作者:王伟 来源:《能源评论》 发布时间:2016/4/1 13:19:41
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访卢强院士:全球能源互联网比核聚变更值得期待

 

在解决人类能源绿色终极来源方面,全球能源互联网比核聚变更具现实意义。未来,电力系统调度控制系统的高级形态将向多指标自趋优,即向“智能广域机器人”迈进。
 
文·本刊记者 王伟
 
全球能源互联网:比肩氢核聚变
 
《能源评论》:在油价、煤价下行通道,人们似乎忘记了能源的压力。面向未来,人类应如何认识 “能源危机和生态危机”的挑战?
 
卢强:自工业革命以来,人类对化石能源无休止的大规模开采和使用,带来资源枯竭、环境污染、气候变化等诸多全球性问题。
 
对化石能源的过度依赖所导致的高排放、高污染问题必须尽快解决。现实却是,人类心底对能源危机的微弱呼声,无法抵抗无节制消费化石能源的冲动。人类必须遏制这种惯性,如果一再拖延、犹豫不决,注定会在不久的将来追悔莫及。因此,人类需要一个绿色的能源终极解决方案。
 
《能源评论》:“全球能源互联网”构想,从全球视野,提出了人类能源绿色发展的终极解决方案,您如何评价其蕴含的深刻意义?
 
卢强:“全球能源互联网”是不久前国家电网公司负责人,我国著名电力专家刘振亚高级工程师所提出的,正如你所言,具有解决全球能源绿色发展的终极意义,是一个带有革命性的创意,是一个顶层设计蓝图。该设计的实现与氢核聚变的应用在解决人类能源问题上具有同等量级的意义。氢核聚变俗称“人造太阳”。话说回来,既然当下人类对太阳能的利用尚不足其可用量的10-5 ,又何必搞“人造太阳”。
 
可控核聚变科学技术的突破尚属较遥远的未来,而全球能源互联网实施科技成熟度高,具有现实可行性,若能建成,各国均将受益。它将深刻改变世界能源发展格局。
 
《能源评论》:您认为全球能源互联网的挑战和机遇何在?
 
卢强:首先,要获得全球主要国家的认可。其次,要建立更具体可实施的清晰技术路线图。发展到全球能源互联网大数据平台和云计算的话,大家都要遵守共同制定的有关规则。当然提出全球能源互联网的国家和企业集团及专家本人将在规则制定上起主导作用。谁主导了规则的制定,谁就占领了制高点。
 
《能源评论》:未来,随着分布式清洁能源的大量接入,用户、电源的界限开始模糊,与电网的互动性逐渐增强,是否会带来安全隐患?
 
卢强:随着我国能源绿色发展战略的不断实施,电网将接入大量的分布式新能源,若处理不谨慎,就可能出现影响电网安全的多个“蚁洞”。“蚁洞”会出现在哪里?可能来自于大量分散的风力发电站、光伏发电站,它们的信息要上传到配网调度控制中心,然后逐级上传到高层调度中心。如果没有部署专用光纤网络,而是采用通用因特网连接,病毒就有可能通过这些“蚁洞”自下而上地侵入电网调度控制系统,这种危险是存在的。
 
《能源评论》:那如何才能保证万无一失?
 
卢强:有必要来一场电力信息安全检查——最基层的风电场、光伏电站以及其他新能源终端,在与配网调度通信时,都禁止使用通用互联网络,将物理隔离进行到“底”,不留任何洞隙。
 
这里要强调一点,核心信通网无论从何通道与互联网(包括移动通讯网)相连,再想用“加密”或设“防火墙”的措施来保障安全都是不可靠的。分布式的光伏、风能发电的信息和终端用户抄表信息可以利用互联网及移动通讯网,但其信息需要经过专用电力通信网关汇总后,再用专用光纤网上传下达。简言之,我国电力系统调通核心网络必须形成三维信息无孔的“通信岛”。岛内有发达的专用光纤网络形成大数据的上下左右传递。任何企业和个体都不可为了图省事、图方便、图省钱而破坏这一铁规!
 
