智能電網(wǎng)助推轉(zhuǎn)型發(fā)展

智能電網(wǎng)助推轉(zhuǎn)型發(fā)展作者簡介作者簡介中國能源研究會理事江蘇省能源研究會秘書長東南大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師學(xué)術(shù)專長熱力系統(tǒng)分析與優(yōu)化能源經(jīng)濟與系統(tǒng)工程節(jié)能戰(zhàn)略與節(jié)能管理聯(lián)系方hwang@2提要1.十一五期間江蘇經(jīng)濟能源狀況2.溫室氣體成為經(jīng)濟發(fā)展新挑戰(zhàn)2.轉(zhuǎn)型發(fā)展的基本途徑3.智能電網(wǎng)的主要特征4.智能電網(wǎng)助推轉(zhuǎn)型發(fā)展5.總結(jié)31十一五期間江蘇經(jīng)濟能源狀況1.1江蘇經(jīng)濟持續(xù)快速增長41十一五期間江蘇經(jīng)濟能源狀況1.1江蘇經(jīng)濟持續(xù)快速增長地區(qū)生產(chǎn)總值年均增長率達13.73%（四年平均）三次產(chǎn)業(yè)的發(fā)展狀況第一產(chǎn)業(yè)年平均增速 4.14%第二產(chǎn)業(yè)年平均增速 14.30%（工業(yè)基數(shù)大，增加幅度大）第三產(chǎn)業(yè)年平均增速 14.72%工業(yè)中增速較快的行業(yè)交通運輸設(shè)備制造業(yè) 40.23%醫(yī)藥制造業(yè) 19.69%通信設(shè)備、計算機及其他電子設(shè)備制造業(yè)14.95%化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè) 19.96%電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè) 18.04%黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè) 12.65%51十一五期間江蘇經(jīng)濟能源狀況1.2江蘇能耗持續(xù)快速增長61十一五期間江蘇經(jīng)濟能源狀況1.2江蘇能耗持續(xù)快速增長能耗總量年均增長率達8.41%（四年平均）三次產(chǎn)業(yè)的發(fā)展狀況第一產(chǎn)業(yè)年平均增速 2.93%第二產(chǎn)業(yè)年平均增速 8.22%第三產(chǎn)業(yè)年平均增速 8.26%生活能耗年平均增速 9.69%工業(yè)中增速較快的行業(yè)交通運輸設(shè)備制造業(yè) 15.94%醫(yī)藥制造業(yè) 2.49%通信設(shè)備、計算機及其他電子設(shè)備制造業(yè)14.24%化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè) 8.31%電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè) 14.94%黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè) 10.49%71十一五期間江蘇經(jīng)濟能源狀況1.3江蘇的能源利用狀況一產(chǎn)和三產(chǎn)的單位增加值能耗數(shù)值相當二產(chǎn)單位增加值能耗基數(shù)大，但降幅亦明顯一產(chǎn)單位增加值能耗年平均下降1.16%二產(chǎn)單位增加值能耗年平均下降5.32%三產(chǎn)單位增加值能耗年平均下降3.90%社會單位GDP能耗年平均下降4.71%81十一五期間江蘇經(jīng)濟能源狀況1.3江蘇的能源利用狀況二產(chǎn)單位增加值能耗年平均下降5.32%其中，工業(yè)單位增加值能耗年平均下降9.77%快速增長行業(yè)的單位增加值能耗狀況交通運輸設(shè)備制造業(yè) -17.34%醫(yī)藥制造業(yè) -14.38%通信設(shè)備、計算機及其他電子設(shè)備制造業(yè)-0.61%化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè) -9.71%電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè) -2.62%黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè) -1