韩晓平

中国能源网首席信息官

中国能源网

2015年9月26日,习近平主席在联合国发展峰会发表了题为《谋共同永续发展做合作共赢伙伴》的讲话,向世界提出:“中国倡议探讨构建全球能源互联网,推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求”。

这里习主席倡议的关键字,一是“探讨”,二是“以清洁和绿色”电力满足全球需求。中石油咨询中心专家刘克雨在长期跟踪总结三大石油公司自上世纪90年代“走出去”一系列深刻的经验教训后,得出了一个结论:“走出去”,一定要坚持“提倡”,绝不能大包大揽,更不能想当然地“主导”。能源事关主权利益,非常敏感,电网更是如此。由此可见,习主席倡议的考虑。

“全球能源互联网”是由国家电网公司董事长、党组书记刘振亚2015年2月3日撰写的《全球能源互联网》一书中首次提出的国家电网的宏伟目标。他提出:全球能源互联网将是以特高压电网为骨干网架(通道),以输送清洁能源为主导,全球互联泛在的坚强智能电网。将由跨国跨洲骨干网架和涵盖各国各电压等级电网的国家泛在智能电网构成,连接“一极一道”和各洲大型能源基地,适应各种分布式电源接入需要,能够将风能、太阳能、海洋能等清洁能源输送到各类用户,是服务范围广、配置能力强、安全可靠性高、绿色低碳的全球能源配置平台,也是实施“两个替代”的关键。目的在于让人人享有充足、清洁、廉价、高效、便捷的能源供应。

实施国网战略规划的实施要点是又一个布局:“全球能源互联网”。两个原则:清洁发展;全球配置。三个阶段:国内互联;洲内互联;洲际互联。四个特征:网架坚强;广泛互联;高度智能;活动开放。和五个功能:能源输送;资源配置;市场交易;产业带动;公共服务。

这一人类前所未有的超级电力规划,引发国际能源界的瞩目,大家对此的认识还存在一些阶段性差异。但是人们或相信如果能够实现这一目标,全世界的人们都可以享有“充足、清洁、廉价、高效、便捷”的可再生能源,不仅气候变化问题可以彻底解决,人们的能源问题将彻底解决,人类将就此实现永续发展,而人类大同将指日可待。其意义将远远超越中国的“高铁革命”,甚至超越“一带一路”的战略意义。

但是,千里之行始于足下,要实现这一宏愿,就必须解决好眼前面对的六大挑战,国家电网人需要知难而进,披荆斩棘,解决好这些矛盾,战胜这些困难,为全球树立榜样,也解惑世界和能源业界的种种疑虑。

第一、 优先解决好目前国内严重的弃风、弃水、弃光问题。也就是刘振亚董事长提出的,先国内,后洲内,再洲际。中国大量弃风、弃水、弃光的问题如果不解决好,在全世界推荐“全球能源互联网”将难有说服力。所以,国家电网必须在最短的时间,以最大的工作热忱,克服一切困难,解决好这一长期困惑中国可再生能源发展的难题。“十二五”以来,解决“弃风、弃水、弃光”问题就是国家能源局的工作重点,尽管经过持续不懈的努力,也取得了不少成果。根据国家能源局发布的《2014年风电产业监测情况》的数据:“2014年弃风限电情况加快好转,全国风电平均弃风率8%,同比下降4个百分点,弃风率达近年来最低值”。

2015年7月,国家能源局发布“2015年上半年全国风电并网运行情况”。到6月底,全国风电累计并网容量10553万千瓦,累计并网容量同比增长27.6%;上半年,全国风电上网电量977亿千瓦时,同比增长20.7%;风电弃风电量175亿千瓦时,同比增加101亿千瓦时;平均弃风率15.2%,同比上升6.8个百分点。