智能广域机器人:颠覆传统调度理念
 
《能源评论》:2015年12月23日,乌克兰发生了全球首例因黑客攻击导致的大停电。您认为,此次大停电对电力系统安全控制策略将产生哪些影响?
 
卢强:我国电力调度系统(EMS)对于这种“攻击”应该说早有预防,一直采取“物理隔离”策略,这要感谢我国有关专家们的卓识与远见。但在互联网时代,电力系统必须要时刻警醒:病毒和攻击就在门口。调度系统的内核网只要与互联网哪怕只有零点几秒的连接,保密资料和信息就会被盗空且破坏性极强的病毒就可能侵入调控系统,这绝非耸人听闻。
 
乌克兰这次大停电就是一个严重的教训。正如《不设防的城市》一样,乌克兰的调度系统堪称“不设防的电力系统”,由于信息安全防御措施欠缺,给对方以可乘之机,让破坏性病毒递次攻入了电力调度核心信息系统。
 
这次大停电的根源其一是经济原因,其二是存在侥幸心理,没有建设电力专用光纤信通网络,最终导致几十个城市一片漆黑、大量工厂停工的重大损失,若不解决以后还可能再次发生。
 
《能源评论》:您认为,未来,这种攻击是否会成为电力系统运行中的常见问题?在全球能源互联网时代,需要提防哪些攻击,以保证电力系统安全运行?
 
卢强:网络安全的威慑力对各个国家都是“平等”的。作为负责任国家,没有必要也不应该进行黑客活动,因为他攻击别人就等于攻击他自己。
 
但我们仍应未雨绸缪。所以我前面提出,在新形势下,有必要来一次信息安全检查,不留蚁洞和缝隙。而且,相关部门有必要考虑起草和制定一本我国电力网络信息安全导则和法规。
 
《能源评论》:在这样的形势下,未来的电力系统调度需要什么样的革命性创新?
 
卢强: 避免和阻断连锁性故障,是保障系统安全运行的最重要关隘。最有效提高电力系统暂态稳定性的方略是实行智能紧急调度与控制。通过先进控制理论、现代信通技术以及计算机科学的融合,会产生大电力系统真正意义上的智能调度,即实现智能广域机器人的创想。它将由广域状态实时感知子系统,大数据存储平台,先进状态估计单元,多目标趋优化标准的量化单元,比较与鉴别单元(给出是否出现了“事件”以及何种“事件”的明断),基于实时或超实时分析的由事件向控制指令变换的软件桥,基于超实时仿真的控制指令有效性鉴别单元以及控制任务包(实现控制指令的快速落实)八个软件体所组成的,然后又返回至状态感知子系统,如此实现广域实时多指标趋优化的闭环控制。
 
科技发展无止境,智能的提高也无止境。应该指出,在实施紧急控制过程中不必考虑常态下的经济性,必要时实行快速关闭导水叶或汽门(通过AGC)以至精准切机切负荷等手段。
 
《能源评论》:这是否意味着,将会发生停电事故?
 
卢强:不,实现智能广域机器人调度的第一目的就是将故障限制在尽可能小的范围,避免灾变的发生。这里我要再强调一下精细切负荷的问题。传统的做法是将负荷分为三类,第一类负荷作为一个整体在任何情况下不允许切除,必要时首先切第三类。这是几十年前定下的规则。现在我们有了智能插销,即智能继电器这样的器件,就可以告别过去那种粗犷式的分类法,做到精细精确地在必要时切除那些可切负荷,并使切除时间Δt小于其最大允许切除时间Δtmax。这种创新型切负荷法,既提高了全系统的暂态稳定性,又不会给民生和企业造成损失。要知道,我们说的负荷切除时间Δt不过是数秒至几分钟而已,而这几秒至几分钟对电力系统暂态稳定性的保持往往具有决定性的意义。那么合理的切除量是如何预知的呢?这仍然是依据实时和超实时分析的结果。
 
《能源评论》:这听起来,好像与传统的按三类划分负荷的标准有很大差别?
 