.92%91十一五期間江蘇經(jīng)濟能源狀況1.4小結(jié)經(jīng)濟高速增長工業(yè)經(jīng)濟特征明顯新興產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)均有增長能耗持續(xù)攀升，但增速大幅度下降工業(yè)能耗比重居高不下城市化導(dǎo)致生活能耗大幅度攀升能源效益提升二產(chǎn)以及工業(yè)的單位增加值能耗降幅明顯但新興行業(yè)中通信等電子制造產(chǎn)業(yè)的能效提升不顯著同時傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中電力、鋼鐵行業(yè)的能效提升不顯著102溫室氣體成為經(jīng)濟發(fā)展新挑戰(zhàn)2.1我國的能源資源特點（1）常規(guī)能源煤炭資源豐富，地域分布不均勻優(yōu)質(zhì)的油氣資源相對不足（2）新能源可再生能源能源密度低，規(guī)模化利用的增量成本較高核能由于廠址選擇、廢料處理等因素應(yīng)用份額較少可燃冰和氫能有望成為主導(dǎo)能源，但尋求技術(shù)上的突破2.2能源的轉(zhuǎn)換和利用方式常規(guī)高碳能源的燃燒放熱——產(chǎn)生CO2電力生產(chǎn)、鍋爐產(chǎn)熱、內(nèi)燃機動力非碳能源的利用（核電、光伏、光熱、風(fēng)電）112溫室氣體成為經(jīng)濟發(fā)展新挑戰(zhàn)2.3我國經(jīng)濟增長對能源的依賴強122溫室氣體成為經(jīng)濟發(fā)展新挑戰(zhàn)2.4氣候問題成為經(jīng)濟發(fā)展的挑戰(zhàn)（1）碳失衡高碳能源的無節(jié)制消費，碳排放強度快速增長環(huán)境污染和生態(tài)系統(tǒng)退化，碳匯資源相對退化（2）后果海平面上升，低海拔區(qū)域的滅頂之災(zāi)氣候異常，極端氣候與自然災(zāi)害頻繁發(fā)生生物多樣化受到挑戰(zhàn)冰川融化可燃冰釋放，加劇溫室效應(yīng)。。。。。。132溫室氣體成為經(jīng)濟發(fā)展新挑戰(zhàn)2.5小結(jié)傳統(tǒng)經(jīng)濟發(fā)展方式投資拉動，重化工業(yè)特征，高碳能源過度消費資源環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展的矛盾資源匱乏，保障能力弱價格高漲，盈利能力弱環(huán)境污染，治理代價高生態(tài)失衡，危及人類生存發(fā)展條件路在何方？轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式，增強科技對經(jīng)濟的貢獻力推動經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整與優(yōu)化提升能源利用效率，大力扶持發(fā)展節(jié)能服務(wù)產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展具有低碳或者無碳特征的新能源技術(shù)143轉(zhuǎn)型發(fā)展的基本途徑3.1轉(zhuǎn)型發(fā)展的現(xiàn)實意義（1）轉(zhuǎn)型發(fā)展是我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必然選擇盡管高碳能源在短時期內(nèi)難以替代，但具有資源的稀缺屬性高碳能源除了溫室氣體排放外，還具有顯著的環(huán)境破壞效應(yīng)生態(tài)碳匯建設(shè)對于改善生態(tài)環(huán)境具有重要的價值（2）能源高效、多元和清潔是轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要抓手提高國民經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量已經(jīng)成為共識高效益（經(jīng)濟效益、能源及資源效益）低消耗、低排放（環(huán)境友好、對生態(tài)系統(tǒng)友好）能源多元化和清潔花是提高經(jīng)濟質(zhì)量的重要保障傳統(tǒng)能源高效利用傳統(tǒng)能源清潔利用可再生能源規(guī)模化利用核心是在經(jīng)濟發(fā)展和能源保障中踐行科學(xué)發(fā)展觀153轉(zhuǎn)型發(fā)展的基本途徑3.2途徑一：提升能源利用效益（1）