【電力】劉振亞:智能電網(wǎng)承載并推動第三次工業(yè)革命
黨的十八屆三中全會對全面深化改革作出重大戰(zhàn)略部署,將進一步解放和發(fā)展我國社會生產(chǎn)力和創(chuàng)造力,也將對能源和電力工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。貫徹落實黨的十八屆三中全會精神,關(guān)鍵要把握時代特征,立足行業(yè)實際,以改革創(chuàng)新精神,推動我國能源安全發(fā)展、清潔發(fā)展、環(huán)保發(fā)展、友好發(fā)展。當前,隨著新能源技術(shù)、智能技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的創(chuàng)新突破,第三次工業(yè)革命正在孕育發(fā)展。在前兩次工業(yè)革命中,中華民族都落后了,追趕了200多年。以全球視野和系統(tǒng)思維,深刻認識工業(yè)革命的內(nèi)在規(guī)律和發(fā)展趨勢,對于我們深入貫徹落實黨的十八屆三中全會精神,在新一輪工業(yè)革命中把握歷史機遇、搶占發(fā)展先機、贏得競爭優(yōu)勢,推動能源電力工業(yè)科學(xué)發(fā)展,全面建成小康社會,實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢,具有十分重要的意義。
一、智能電網(wǎng)承載并推動第三次工業(yè)革命
能源是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。
近200多年來,人類社會已經(jīng)先后經(jīng)歷了兩次工業(yè)革命。縱觀工業(yè)文明的發(fā)展歷程,有一個突出特征,就是能源變革對工業(yè)發(fā)展具有決定性、全局性影響,推動著工業(yè)文明不斷向更高層次和水平演進。
(一)能源變革是第三次工業(yè)革命的根本動力始于18世紀中期的第一次工業(yè)革命,由于蒸汽機的發(fā)明與廣泛應(yīng)用,煤炭迅速取代柴薪,推動了近代工業(yè)的建立和大發(fā)展。在這次變革中搶占先機的英國,從1770年到1860年的90年中,建立了世界上規(guī)模最大的煤炭工業(yè),到19世紀中期,英國煤炭產(chǎn)量已占全球的三分之二以上,并以此為基礎(chǔ)加快發(fā)展近代紡織、鋼鐵、機械、鐵路運輸?shù)裙I(yè),率先在世界上建立近代工業(yè)體系。
始于19世紀中后期的第二次工業(yè)革命,由于電力的發(fā)明及廣泛應(yīng)用,推動了現(xiàn)代工業(yè)的建立和大發(fā)展,不僅產(chǎn)生了電力、電器、石油、化工、汽車、通訊、信息等新的工業(yè)部門,而且推動了紡織、鋼鐵、機械、鐵路運輸?shù)扰f的工業(yè)部門升級。在這次變革中搶占先機的美國,從1910年到2010年的100年中,電力裝機、用電量、電網(wǎng)規(guī)模一直位居世界第一,美國也率先在世界上建立現(xiàn)代工業(yè)體系。如今電能已成為全球最重要的能源之一,從全球范圍看,以電為中心的能源開發(fā)利用格局正在加快形成,并成為全球能源發(fā)展的戰(zhàn)略方向。1980年~2012年,全球電力消費增長200%左右,而石油、天然氣、煤炭消費只分別增長40%、130%、110%左右,全球一次能源用于發(fā)電的比重從30%提高到40%左右,電能占終端能源消費的比重從10%上升至20%左右。
從兩次工業(yè)革命可以看出:能源變革對工業(yè)發(fā)展具有決定性的影響,沒有蒸汽機技術(shù)的突破,就不會有近代工業(yè),沒有電力的廣泛應(yīng)用,現(xiàn)代工業(yè)也無從談起;同時能源變革對工業(yè)發(fā)展又具有全局性的影響,既推動新的工業(yè)行業(yè)出現(xiàn),也推動舊的工業(yè)行業(yè)升級。總之,能源變革與工業(yè)革命有著很強的內(nèi)在聯(lián)系,是工業(yè)革命的根本動力。
