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周孝信:走六个关键路径构建新一代能源系统

2018年11月1日至3日,“第十届中国(无锡)国际新能源大会暨展览会(CREC2018)”在无锡召开。本次大会由国家能源局、中国能源研究会指导,中国贸促会、江苏省人民政府主办,无锡市人民政府等承办。中国科学院院士、中国电科院名誉院长、总工程师周孝信在同期举行的2018年全球新能源产业峰会上作了“能源转型和新一代能源系统”的主题演讲。

 


周孝信在演讲中表示,到2050年实现非化石能源发电装机在总装机中占比84%,发电量占比78%的目标,可通过六条关键路径去实现。



以下为周孝信演讲文字实录:


周孝信:尊敬的各位领导,各位专家,大家上午好。首先我觉得还是应该祝贺这样一个展会和新能源大会圆满成功,也感谢组委会让我来给大家做分享,主要内容很简单。第一个我国能源发展的现状,战略目标和主要指标说的是能源指标的事。第二个说一下新一代能源系统。

发展现状大家都知道,从资源来说我们是“富煤、贫油、少气”这个不细说了。消费总量我们总量是最大的,占全球的23%,能源强度也是很高。消费结构我们是以煤为主,左边这个表列出了我们几种主要能源消费的情况,油煤占60.4%,天然气6.6%,原油占19.4%,废水可再生能源仅占3.4%,这个还是比较低的。

从电力结构来说我们去年的情况,装机总量是17.7亿千瓦,煤电占58%,从发电量来说去年用电量是6.3万亿千瓦时,煤电占66%,我们其他的这些,包括一些新能源,水电还比较大占19%。其他的比例就很低了,风电太阳能各占5%和2%的情况。

根据这样一个能源的生产和消费的情况,习总书记在2014年6月就提出了推动能源四个革命,一个合作和一个战略思想。特别是在十九大报告进一步提出了能源生产消费革命,构建清洁低碳安全高效的能源体系,为我们国家能源发展改革指明了方向,根据这样一个国家战略思想,我们提出我国能源转型和革命的核心战略目标应该是构建清洁低碳安全高效的新一代能源系统以实现最大限度的开发利用可再生能源,最高程度的提高能源利用效率,服务国家两个100年建成社会主义现代强国的经济社会发展战略目标,并为全球气候变化做出贡献。

刚才周大地主席说了关于碳排放的事和温度升高的事,我们能源转型要服务战略目标的实现。根据十九大之前我们发布的十三五电力和能源的规划,以及发布的能源生产和消费革命的战略,2016年到2030这样一个情况,我们可以看到我们能源发展的目标主要是有这么几个,一个是能源消费总量2020年要控制在50亿个标本,2030年控在60亿标本,非化石能源的占比在2020年控制在15%,2030年控制在20%这样一个情况。到了2050年我们希望非化石能源占比超过一半,建成现在的能源体系。这个是2016年之前提的目标,这就是刚才能源转型总的形势总的方向和目标。

新一代能源系统,什么叫一代能源系统?我们做中科院的一个咨询项目,我们提出这个概念。新一代能源系统是以电力为中心,以电网为主干平台,构筑一次二次能源对生产传输使用存储和转换装置,以及它们的信息通讯控制和保护装置,直接或间接的网络化物理系统。

它有四个主要的特征,一个是实现可再生能源的优先,因地制宜多元能源结构。第二基层分布,定局,相互协同能源生产和供应的模式,第三就是各类能源综合利用,互学互动,高效应用模式。第四是面向社会的商业性和用户服务性这四个主要特征。

这个是我们根据有关的资料和我们一些判断和估计做出来我们国家能源系统,抑制能源消费总量一个变化的趋势,演化的趋势从2010年到2050年。可以看到能源消费总量是上面这条线,从目前的40几亿吨一直上升到2020年得50亿吨,到2030年接近60亿吨,50几亿吨之后缓慢的下降这是总量的情况。其他曲线一个是煤,一个是油气一个是非化石能源,大家看到非化石能源占的比重逐步提高,从目前的百分之十几增加到2050年的50%,煤电消费量是从目前的60%逐步下降,下降到2050年20%。这个应该还是有一个很大的变化,这个指标是不是能够实现,或者我们要构建一部指标,这个大家都还在讨论过程中。

刚才主要的指标里面有一个非化石能源的,在一次能源消费层的占比。这个是哪来的?什么地方提供非化石能源?按照我们这个分析认为是非化石能源在一次能源消费中占比,对主要来自于一次电力,就可再生能源发电加核电,这个是主要的。

下面这个表里面列了2015年,2016年,2017年我们根据这三年的数据算下来,电量转化成一次能源,算下来就是和实际非化石能源消费占比就差一个百分点左右,也就是90%以上的非化石能源来自于可再生能源的电力和核电等等。因此我们就根据这样一个目标我们做了进一步的一些分析和演算和估算,主要是四个指标,一个是关于未来,根据我们国家发展的目标未来电力的装机和发电到底是多少,这个是我们做一个很简单的估算,有一个很简单的模型,这是第一个。