影響我國能源效益的因素結(jié)構(gòu)因素經(jīng)濟結(jié)構(gòu)不合理，二產(chǎn)獨大->需要調(diào)整發(fā)展觀產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，工業(yè)偏重->新型工業(yè)化發(fā)展道路產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，產(chǎn)品傳統(tǒng)->升級換代迫在眉睫能源結(jié)構(gòu)不合理，以煤為主->能源利用方式的清潔化與多樣化技術(shù)因素引進技術(shù)多，消化吸收少->堅持消化吸收在創(chuàng)新（高鐵經(jīng)驗）集成應(yīng)用多，原始創(chuàng)新少->強化基礎(chǔ)理論研究（如973項目）局部改造多，系統(tǒng)更新少->共性關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)（如863項目）短期行為多，長期投入少->節(jié)能意識與科學(xué)素養(yǎng)（能力建設(shè)）163轉(zhuǎn)型發(fā)展的基本途徑3.2途徑一：提升能源利用效益（2）提高能源利用效率的基本原則一個核心節(jié)能優(yōu)先：資源的高效無害化利用，杜絕資源的浪費兩個途徑結(jié)構(gòu)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、工業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)技術(shù)進步節(jié)能技術(shù)、減排技術(shù)、新能源技術(shù)、碳捕獲技術(shù)三個保障技術(shù)保障：科普宣教、專業(yè)隊伍、能源技術(shù)資金保障：專項投入、多元集資、市場運作制度保障：考核制度、獎懲制度、監(jiān)督制度173轉(zhuǎn)型發(fā)展的基本途徑3.3途徑二：傳統(tǒng)能源清潔利用（1）潔凈煤技術(shù)裝備脫硫脫硝裝置的超（超）臨界技術(shù)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）技術(shù)與多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)（2）核能核聚變：技術(shù)成熟、安全可靠的非碳能源核裂變：未來能源的希望，已完成實驗室原理型實驗裝置（3）氫能清潔的非碳能源低成本制氫與儲氫以及高效氫能利用方式等尋求技術(shù)突破氫能的利用方式（美國結(jié)合智能電網(wǎng)的超導(dǎo)特高壓輸電）強化學(xué)反應(yīng)方式（燃氣輪機）若化學(xué)反應(yīng)方式（燃料電池）183轉(zhuǎn)型發(fā)展的基本途徑3.4途徑三：可再生能源規(guī)?；茫?）可再生能源的特點種類繁多太陽能光熱利用（中低溫水平的熱利用）太陽能光伏利用（硅晶電池、薄膜電池）風(fēng)能利用（機械能利用、陸上風(fēng)電、海上風(fēng)電、非并網(wǎng)風(fēng)電）水能利用（小水電。抽水蓄能電站）地熱能利用（地熱水、地熱蒸汽、土壤蓄熱—地源熱泵）生物質(zhì)能利用（秸稈、薪柴、禽畜糞便、城市生活垃圾）海洋能利用（海流能、波浪能、潮汐能、溫差能、濃差能）能量密度低增量成本高受多種因素影響、能量不穩(wěn)定193轉(zhuǎn)型發(fā)展的基本途徑3.4途徑二：新能源規(guī)?；茫?）可再生能源利用及其產(chǎn)業(yè)化太陽能太陽能熱水器、農(nóng)業(yè)用塑料大棚太陽能光伏產(chǎn)業(yè)（晶硅電池、薄膜電池、光伏電站）風(fēng)能利用（機械能利用、陸上風(fēng)電、海上風(fēng)電、非并網(wǎng)風(fēng)電）風(fēng)電產(chǎn)業(yè)（風(fēng)機、變速箱、逆變器、控制系統(tǒng)）生物質(zhì)能垃圾發(fā)電（填埋氣發(fā)電、焚燒發(fā)電）農(nóng)作物秸稈（造粒、直燃發(fā)電、氣化發(fā)電、生物乙醇）禽畜養(yǎng)殖場（大型沼氣池、沼氣發(fā)電）地熱能（地源熱泵）海洋能潮汐發(fā)電、波浪發(fā)電、溫差發(fā)電、濃差發(fā)電203轉(zhuǎn)型發(fā)展的基本途徑3.5小結(jié)轉(zhuǎn)型發(fā)展是破解資源環