進入新世紀后,大規(guī)模開發(fā)利用化石能源帶來的能源危機、環(huán)境危機凸顯,建立在化石能源基礎(chǔ)上的工業(yè)文明逐步陷入困境,新一輪能源變革正在世界范圍內(nèi)蓬勃興起。這一輪能源變革,是以電為中心、以新能源大規(guī)模開發(fā)利用為特征的能源變革。2000年~2012年間,全球風電、太陽能發(fā)電裝機分別由1793萬千瓦、140萬千瓦增長到2.8億千瓦、1億千瓦,分別增長了15倍和71倍。隨著新一輪能源變革的到來,新能源技術(shù)、智能技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷突破,與智能電網(wǎng)全面融合,正在承載并推動第三次工業(yè)革命。
新一輪能源變革與新一輪工業(yè)革命再次相伴發(fā)生,這不是歷史的巧合,而是因為能源變革是工業(yè)革命和工業(yè)發(fā)展的根本動力,誰能牢牢把握能源變革這個根本,誰就能在第三次工業(yè)革命中搶占先機。
(二)發(fā)展智能電網(wǎng)是推動能源變革和第三次工業(yè)革命的必由之路從歷史進程看,建立在化石能源傳統(tǒng)利用方式基礎(chǔ)上的工業(yè)文明已經(jīng)難以為繼,第三次工業(yè)革命應(yīng)建立在可持續(xù)供應(yīng)的能源基礎(chǔ)上。以電為中心轉(zhuǎn)變能源開發(fā)利用方式,已成為全球能源發(fā)展的戰(zhàn)略方向,今后的能源變革都將圍繞更清潔更經(jīng)濟的發(fā)電、更安全更高效的配置、更便捷更可靠的用電展開,由可再生能源轉(zhuǎn)換而來的電能全面取代化石能源只是時間問題。
電力廣泛應(yīng)用,必須依靠電網(wǎng)來實現(xiàn)。
1886年,美國西屋公司建成了世界上第一個交流輸電系統(tǒng),從此世界電網(wǎng)遵循電壓等級由低到高、聯(lián)網(wǎng)規(guī)模由小到大、配置能力由弱到強、自動化程度越來越高的客觀規(guī)律快速發(fā)展,可劃分為三個階段。一是初級電網(wǎng)階段 (從19世紀后期到20世紀中期),主要是基于早期控制技術(shù)、小機組發(fā)電技術(shù),以低電壓、弱聯(lián)系為特征,以城市或局部區(qū)域電力配置為主的小型孤立電網(wǎng)。二是互聯(lián)電網(wǎng)階段(從20世紀中期到20世紀末),主要是基于現(xiàn)代控制技術(shù)、大機組穩(wěn)定發(fā)電技術(shù)、大規(guī)模遠距離輸電技術(shù),以高電壓、強互聯(lián)為特征,具有全國或跨國電力配置能力的大型同步電網(wǎng)。三是智能電網(wǎng)階段(從本世紀初開始),基于新能源技術(shù)、分布式發(fā)電技術(shù)、大規(guī)模儲能技術(shù)、超遠距離超大規(guī)模輸電技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能控制技術(shù)的快速發(fā)展,世界電網(wǎng)進入智能電網(wǎng)發(fā)展階段。
未來的智能電網(wǎng),是網(wǎng)架堅強、廣泛互聯(lián)、高度智能、開放互動的“能源互聯(lián)網(wǎng)”。
網(wǎng)架堅強,是指電網(wǎng)規(guī)劃科學(xué)、結(jié)構(gòu)合理、安全可靠、運行靈活,適應(yīng)風電、光伏發(fā)電、分布式電源大規(guī)模接入,適應(yīng)供用電關(guān)系靈活轉(zhuǎn)換,具有強大的資源配置能力。