第二个能源系统,能源利用效率的估算,刚才讲能源转型要提高能源利用效率,这个效率是怎么算的?我们有一个算法。这个是能源系统的效率,而不是我们现在用的能源消费总量和经济量的比较,能源强度的概念,是能源真正的效率是多少。

第三,全国能源系统的二氧化碳排放量,也做一个估算。因为我们讲能源转型,以电力为中心,这个二氧化碳的排放是必须考虑的,第四个就是终端消费里面电能占多大的比重,这个我们认为也是非常重要的指标,随着能源转型的实现,随着可再生能源的比较的提高,终端消费中,电能比重是逐步增加的,而且随着节能,特别是用户节能的措施实现,我们可以大幅度提高它的比重。

这个就是二氧化碳排放,绿颜色曲线是多少多少一吨,我们看到2025年到2030年这个期间是达到一个峰值。这个是能源系统的效率,演化的情况。红颜色的曲线看到,从目前的30%左右提高到,2050年可以到47%、48%,这个效率主要来自于哪里呢?绿颜色的曲线来自于我们可再生能源比重的增加,自然就会提高能源利用效率。项目剂量的剂差,是用户的节能措施和经济结构的转型,结构的变化和采取节能措施以后,这个潜力是最大的。

这个就是刚才进一步解释,一个是电气化,刚才的比例,终端消费占比的情况。红颜色的曲线是非化石能源的占比是多少,目前是5%点几,要提高到33%。这个是对未来的一些发电情况的估算,边界条件是什么?2020年非化石能源占比15%,人均用电5000度每年。20230年的电源条件能源消费总量60亿吨,非化石占比22%,国家规划提出是20%,人均用电6250度,规划提的是6000度,我们提的6250度。20250能源消费总量55亿吨,非化石能源占比50%,人均用电量按9000度来算。

2050年非化石能源发电装机占84%,发电量占比78%,扣除核电11%,剩下的那就是可再生能源占67%,这个比例应该说还是很高的,能不能实现,大家得努力。这个是刚才说的电参数演化的情况,这个就不细说了。

这些目标怎么实现?我们设想了六条关键路径:

第一个就是积极推进电源结构清洁转型,构建新一代电力系统。所谓新一带电力系统,你没有电源结构的清洁转型,或者说可再生能源很高的比例,就不是新一代电力系统。你输电网络做的再好,各种通信、控制、智能化做的再好也不是新一代,第一条我认为是最根本的。

第二个构建远端激励和终端消费综合能源系统,这就是提高能源利用效率。

第三个加速推进各类储能技术研发应用和产业化。你要想实现第一条清洁转型没有储能技术的配合是不可能实现的。

第四个加快输配电技术的研发,建设新型电能和综合能源参数,就是输电网络的改进。

第五个构建网络信息技术深度融合的互联网,研发应用新一代人工智能技术,就是新技术的应用。

第六个建立以电力市场为中心的全国统一能源电力市场,推动能源电力服务商业模式的创新。

这个是六条途径怎么实现,我们在八年前就提出了电网从世界来看,它是分为三代的,现在是150年的进程,前100年是第一代和第二代,现在是新世纪开始到2025年,所谓第三代可再生能源和清洁能源发电为主,当年提的60%。

主干电网与局域网和配网、微网要结合,这个就是我们现在对电网进一步发展的看法,应该是这样。接下来是可持续发展的,第二代大机组超高压,这个模式主要是高度依赖化石能源,所以我认为是不可持续的模式。

所谓新一代电力系统从技术上来说特征一个是高比例可再生能源,第二高比例电力电子装备,第三个多能互补的综合能源系统,第四个信息物理融合的智慧能源电力系统。讲综合能源系统源端和消费端都应该做综合能源,源端包括西部的能源基地,将来西部能源基地除了发电以外,要动送,要加强本地的消纳,要加强本地的多能互补,包括风能、光能、水电本身的互补。

另外一个除了发电以外,还有开发,把这个电变成其他的能源形势,用电来制氢,来制甲烷等等,变成可移动的能源形势,供全国来使用。终端消费能源系统这个大家谈的很多,各类用户的区域综合能源系统和清洁能源的危亡,将来会有很多这方面的内容。

这个是储能,储能确实非常重要,没有储能就没有未来新一代电力系统,也就没有国家能源转型目标的实现,这个要求储能电池,最近发展很快,目标还是一个高效、长寿命、低成本这样的要求,包括太阳能热发电等等。

关键技术,刚才讲的是六条路径,一个高效、低成本、太阳能风能发电技术,这个就包括刚才院士介绍的原材料的发展,要高效,同时要低成本,也包括各种各样的工艺提高和产品质量的提高等等。

