當(dāng)下，能源革命和數(shù)字革命相融并進(jìn)，“雙碳”目標(biāo)正在倒逼新型電力系統(tǒng)建設(shè)提速。建設(shè)，非一日之功；提速，需群策群力，而科學(xué)理智的規(guī)劃和積極有效的技術(shù)革新，無(wú)疑是其中關(guān)鍵的一環(huán)。
“隨著分布式能源的高比例滲透，特別是光伏直流發(fā)電的日益增多，電子設(shè)備等直流負(fù)荷快速增長(zhǎng)，配用電系統(tǒng)呈現(xiàn)出非線性、隨機(jī)性、強(qiáng)耦合等特征，傳統(tǒng)的交流供用電系統(tǒng)難以滿足分布式可再生能源、負(fù)荷的高速發(fā)展需求，在運(yùn)行模式、可靠性、能量損耗等方面均面臨挑戰(zhàn)，而低壓直流供用電系統(tǒng)可以解決這些問(wèn)題?！?月14日，山東大學(xué)特聘教授馬釗在接受中電傳媒記者采訪時(shí)表示。
“騰籠換鳥(niǎo)”
擁抱第三次能源變革
Q&A
記者：我國(guó)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)面臨哪些挑戰(zhàn)？
馬釗：以高滲透率的可再生能源，高比例的電力電子設(shè)備，高速度增長(zhǎng)的直流負(fù)荷（“三高”）為主要特征的新一代電力系統(tǒng)正在逐步形成，但構(gòu)建新型電力系統(tǒng)還面臨諸多挑戰(zhàn)。
高滲透率的可再生能源，將會(huì)對(duì)電力需求起到支撐作用，但其具有的間歇性、波動(dòng)性、分散性特性，和諸如儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)類(lèi)的靈活負(fù)荷，會(huì)導(dǎo)致源、荷雙側(cè)不確定性，這給規(guī)劃帶來(lái)挑戰(zhàn)。同時(shí)，新能源出力往往呈現(xiàn)極熱無(wú)風(fēng)、極寒無(wú)光、晚峰無(wú)光的特點(diǎn)，這對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)沖擊。另一方面，可再生能源滲透率與棄電率整體呈現(xiàn)出正相關(guān)系，降低棄電率也是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。
未來(lái)大量分布式能源如光伏發(fā)電等將連接到配電網(wǎng)，并出現(xiàn)新的電網(wǎng)參與者，如當(dāng)?shù)啬茉瓷鐓^(qū)和消費(fèi)者，如何協(xié)調(diào)控制這些星羅棋布的眾多分布式電源，讓電力生產(chǎn)與消費(fèi)更人性化和多樣化，這是又一難題。
必須看到，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的同時(shí)要解決好經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放之間的矛盾。可再生能源滲透比例可能對(duì)供電成本產(chǎn)生影響，借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家電力系統(tǒng)低碳發(fā)展的標(biāo)桿德國(guó)的歷程，2019年，德國(guó)電力系統(tǒng)可再生能源發(fā)電占比突破40%，而電費(fèi)比2015年約增長(zhǎng)8%。預(yù)測(cè)可再生能源的全系統(tǒng)消納成本可能會(huì)隨著滲透率提升而增加。
再則，如何挖掘開(kāi)發(fā)人工智能等技術(shù)在資產(chǎn)管理領(lǐng)域的作用，提高現(xiàn)有電網(wǎng)的利用率，是電網(wǎng)面臨的另一個(gè)難題。同時(shí)我們還需要研發(fā)大量適應(yīng)低碳化、數(shù)字化、智能化的電工設(shè)備、新型元器件、電氣設(shè)備以及新型材料。
此外，制定切實(shí)可行的應(yīng)對(duì)極端天氣和氣候，自然災(zāi)害頻發(fā)的技術(shù)體系，提高供電保障能力也是需要解決的難題。
總體來(lái)說(shuō)，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)面臨的最大難題是不斷增長(zhǎng)的電力需求和安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、清潔電能供應(yīng)之間的矛盾。既要確保安全可靠的電力能源供應(yīng)，又要達(dá)到綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)高效、智能開(kāi)放、可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。
Q&A
記者：面對(duì)諸多挑戰(zhàn)和困難，您有哪些意見(jiàn)和建議？
馬釗：從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，我們要打造的是新型電力系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈、價(jià)值鏈、供應(yīng)鏈和信息鏈，是要在“騰籠換鳥(niǎo)”中實(shí)現(xiàn)鳳凰涅槃，擁抱綠色高效可持續(xù)發(fā)展為方向的第三次能源變革時(shí)代，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是打造清潔高效電力產(chǎn)業(yè)的“升級(jí)版”。