主網(wǎng)架的電壓等級包括特高壓、超高壓、高壓等。廣泛互聯(lián),是指互聯(lián)既跨地域,也跨行業(yè)。洲際骨干網(wǎng)架、國家骨干網(wǎng)架、地區(qū)電網(wǎng)、配電網(wǎng)、微電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展、緊密銜接,構(gòu)成廣泛覆蓋的電力資源配置體系;電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等相互融合,構(gòu)成功能強大的社會公共服務(wù)平臺。互聯(lián)的廣泛性帶來了資源配置的廣泛性,既廣泛配置電力資源,也廣泛配置其他公共服務(wù)資源。高度智能,是指廣泛使用信息網(wǎng)絡(luò)、廣域測量、高速傳感、高性能計算、智能控制等技術(shù),發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度六大環(huán)節(jié)高度智能化、自動化運行,自動預(yù)判、識別大多數(shù)故障和風險,具備故障自愈功能。開放互動,是指發(fā)揮電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)市場功能,構(gòu)建開放統(tǒng)一、競爭有序,在能源資源配置中起決定性作用的 電力市場體系,促進用戶與各類用電設(shè)備廣泛交互、與電網(wǎng)雙向互動,能源流在用戶、供應(yīng)商之間雙向流動。
智能電網(wǎng)是承載第三次工業(yè)革命的基礎(chǔ)平臺,對第三次工業(yè)革命具有全局性的推動作用。
一是推動能源開發(fā)方式變革。地球的可再生能源資源十分豐富。世界能源理事會估算,全球陸地風電資源超過1萬億千瓦,太陽能資源超過100萬億千瓦,還有豐富的海洋風能、水能、生物質(zhì)能、潮汐、地熱資源,都可以轉(zhuǎn)化為電能加以利用。
智能電網(wǎng)基于新能源發(fā)電技術(shù)和大規(guī)模儲能技術(shù),對間歇式、不穩(wěn)定電源大規(guī)模接入的適應(yīng)性更強,能支撐風能、太陽能大規(guī)模開發(fā),推動能源開發(fā)從化石能源向清潔能源轉(zhuǎn)變。同時,在智能電網(wǎng)中,千家萬戶都可以開發(fā)利用風能、太陽能,能源生產(chǎn)模式從以集中生產(chǎn)為主,向集中生產(chǎn)與分布式生產(chǎn)并重轉(zhuǎn)變。
二是推動能源配置方式變革。經(jīng)過上百年開發(fā),世界許多國家的能源基地與負荷中心的距離越來越遠,風能、太陽能資源也主要集中在遠離負荷中心的嚴寒、酷熱及沙漠、戈壁等地區(qū)。智能電網(wǎng)基于超遠距離超大規(guī)模輸電技術(shù),能源配置范圍更廣、能力更強,只有通過智能電網(wǎng)才能實現(xiàn)這些能源基地的大規(guī)模開發(fā),實現(xiàn)能源從就地平衡向大范圍優(yōu)化配置、更大范圍統(tǒng)籌平衡轉(zhuǎn)變。
三是推動能源消費方式變革。隨著分布式電源加快發(fā)展,越來越多的用戶擁有能源供應(yīng)商與消費者的雙重身份,發(fā)用電關(guān)系靈活轉(zhuǎn)換。智能家電廣泛普及后,用戶的智能用電和互動服務(wù)需求越來越高。
傳統(tǒng)電網(wǎng)的電力流只能從供應(yīng)側(cè)向需求側(cè)單向傳輸,難以適應(yīng)這些新的需求。只有基于信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能控制技術(shù)的智能電網(wǎng),才能適應(yīng)能源消費的新變化,推動能源消費從單向接收、模式單一的用電方式,向互動、靈活的智能化用電方式轉(zhuǎn)變。
四是推動生產(chǎn)生活方式改變。智能電網(wǎng)對未來社會影響的范圍之廣、程度之深,將遠遠超出我們的想象。基于智能電網(wǎng)的清潔能源大規(guī)模開發(fā)利用,將推動生產(chǎn)生活的低碳化;智能電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等深度融合后,將構(gòu)成價值無法估量的社會公共平臺,能源供應(yīng)、信息通訊、家政醫(yī)療、物流交通、遠程教育、電子商務(wù)等各方面的服務(wù)都可以基于這個平臺,實現(xiàn)公共服務(wù)集成化;智能電網(wǎng)將支撐智能家庭、智能樓宇、智能小區(qū)、智慧城市建設(shè),推動生產(chǎn)生活智慧化。
