智能電網(wǎng)本質(zhì)是優(yōu)化控制——訪英國皇家工程院院士麥克·斯德林

 

“大智物云移+新能源”時代，面對新能源大規(guī)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，對用戶側(cè)的互動新需求、新模式、新技術(shù)，當(dāng)如何綢繆？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，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。

 

《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)。中國其實已經(jīng)做到這一點，歐洲可能有一些問題，因為每一個國家地域比較小，所以就必須和鄰國進行互聯(lián)。以英國為例，因為是一個島國，長期以來實現(xiàn)了相當(dāng)程度的國際電網(wǎng)互聯(lián)，比如在1986年就實現(xiàn)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、丹麥等國家。從數(shù)量來看，英國的需求峰值是52.7吉瓦，進口容量達(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)的試點運行，但是仍然沒有實現(xiàn)國際間的協(xié)調(diào)和互聯(lián)。一旦實現(xiàn)互聯(lián)的話，僅對英國而言，到2020年，消費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，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)進行控制——尋求在用電高峰階段，減少用戶同時用電的強度。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)濟是一個非常好的概念，但是短期來講并不容易實現(xiàn)。當(dāng)下要做的仍然是建設(shè)運營好智能電網(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，這種融合已經(jīng)在深度進行。現(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合理運行，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，因為隨著行業(yè)的發(fā)展，會有大量的實時數(shù)據(jù)需要收集和應(yīng)用。

 

需要強調(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)，后一兩秒就要進行反向操作，所以如果控制系統(tǒng)沒有設(shè)計好，運行不妥當(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，對于電力公司其實是非常難預(yù)計的。目前在電力公司和用戶之間的獨立系統(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，他們其實是基于價格的，其出發(fā)點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。因為對于用戶的需求，電網(wǎng)還是缺乏穩(wěn)定的預(yù)期，所以就需要這些獨立的第三方與電力公司進行協(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)，進而增強電網(wǎng)可預(yù)期性，減少電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。

 

原標(biāo)題：智能電網(wǎng)本質(zhì)是優(yōu)化控制