卢强:是的,这种新策略对于传统的紧急控制策略是带有一定颠覆性的。此外,AGC的大深度介入暂态稳定控制,对于传统的AGC概念来说,也具有一种革命性的意义。这种“深度介入”并不需太大投入,只需利用已有的AGC通道由控制任务软件包对电站的调速器发出相应的控制指令即可。这正是多指标自趋优的智能调度控制系统的职能所在。
 
压缩空气储能:中国创造又一典范
 
《能源评论》:现在,有些观点认为,未来电力系统将呈现分布式、多元化特征。您认为,为保证系统安全稳定运行,电网调峰手段和技术将有哪些方向?
 
卢强:在我看来,未来电力系统将呈现大集中与广分布并存的多元化特征。相对而言,分布式能源的发展会得到政府和公众的更多关注。我十分同意诺贝尔物理学奖获得者、前美国能源部部长朱棣文教授的看法,而且我国专家们一直也这样认为:未来的能源革命有两大技术支撑,即储能与太阳能。
 
在能源互联网背景下,发展太阳能、风能等新能源,一定要配套以储能设施。在微电网的定义里,关键的问题就是储能,没有储能只能叫硬性电网,有了储能才能变成柔性电网,才能很好地和用户互动,进而达到趋优化运行的目标。
 
《能源评论》:在大规模储能领域,您认为,除成熟的抽水蓄能,未来具有商业价值的储能技术有哪些?
 
卢强:在大规模储能领域,压缩空气储能是一种很好的储能方式,它将弃光、弃风、弃水或低谷电通过空气压缩机把电能转换为分子势能存入压力储气装置,待发电时通过高压空气的释放,驱动透平机带动发电机发电。
 
在国家电网公司支持下,一项500千瓦压缩空气储能试验电站,由清华大学能源互联网创新研究院所研发,已在芜湖市成功运行一年半。该技术能够做到每立方米储存12至15千瓦时电量,而且可以实现电、热、冷三联供的综合利用。从实验数据(容量500千瓦的储能系统)来看,目前电对电的效率已达37%(优化后不低于48%),加上热和冷的利用,其综合效率可达70%以上;其运行寿命可达45年。而且储气容器也由试验电站所用的钢筒式改为浅埋入地的管线钢的并联组合,运输轻便、组合灵活。
 
压缩空气储能技术对于消纳新能源、削峰填谷、节能减排、增加有功功率和无功功率的旋转备用以至于在黑启动等方面皆具重大意义。同时,压缩空气储能技术的大力度推广和应用需大量采用管线钢储气,是对“去库存”决策的积极响应,与此同时还可以带动我国以钢铁为主要原料的设备制造业的继续发展,且对“一带一路”沿线沿路国家微电网发展具有不可低估的价值。由于这一技术直接应用压缩空气无需补燃,无任何污染排放和碳排放,有助于雾霾治理和低碳发展。未来更可以通过碳交易,销售碳减排指标,实现低碳发展。
 
这项在国家电网公司支持下所取得的创新成果,已获中美两国发明专利受理。它已形成从100千瓦到50兆瓦的系列产品,待在我国工程化的示范工程落地后,除在国内推广应用外,以其性价比的优势,应该能接到国外订单,那便是一项由中国制造向中国创造转化的又一范例,建议列入国家十三五规划的重大试验示范项目。
 
《能源评论》:您如何评价化学电池储能的未来前景?
 
卢强:在电化学储能领域,目前有很多技术路线。据报道,美国最新发展的一种液流电池其使用寿命可达20年,且后处理的污染较小,这项创新技术很值得关注。
 
对于电化学储能需加强研究,以磷酸铁锂电池为例,应力争在以下几个领域实现突破:一是在对温度的敏感性方面;二是在充电次数及寿命提高方面;三是要突破不能深放深充的瓶颈;四是要解决好电池的后处理问题。
 
实际上,磷酸铁锂电池更适合应用在交通系统,特别是在为风景区的交通工具提供动力以替代柴油发动机方面。而在大规模储能领域,则应大力推广以压缩空气储能为代表的储能技术的应用。这项技术尤其对解决新能源消纳问题,以及为有人驻守岛礁提供稳定的能源供给方面,有着极为重大的意义,堪称一举多得之举,故应加速推广这一自主创新技术的应用。
 
文章来源于《能源评论》杂志
 
 
 
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