五是推動戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。與傳統(tǒng)的互聯(lián)電網(wǎng)相比,智能電網(wǎng)技術(shù)密集型特征更加突出,對新能源、新材料、智能裝備、電動汽車、新一代信息產(chǎn)業(yè),具有很強的帶動作用。歐美發(fā)達國家已將發(fā)展智能電網(wǎng)納入國家戰(zhàn)略,歐盟將發(fā)展智能電網(wǎng)作為新興經(jīng)濟的重要支柱,估算未來20年的建設(shè)投資規(guī)模將達到5000億歐元;美國將智能電網(wǎng)作為實現(xiàn)經(jīng)濟復(fù)蘇的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施,估算未來20年的建設(shè)投資規(guī)模達到1.5萬億美元。我國規(guī)劃確定的20項戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重大工程,絕大多數(shù)與智能電網(wǎng)密切相關(guān)。
二、把握戰(zhàn)略機遇,推動我國智能電網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展
從英、美兩國在第一、二次工業(yè)革命中的成功經(jīng)驗看,誰能在能源變革中搶占先機,確立競爭優(yōu)勢,誰就能立于不敗之地。
面向第三次工業(yè)革命,能源電力行業(yè)應(yīng)當深入貫徹落實黨的十八屆三中全會精神,以全面深化改革為契機,順應(yīng)發(fā)展潮流,把握歷史機遇,加快建設(shè)智能電網(wǎng),牢牢占據(jù)新一輪能源變革的制高點,推動我國能源安全發(fā)展、清潔發(fā)展、環(huán)保發(fā)展、友好發(fā)展,在全面建成小康社會、實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興中國夢的進程中發(fā)揮重要作用。
(一)發(fā)展智能電網(wǎng)要凝聚共識、共同推動智能電網(wǎng)不僅是保障國家能源供應(yīng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施,而且聯(lián)接多種網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施,對于促進我國基礎(chǔ)設(shè)施的跨越式發(fā)展具有關(guān)鍵作用。同時,智能電網(wǎng)集成了第三次工業(yè)革命最為關(guān)鍵的新能源技術(shù)、智能技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù),對于促進我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級具有廣泛的帶動作用,發(fā)展智能電網(wǎng)的意義十分重大。近年來,我國企業(yè)在智能電網(wǎng)的理論研究、技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)備研制、標準制定、工程建設(shè)、實驗?zāi)芰ㄔO(shè)等方面開展了卓有成效的工作,取得了一系列重大突破,總體處于世界先進水平。已經(jīng)建成投運多項特高壓交直流輸電工程,建成中新天津生態(tài)城、張北風光儲輸?shù)纫慌悄茈娋W(wǎng)綜合示范工程,形成了功能齊全、具有世界領(lǐng)先水平的試驗研究體系,智能電網(wǎng)標準制定工作走在世界前列。我國全面建設(shè)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)和條件已經(jīng)具備。要遵循電網(wǎng)電壓等級越來越高、聯(lián)網(wǎng)規(guī)模越來越大、配置能力越來越強的發(fā)展規(guī)律,把智能電網(wǎng)作為第三次工業(yè)革命的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè),放在突出重要的位置優(yōu)先發(fā)展。