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展矛盾的必然選擇轉(zhuǎn)型發(fā)展的抓手是能源高效化、清潔化與多元化經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整穩(wěn)定一產(chǎn)優(yōu)化二產(chǎn)提升技術(shù)對工業(yè)經(jīng)濟的貢獻率（發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)）提升傳統(tǒng)高耗能行業(yè)的能源效益（節(jié)能技術(shù)推廣應(yīng)用）發(fā)展三產(chǎn)提升金融服務(wù)、節(jié)能技術(shù)服務(wù)、新能源技術(shù)服務(wù)能力能源結(jié)構(gòu)調(diào)整大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)大力發(fā)展可再生能源規(guī)?；眉夹g(shù)214智能電網(wǎng)的主要特征4.1靈巧的電力供應(yīng)、傳輸和消費方式（1）鼓勵和促進用戶參與電力系統(tǒng)的運行和管理實時通知用戶其電力消費的成本、實時電價實時通報電網(wǎng)運行狀況、計劃停電信息等服務(wù)的信息（2）電力生產(chǎn)、傳輸和用戶實現(xiàn)高效多贏用戶的需求完全是另一種可管理的資源有助于平衡供求關(guān)系，確保系統(tǒng)的可靠性用戶及時修正其用購電方式可以獲得經(jīng)濟利益電力公司可以減少資本開支和營運開支通過需求管理將減少或轉(zhuǎn)移高峰電力需求電力公司的能源利用效率和經(jīng)濟效益得以提升電網(wǎng)公司降低線損和減少效率低下的調(diào)峰電廠的運營224智能電網(wǎng)的主要特征4.2大規(guī)模消納不穩(wěn)定的可再生能源（1）新型高效輸電系統(tǒng)夠遠距離輸送電力大型（坑口）電站與先進的核電站將繼續(xù)發(fā)揮重要的作用環(huán)境友好型電源（如風(fēng)電和太陽能電站）得到規(guī)?；茫?）容許各種不同類型的發(fā)電和儲能系統(tǒng)接入系統(tǒng)包括分布式電源，如光伏發(fā)電、風(fēng)電、先進的電池系統(tǒng)、即插式混合動力汽車和燃料電池商業(yè)用戶安裝自己的發(fā)電設(shè)備（包括高效熱電聯(lián)產(chǎn)裝置）和電力儲能設(shè)施將更加容易和更加有利可圖。（3）不同容量、電壓等級的發(fā)電及儲能裝置間的互聯(lián)234智能電網(wǎng)的主要特征4.3新型調(diào)峰、儲能與并網(wǎng)技術(shù)（1）新型的儲能技術(shù)抽水蓄能電站、壓縮空氣儲能電池儲能（電動汽車）、超級電容、飛輪儲能（2）新型調(diào)峰技術(shù)基于實時電價的需求側(cè)管理高效燃氣輪調(diào)峰機組（3）新型并網(wǎng)技術(shù)新型電力電子（含半導(dǎo)體器件）技術(shù)將提高電網(wǎng)輸送容量和可靠性先進的超導(dǎo)技術(shù)將用于短路電流限制器、低損耗旋轉(zhuǎn)設(shè)備及低損耗電纜244智能電網(wǎng)的主要特征4.4網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化（1）網(wǎng)絡(luò)化（先進設(shè)備技術(shù)）高速、雙向、實時、集成的通信網(wǎng)絡(luò)是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)（2）信息化（參數(shù)量測技術(shù)、集成通信技術(shù)）獲得數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息評估電網(wǎng)設(shè)備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性（3）智能化（先進決策技術(shù)）分析、診斷和預(yù)測狀態(tài)確定和采取適當?shù)拇胧┮韵?、減輕和防止供電中斷和電能質(zhì)量擾動通過連續(xù)不斷地自我監(jiān)測和校正，應(yīng)用先進的信息技術(shù)，實現(xiàn)其最重要的特征—自愈特征。