第二条是高效低成本长寿命的储能技术,这个非常重要,目前发展势头很好。

第三条高可靠性、电力电子技术,这个就是储能系统入网,以及大规模新能源的输送都要用到直流输电等等,都要用到电力电子,这个是我们期待新一代电力电子材料和元器件的发展,来进一步提高效率,提高可靠性等等。

还有一个新核输电和超导综合输能技术这个也是一个输能,输电的一个未来的发展。第五项目就是安全高效低成本,氢能生产储能和应约技术,氢能社会上也都很热,各种类型的能源他们都希望往氢能方向走。我们做电的也应该这里面去发挥它的作用,比如说我们西部我们现在有弃风,弃光可以直接拿来支撑。即便未来弃风,弃光已经限制到很小的比例,我们甚至可以专门开发这样太阳能直接拿来,这些作用一个将来高频率可再生能源的一个保证措施,你一旦有什么我这个用氢可以做一个补充,来提高它的供能供电的可靠性,这个是未来考虑的一个问题。

再就是能源互联网新和新一代,人工智能技术。2018年锂电池技术进步和成本不断下降,首次主促进循环社会5000次系统成本依靠5每瓦时给商业化应用的拐点,下一步将可能实现等等,更进一步的目标。这个在最近一些工程里面,希望能够得到国家能源局的支持,做个示范工程,他提到的指标基本上就是上面这个指标。

这个就是刚才讲的超导输能,超导输电这个我们大家都知道,超到输能这些,过去美国人提的概念,输电加输氢,输氢用氢的冷却温度来冷却超导体,低温超导。现在咱们专家提出输电可以和输液态的天然气结合,超导还是拿来输电,冷却类超导是用液化天然气的问题,可以110度K这个温度是可以实现的,现在正在做实验。

这样成功的话,将来我们西电东输,西能东输也可有一种新的方法。这个就是刚才讲的氢能,这个不细说了,大家都很关心,它当然也是一种二次能源,它的生产储存和应用各方面都有很大的进展,但是也遇到一些关键的技术问题需要进一步突破。

我们将来要实现新一代能源系统离不开能源互联网的发展,实际上这个能源互联网是智能电网进一步的发展,我们看是信息技术与物理电网高度集成的一种智能电力系统,变成智能电网,变成智能互联网呢?它就是一个互联网思维和概念和技术与能源的生产传输,存储消费以及能源市场深度融合的智能能源系统。今天大家提到物联网,什么叫能源物联网?我的理解是这样,物联网首先是实现万物互联,就是右边这个IOT,是基于互联网传输电信网等信息载体实现所有能够被独立寻址普通物理对象之间,互联互通实现这个。在这个基础上通过全面的感知,通过可靠传输最后做处理,来实现智能化。所以我那个公式就是,能源物联网等于能源互联网加上能源系统的万物互联,加数据驱动的智能化,这个对不对不知道,这是我个人归纳的,现在有的很不清楚,根茎是什么很不清晰,但是我这样一说是不是可以清晰一点。

这个是能源互联网三个层级基本的架构,一个是物理基础,一个实现手段,一个是价值的实现等等。新一代人工智能,现在国家已经有新一代人工智能的规划在我们电力部门里面也在开始应用,叫电力人工智能核心技术方向和建立人工智能一个平台,这个从底层,从基础层,从数据收集到传感,以及到技术层各种各样的技术,再到应用。

应用到比如说新能源消纳,大电网安全与稳定,新型符合的感知与预测等等,电力生产等,各方面的工作正在展开。最后一个结束语,建设清洁低碳安全高效新一代能源系统,实现能源转型,应该是实现能源革命第一步,是我国新能源革命战斗目标,也是一个首要的第一步的目标。可再生能源为主的多元能源结构,安全可靠的能源生产供应模式,供需互动的高效用能模式,面向全社会的平台性、商业服务性,是新一代能源系统的主要特征,四个主要特征。

还有六项指标,一个是一次能源消费总量,非化石能源在一次能源消费中的占比,非化石能源在全社会电能中的比重等等六项指标不断改进与优化是建设新一代能源系统的主要指标。

第四个关键路径,推动电力系统向低碳可再生能源转型构建新一代能源系统等六项举措是实现新一代能源系统的关键路径。

第五个重点研发高效低成本太阳能风能发电技术等等,六类关键技术,将对未来能源电力各环节的发展形态、系统整体效率、运行控制和运营模式,带来全局性影响。

能源互联网是在智能电网基础上,互联网思维理念和技术与能源生产、存储、消费以及能源市场深度融合的能源系统,首先是一个能源系统和能源产业发展的新业态,也是一种产业发展新业态,是新一代能源系统重要发展方向,界定的能源互联网在能源系统的地位和作用,这就是我们一条结论,谢谢大家,请大家批评指正。

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