一要研究制定財稅、價格、投資、金融等配套政策,大力支持智能電網(wǎng)建設(shè)。二要強化企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新中的主體地位,發(fā)揮大型企業(yè)創(chuàng)新骨干作用,集中力量攻克新能源發(fā)電、大規(guī)模儲能、多網(wǎng)融合、智能裝備關(guān)鍵技術(shù)。三要積極參與智能電網(wǎng)國際標準制定,將我國企業(yè)已經(jīng)形成的標準推向世界,為我國智能電網(wǎng)的技術(shù)和產(chǎn)品參與全球競爭打好基礎(chǔ)。
(二)發(fā)展智能電網(wǎng)要戰(zhàn)略引領(lǐng)、科學(xué)規(guī)劃要將智能電網(wǎng)納入經(jīng)濟社會發(fā)展總體布局,堅持戰(zhàn)略引領(lǐng)、重點突破,明確智能電網(wǎng)發(fā)展的戰(zhàn)略重點。加快推進 “一特四大”戰(zhàn)略,在能源資源富集地區(qū),規(guī)劃建設(shè)一批大型煤電、大型水電、大型核電、大型可再生能源發(fā)電基地,通過以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的堅強智能電網(wǎng),向東中部負荷中心地區(qū)大規(guī)模、遠距離輸電,在全國范圍優(yōu)化配置能源和電力資源。全面實施電能替代戰(zhàn)略,落實大氣污染防治計劃,解決東中部地區(qū)日益突出的霧霾污染。加大向東中部地區(qū)跨區(qū)送電力度;把工業(yè)鍋爐、工業(yè)煤窯爐、居民取暖廚炊等用煤改為用電,大幅減少直燃煤污染;大力發(fā)展電動汽車、電氣化軌道交通等,減少燃油排放,實施“以電代煤、以電代油、電從遠方來”為主要內(nèi)容的電能替代戰(zhàn)略。
要將智能電網(wǎng)納入經(jīng)濟社會發(fā)展總體規(guī)劃,制定國家級智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃,統(tǒng)籌推進。《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展“十二五”規(guī)劃綱要》和《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》對發(fā)展智能電網(wǎng)作出了部署,但目前還沒有制定國家層面的智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃,戰(zhàn)略部署難以落地。應(yīng)抓緊制定國家級智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃,統(tǒng)籌智能電網(wǎng)與新能源發(fā)展,統(tǒng)籌智能電網(wǎng)與戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展,統(tǒng)籌智能電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。
(三)發(fā)展智能電網(wǎng)要立足于能源安全、清潔、環(huán)保、友好發(fā)展我國能源發(fā)展面臨四大問題。一是總量供應(yīng)問題。2012年我國能源消費總量達到36.4億噸標準煤,石油、天然氣對外依存度分別達到59%、32%左右。要滿足經(jīng)濟社會發(fā)展的需求,今后較長時期能源供應(yīng)都面臨較大壓力。二是資源配置問題。我國能源資源與生產(chǎn)力分布不均衡,全國70%以上的煤炭、水電、風能、太陽能資源都集中在西部、北部地區(qū),距離東中部負荷中心,一般都在1000公里以上,依靠現(xiàn)有電網(wǎng),難以實現(xiàn)這些能源基地的大規(guī)模開發(fā)。