255智能電網(wǎng)助推轉(zhuǎn)型發(fā)展5.1智能電網(wǎng)推動新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展（1）智能電網(wǎng)的直接需求需要網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的全面支撐需要電力電子和半導(dǎo)體器件技術(shù)的支撐需要現(xiàn)代計量與先進測控技術(shù)的支撐需要超導(dǎo)技術(shù)與新材料技術(shù)的支撐（2）智能電網(wǎng)的間接需求電池儲能與調(diào)峰方式助推電動汽車發(fā)展智能電網(wǎng)促進清潔非碳的新能源的發(fā)展水電風(fēng)電生物質(zhì)能發(fā)電太陽能光伏發(fā)電與太陽能熱發(fā)電核電265智能電網(wǎng)助推轉(zhuǎn)型發(fā)展5.2智能電網(wǎng)推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整（1）我國能源消耗快速增長的原因經(jīng)濟結(jié)構(gòu)不良：工業(yè)（特別是重化工業(yè)）拉動能源結(jié)構(gòu)不良：以煤為主能源效益不高：單位增加值能耗和產(chǎn)品單耗偏高（2）我國轉(zhuǎn)發(fā)展的主要途徑節(jié)能減排，轉(zhuǎn)型發(fā)展調(diào)整結(jié)構(gòu)：優(yōu)化二產(chǎn)，發(fā)展三產(chǎn)，穩(wěn)定一產(chǎn)優(yōu)化二產(chǎn)：走大力發(fā)展科技先導(dǎo)型的新型戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)積極發(fā)展清潔能源大力發(fā)展非碳能源傳統(tǒng)能源的清潔利用方式煤氣化為基礎(chǔ)的多聯(lián)產(chǎn)發(fā)電技術(shù)275智能電網(wǎng)助推轉(zhuǎn)型發(fā)展5.2智能電網(wǎng)推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整（3）智能電網(wǎng)助推節(jié)能的市場化節(jié)能推動的理想模式政府主導(dǎo)下的市場化無疑是節(jié)能降耗的根本出路目前節(jié)能的現(xiàn)狀——財政補助、低價能源多元化節(jié)能主體冷熱不均高耗能行業(yè)控制與結(jié)構(gòu)調(diào)整舉步維艱市場化的核心——市場競爭消費者——合理用電成為降低能源成本的主要選擇生產(chǎn)者——高效發(fā)電成為降低生產(chǎn)成本的主要選擇智能電網(wǎng)——智能聯(lián)絡(luò)電力的生產(chǎn)者和消費者靈活匹配供用電需求，滿足雙方的實際需求階梯制電力價格，促進結(jié)構(gòu)調(diào)整（特別是二產(chǎn)優(yōu)化）的實現(xiàn)285智能電網(wǎng)助推轉(zhuǎn)型發(fā)展5.3智能電網(wǎng)實現(xiàn)電能高效傳輸與配送（1）高參數(shù)交直流輸電，降低線損電力傳輸?shù)母咝Щ?）基于需求管理的配網(wǎng)負荷優(yōu)化，降低線損信息共享基礎(chǔ)上的全員參與（3）長距離輸電，強化網(wǎng)際聯(lián)絡(luò)，接納區(qū)外優(yōu)質(zhì)電能西電東送（如大規(guī)模水電）三北地區(qū)風(fēng)電的規(guī)?；猛緩阶冚斆簽檩旊姳彪娔纤停涌陔娬窘ㄔO(shè)）跨區(qū)域抽水蓄能及調(diào)峰沿海區(qū)域核電的規(guī)模化利用途徑295智能電網(wǎng)助推轉(zhuǎn)型發(fā)展5.4智能電網(wǎng)推動清潔非碳能源的利用（1）七大千萬級風(fēng)電基地的跨區(qū)域調(diào)度已建和待建的超大型風(fēng)電站分布在甘肅、內(nèi)蒙古（2）、新疆、吉林、河北和江蘇等地（2）核電基地的跨區(qū)域調(diào)度已建和待建核電基地分布在浙江、江蘇、廣東、遼寧、山東、福建、海南等地，今后還將建設(shè)大量內(nèi)陸核電站（3）水電基地的跨區(qū)域調(diào)度已建和待建的水電站分布在湖北、四川、云南、廣西、青海、河南省等地（4）太陽能資源豐富的地區(qū)一類寧夏北部、甘肅北部、新疆東部、青海西部和西藏西部二類河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙古南部、寧夏南