公開數(shù)據(jù)報(bào)道，新疆2014年度外送電力175億千瓦時(shí)，其中哈鄭直流特高壓是主要輸電通道（此外還有750千伏通道對西北電網(wǎng)送電）。據(jù)了解，新疆計(jì)劃2015年度外送電力359億千瓦時(shí)，比2014年翻一番。哈鄭特高壓外送電量未來最高可達(dá)500億千瓦時(shí)。哈鄭特高壓技術(shù)已經(jīng)表明，2000～3000千米的遠(yuǎn)距離輸電在技術(shù)和成本上是可行的。而且哈鄭特高壓在吸納風(fēng)電光電方面也成績卓著，2014年疆電外送電量中風(fēng)電光電達(dá)到22.43億千瓦時(shí)，占全部疆電外送約17%。原電力部部長史大楨認(rèn)為，“國家電網(wǎng)公司累計(jì)建成的‘三交四直’特高壓輸電工程，全面驗(yàn)證了特高壓輸電的可能性、先進(jìn)性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性”。

　　適逢治理華北地區(qū)嚴(yán)重霧霾的背景，特高壓建設(shè)驟然提速。2014年6月國家能源局下發(fā)的《關(guān)于加快推進(jìn)大氣污染防治行動計(jì)劃12條重點(diǎn)輸電通道建設(shè)的通知》中就包括9條特高壓項(xiàng)目，含國家電網(wǎng)公司8條特高壓工程，以及南方電網(wǎng)公司1條特高壓工程。同月，習(xí)近平總書記在中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第六次會議上闡述能源革命的時(shí)候，明確要“發(fā)展特高壓大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)”。

　　至2015年，特高壓又成為支撐“一帶一路”戰(zhàn)略的重要戰(zhàn)略技術(shù)。國家電網(wǎng)特高壓在2015年將著手建設(shè)我國到中亞五國的輸電通道，以及俄羅斯、蒙古向我國的特高壓線路，支持我國“一帶一路”戰(zhàn)略。俄羅斯葉爾科夫齊—河北霸州±800千伏特高壓直流工程等多條線路2015年開始開展前期工作，其中哈薩克斯坦�；�巴斯圖茲—南陽±1100千伏特高壓直流工程的距離大約3000多千米，將成為全球輸電距離最長的特高壓線路。這些工程都表明了特高壓超遠(yuǎn)距離輸電的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性，以及大規(guī)模發(fā)展的前景。

　　特高壓未來應(yīng)以輸送清潔能源為主

　　目前的特高壓項(xiàng)目已經(jīng)顯現(xiàn)了洲際電能輸送的能力。但里夫金所構(gòu)想的洲際電網(wǎng)是輸送可再生能源，而目前的特高壓則是以輸送煤電為主、風(fēng)光電為輔。2014年度新疆外送電力中風(fēng)光電僅占17%，主要運(yùn)送的是哈密能源基地的煤電。煤電的遠(yuǎn)距離輸送雖然保障了華北地區(qū)的能源供應(yīng)，有助于緩解華北地區(qū)的霧霾問題，但污染物的總量并沒有減低，只是在華北還是新疆排放的差別。目前規(guī)劃的國際特高壓項(xiàng)目中，葉爾科夫齊—河北霸州±800千伏特高壓直流工程的送端電源主要是俄羅斯阿穆爾州燒褐煤的葉爾科夫齊火電站，哈薩克斯坦�；�巴斯圖茲—南陽±1100千伏特高壓直流工程的送端電源也是煤電。

　　在全球能源互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)期規(guī)劃中，中國利用特高壓從哈薩克等中亞國家輸入的應(yīng)該是光伏和風(fēng)電，從俄羅斯遠(yuǎn)東輸入的應(yīng)該是水電和北極的風(fēng)電。要想通過特高壓對風(fēng)電光伏進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，就需要依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)配套遠(yuǎn)距離、大容量的需求側(cè)響應(yīng)能力。這時(shí)，特高壓電網(wǎng)不僅是電能輸送載體，而是通過“與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能移動終端等相融合，成為我國未來的能源互聯(lián)網(wǎng)平臺，實(shí)現(xiàn)對清潔能源的大規(guī)模開發(fā)利用”。

　　能源互聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離、大容量的需求側(cè)響應(yīng)