三是能源效率問題。我國能源在開發(fā)環(huán)節(jié),集約化程度偏低;在傳輸環(huán)節(jié),過度依賴輸煤,消耗高品質(zhì)能源來傳輸?shù)推焚|(zhì)能源;在使用環(huán)節(jié),大量煤炭仍然直接燃燒,整體能效偏低。能源開發(fā)利用全過程效率都需要提高。四是生態(tài)環(huán)境問題。我國能源結(jié)構(gòu)以煤為主,能源發(fā)展長期追求就地平衡,帶來土壤、水質(zhì)、大氣突出污染問題。特別是近年來以PM2.5為主要特征的大氣污染,本質(zhì)上是我國能源資源稟賦的“先天不足”、能源發(fā)展方式的“后天失調(diào)”這一對矛盾的長期積累和集中暴露。
發(fā)展智能電網(wǎng),能夠有效解決我國能源發(fā)展面臨的四大問題,實現(xiàn)我國能源安全發(fā)展、清潔發(fā)展、環(huán)保發(fā)展、友好發(fā)展。
安全發(fā)展,就是以智能電網(wǎng)為市場載體和配置平臺,統(tǒng)籌利用國際國內(nèi)資源,促進能源大規(guī)模集約開發(fā)、大范圍優(yōu)化配置、高效率充分利用,增加供應(yīng)總量,降低能源強度,減少能源損耗,防止供需失衡,保證能源供應(yīng)穩(wěn)定性和可靠性。清潔發(fā)展,就是通過智能電網(wǎng)促進新能源和分布式電源發(fā)展,改善能源結(jié)構(gòu),保護自然生態(tài),最大限度降低對化石能源的依賴。環(huán)保發(fā)展,就是充分發(fā)揮智能電網(wǎng)作用,統(tǒng)籌利用全國環(huán)境容量,實現(xiàn)以電代煤、以電代油、電從遠方來,提高電氣化水平,有效解決東中部地區(qū)大氣(霧霾)、水質(zhì)、土壤污染問題。友好發(fā)展,就是基于智能電網(wǎng)開放互動優(yōu)勢,靈活適應(yīng)各類電源發(fā)電上網(wǎng)和客戶多樣化用電需求,使能源開發(fā)和消費方便快捷,讓生活更加舒適、經(jīng)濟。
(四)發(fā)展智能電網(wǎng)要加快推進關(guān)鍵環(huán)節(jié)突破。一是加快建設(shè)特高壓網(wǎng)架。以構(gòu)建華北—華東—華中特高壓同步電網(wǎng)為重點,力爭到2020年建成“五縱五橫”特高壓交流網(wǎng)架和27回特高壓直流工程,具備4.5億千瓦電力大范圍配置能力,滿足5.5億千瓦清潔能源送出和消納的需要。二是加快配電網(wǎng)建設(shè)改造。建設(shè)技術(shù)領(lǐng)先、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、布局合理、高效靈活,具備故障自愈能力的智能配電網(wǎng),適應(yīng)分布式電源、微電網(wǎng)加快發(fā)展的需要。三是加快提升電網(wǎng)互動能力。建設(shè)智能用戶管理與雙向互動平臺,讓普通家庭能夠通過智能電網(wǎng)實現(xiàn)用戶能源管理、移動終端購電、水電氣多表集抄、綜合信息服務(wù)、遠程家電控制等,全面提高百姓生活智能化水平。四是加快構(gòu)建全國電力市場體系。黨的十八屆三中全會明確要求發(fā)揮市場在資源配置中的決定性作用,加快完善現(xiàn)代市場體系。要以智能電網(wǎng)為載體,構(gòu)建集能源輸送、資源配置、市場交易、客戶服務(wù)于一體,統(tǒng)一開放、競爭有序的全國電力市場體系。
能否牢牢把握第三次工業(yè)革命的歷史機遇,將很大程度上決定我國在未來全球競爭中的地位。與前兩次工業(yè)革命不同的是,中華民族已經(jīng)走上偉大的復(fù)興之路,我國新能源、智能電網(wǎng)發(fā)展均走在世界前列,在新一輪能源變革中處于有利地位,具備了在第三次工業(yè)革命中勇立潮頭、引領(lǐng)發(fā)展的條件。歷史不應(yīng)重演,機遇稍縱即逝。
能源電力行業(yè)要自覺承擔起歷史重托,加快發(fā)展智能電網(wǎng),鞏固和擴大我國在智能電網(wǎng)領(lǐng)域已經(jīng)形成的優(yōu)勢,為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢作出積極貢獻。