從技術(shù)層面來(lái)看，有六大技術(shù)方向值得關(guān)注：一是高效、經(jīng)濟(jì)的新能源、可再生能源開(kāi)發(fā)技術(shù)；二是分布式能源的智能控制靈活運(yùn)行技術(shù)；三是負(fù)荷柔性化利用；四是儲(chǔ)能包括儲(chǔ)氫、氫能利用等技術(shù)；五是碳捕獲和儲(chǔ)存技術(shù)，特別是碳利用技術(shù)；六是建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)和綜合能源系統(tǒng)。
從電力系統(tǒng)角度分析，未來(lái)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改變，將帶來(lái)大量的科技創(chuàng)新機(jī)遇，從全壽命周期清潔循環(huán)生態(tài)的新理念，到多元目標(biāo)優(yōu)化的規(guī)劃方法，從可靠高效的運(yùn)維方式，到人工智能等新技術(shù)的全面應(yīng)用推廣，都需要我們深入研究。
挑戰(zhàn)是廣泛的，涉及技術(shù)、體制等諸多領(lǐng)域，關(guān)鍵是要通過(guò)深化改革，彌補(bǔ)各類(lèi)能源計(jì)劃單列、條塊分割和資源配置不高效的缺陷。
新一代低壓直流
打造未來(lái)供用電系統(tǒng)
Q&A
記者：據(jù)了解，您與您的團(tuán)隊(duì)一直在積極推進(jìn)低壓直流供用電系統(tǒng)，該系統(tǒng)有哪些優(yōu)點(diǎn)？
馬釗：一方面，低壓直流供用電系統(tǒng)在電源、負(fù)荷皆為直流形態(tài)的情況下，采用直流供電，可減少大量不必要的交直流轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，能實(shí)現(xiàn)電源靈活、高效的接入，電能低損耗、高可靠、低碳的輸配，以及負(fù)荷更高能效、更便利、更低成本的利用。另一方面，直流供用電避免了傳統(tǒng)交流電網(wǎng)固有的同步和穩(wěn)定性等一系列問(wèn)題，有功和無(wú)功功率可快速且獨(dú)立解耦。
此外，新一代直流供用電系統(tǒng)將從用戶側(cè)自下而上采用物聯(lián)網(wǎng)概念及身聯(lián)網(wǎng)（如健身環(huán)，心臟起搏器等）和人工智能等新技術(shù)，為供用電系統(tǒng)技術(shù)升級(jí)換代，“造血”、“換芯”，為未來(lái)數(shù)字化供用電系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。
Q&A
記者：目前國(guó)內(nèi)有低壓直流供用電系統(tǒng)的試點(diǎn)示范工程嗎？
馬釗：近年來(lái)，低壓直流供用電系統(tǒng)吸引了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，在直流建筑、信息通訊、海陸空交通、市政建設(shè)、新型家電、新農(nóng)村供電等行業(yè)展開(kāi)了一系列研發(fā)和示范。比如國(guó)網(wǎng)雄安新區(qū)供電公司發(fā)起成立了產(chǎn)學(xué)研用參與的直流聯(lián)盟，建立了直流示范屋，打造了多功能直流路燈示范項(xiàng)目；南京國(guó)臣直流配電科技有限公司正在山西芮城縣開(kāi)展農(nóng)村直流供用電試點(diǎn)工作；江蘇電力科學(xué)研究院在江蘇同里開(kāi)展了相關(guān)試點(diǎn)；深圳建筑科學(xué)研究院股份有限公司在深圳未來(lái)大廈采用“光儲(chǔ)直柔”建筑供配電系統(tǒng)；華為等多家公司在數(shù)據(jù)中心、5G基站應(yīng)用直流供電。
Q&A
記者：在您看來(lái)，低壓直流供用電系統(tǒng)之于新型電力系統(tǒng)有怎樣的意義呢？
馬釗：發(fā)展清潔和循環(huán)經(jīng)濟(jì)，需要堅(jiān)強(qiáng)大電網(wǎng)和智能配用電系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展，相得益彰，才能逐步向綜合能源系統(tǒng)演化。
低壓直流供用電系統(tǒng)以安全可靠、清潔經(jīng)濟(jì)、智慧開(kāi)放、可持續(xù)發(fā)展的能源節(jié)約型社會(huì)為目標(biāo)，目前可作為交流供用電的輔助和替代，有望并可能逐漸成為未來(lái)供用電發(fā)展新模式。它不僅有利于新基建和當(dāng)下經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而且將有利推動(dòng)可再生能源、電力電子、智能家電、綠色建筑等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也是著眼于未來(lái)，奠定數(shù)字經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，提質(zhì)升級(jí)供用電系統(tǒng)，助力能源轉(zhuǎn)型，建設(shè)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“雙碳目標(biāo)”和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要舉措，具有廣闊的市場(chǎng)前景和較大的經(jīng)濟(jì)潛力。
我們將繼續(xù)在直流配用電關(guān)鍵技術(shù)、柔性直流協(xié)調(diào)運(yùn)行、電能質(zhì)量分析等領(lǐng)域開(kāi)展科學(xué)探索和技術(shù)攻關(guān)研究，推動(dòng)和引領(lǐng)國(guó)內(nèi)低壓直流供用電技術(shù)的發(fā)展和新型數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，為能源轉(zhuǎn)型和新型電力系統(tǒng)作出更大貢獻(xiàn)！
作者：張媛媛