　　能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心目的是利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，促進(jìn)以電力系統(tǒng)為核心的大能源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各類設(shè)備的信息交互，實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)與消耗的實(shí)時(shí)平衡。海量分布式設(shè)備的廣域協(xié)調(diào)和未來即插即用能夠?qū)崿F(xiàn)雙向互動的分布式儲能，能夠提供遠(yuǎn)距離、大容量的需求側(cè)響應(yīng)能力。電動車、家庭儲能、樓宇儲能、天然氣發(fā)電及電轉(zhuǎn)氣技術(shù)都將發(fā)揮積極作用。

　　巨量智能家居設(shè)備形成的分布式能量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，家庭中的冰箱、空調(diào)、家庭儲能裝置所構(gòu)成的巨量智能家居形成規(guī)模龐大的分布式能量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。試想，如果北京的數(shù)百萬個(gè)家庭的冰箱和空調(diào)以主動或被動的方式納入電力調(diào)度體系，其所構(gòu)成的需求側(cè)響應(yīng)能力是驚人的。

　　巨量電動車形成的分布式儲能系統(tǒng)。交通行業(yè)是除發(fā)電行業(yè)之外的另一化石能源消耗大戶。2010年，交通運(yùn)輸行業(yè)占最終能源使用的27%。交通行業(yè)的最大減排潛力將是以電動汽車為核心的電氣化交通體系。電動汽車可以用作備用電源和移動存儲器，在用電較少的時(shí)段進(jìn)行充電，在用電高峰時(shí)將電力反哺到電網(wǎng)。當(dāng)百萬輛計(jì)的電動車構(gòu)成的分布式儲能系統(tǒng)與電力系統(tǒng)高度一體化時(shí)，將不但使電動汽車對電網(wǎng)的影響降到最低，還能形成規(guī)模巨大的虛擬電廠，具有很強(qiáng)的需求響應(yīng)能力。

　　天然氣網(wǎng)絡(luò)與電網(wǎng)耦合形成強(qiáng)大的調(diào)峰能力。天然氣在電力系統(tǒng)的比重正在迅速上升。美國2013年宣布新建電廠的碳排放標(biāo)準(zhǔn)后，新建火力發(fā)電廠均為燃?xì)怆姀S。燃?xì)怆姀S具有很好的調(diào)峰功能，尤其是中小功率燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組。最近出現(xiàn)的電轉(zhuǎn)氣技術(shù)頗引人關(guān)注，它可將水電解后產(chǎn)生氫氣與氧氣，再將氫氣與二氧化碳混合產(chǎn)生甲烷。電轉(zhuǎn)氣的轉(zhuǎn)化效率可達(dá)60%～70%，德國目前已經(jīng)在進(jìn)行商業(yè)示范。電轉(zhuǎn)氣技術(shù)將可再生能源機(jī)組的多余出力轉(zhuǎn)化為甲烷，可以直接注入天然氣網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行運(yùn)輸和儲存，這使得未來的電力系統(tǒng)與天然氣網(wǎng)絡(luò)之間的能量流動將由單向變?yōu)殡p向。廣泛分布于發(fā)電端和用戶端的小型燃?xì)獍l(fā)電和電轉(zhuǎn)氣設(shè)施，將形成功能強(qiáng)大的分布式儲能體系。

　　大規(guī)模分布式儲能裝備要想在全球能源互聯(lián)網(wǎng)中高效運(yùn)行，最不可少的制度支撐是動態(tài)電價(jià)和全球電力市場。足夠大的峰谷電價(jià)差可以吸引投資者和普通家庭積極進(jìn)入電力市場。依托發(fā)達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，消費(fèi)者能夠根據(jù)實(shí)時(shí)電價(jià)自動調(diào)整用電消費(fèi)行為和儲能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。李克強(qiáng)總理在2015年政府工作報(bào)告中提出要制定“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計(jì)劃�！盎ヂ�(lián)網(wǎng)+能源革命”，可以理解為就是能源互聯(lián)網(wǎng)。2015年將出臺的新電力體制改革方案，應(yīng)實(shí)質(zhì)性納入“形成市場決定電價(jià)的機(jī)制”和“構(gòu)建電力市場體系”，以落實(shí)李克強(qiáng)總理的“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計(jì)劃，推動中國能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，推動中國乃至世界的能源革命。（本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》（綜合）2015年4期，作者系清華大學(xué)能源環(huán)境經(jīng)濟(jì)研究所博士后）

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