根据澎湃新闻报道,1-9月份这五大发电集团在甘肃的风电弃风限电比例均超过40%,其中最高为54%,最低42%,同比增幅都在20%以上,最高达41.9%。龙源电力2015年1-9月在甘肃的限电比例上升43.3%,同比限电比例增加25.2%,其中9月已超过60%;9月28日当天,限电比例达到79%,创下历史之最。2014年,龙源电力限电量在26亿千瓦时左右,直接损失约为13亿元。龙源弃风不仅在甘肃,在国家电网管理的蒙东等地弃风限电的情况也十分严峻。

国内弃水的问题也是十分突出,据国家能源局“监管公告2015年第10号(总第27号)”《水电基地弃水问题驻点四川监管报告》公布的数据,四川2014年弃水电量96.8亿千瓦时,占丰水期水电发电量的14.93%,而2013年的弃水电量25.8亿千瓦时。如没有适当措施,弃水电量将持续增加,2017年约190-200亿千瓦时,2020年达到最大值,约350亿千瓦时。

据国家能源局统计数据显示,2015年上半年全国累计光伏发电量190亿千瓦时,弃光电量约18亿千瓦时。弃光电量主要发生在甘肃和新疆地区,其中,甘肃省弃光电量11.4亿千瓦时,弃光率28%;新疆(含兵团)弃光电量5.41亿千瓦时,弃光率19%。中国每年不得不丢弃的可再生能源电量几乎超过了1.58亿人口的孟加拉全国一年的用电量。

第二、解决好远距离输电损耗问题。如果利用北极的风电或赤道的太阳能,建立环球电网都需要面对输电损耗的难题。地球赤道的周长是4万公里,太阳最佳利用时间是中午12点到下午3点,而人们用电的高峰是晚上6点至9点,要满足这一时间差需要大约6个小时的时差,如果在赤道需要输电1万公里。珠三角大约在北纬20度,长三角大约在北纬30度,京津冀大约在北外40度,如果使用低纬度的太阳能或高纬度的风电,大致也需要4000至5000公里的距离。这么远的距离可能目前的特高压交流输电技术还不能完全胜任,需要国家电网进一步进行技术攻关。而输电的损耗将是一个非常大的挑战,据一些电力专家介绍,通常1000公里的输电损耗约7%,因为损耗将增加供电成本,增大投资风险,这需要找到更加有效的技术加以解决。

第三、解决好投资收益问题。目前,世界各国在利用可再生能源上,普遍比较倾向于就地利用的分布式解决方案。德国的光伏平均利用小时有的还不足1000小时,而英国伦敦一年中阴天下雨的时间超过一半以上,但是他们还是愿意使用分布式的光伏。要让他们转变观念,一个重要的因素就是全球能源互联网提供的电力在价格上更有竞争力。所以,降低特高压电网的工程造价就变得尤为关键。在全球绝大多数国家土地都是私有的,在那些国家征用土地建设这样的超级电网,面临的阻力可能会比中国更大,支付的成本也会比中国更多,在这样的环境下让用户能够用上比当地分布式可再生能源光伏电站更加廉价的电能是存在不小的挑战。而光伏和储能技术的不断进步,成本的下降将增加全球能源互联网的推进难度,这就需要国家电网将设备和建设成本大幅度降低,并保持持续不断降低成本的能力才可能具有竞争力。

第四、解决好可再生能源调节问题。大规模使用可再生能源,调峰调节是一个突出矛盾。将全球可再生能源互联或许是一个解决办法。但是,靠特高压电网超远程调峰,势必降低特高压电网的使用效率,增加输电成本。可再生能源存在很大的不稳定和不确定性,没有有效的调节手段是不行的。目前,各种储能技术方兴未艾,抽水蓄能、电池蓄能、压缩空气储能等等,但都将大幅度增加终端用户用能成本。这个问题实际上全世界都没有很好的解决办法,尽管英国政府承诺在2050年将全部使用可再生能源,但他们仍在向中国企业招商建设超大型的核电站,这反映了他们胸无成竹。德国人对此实际上也是犹豫不决,包括德国的专家更相信这是默克尔为争取绿党合作画饼充饥。让可再生能源在用户端消纳和调节,通常是解决问题的方法。但目前成功的经验都是分布式能源用户参与的解决方案。五中全会提出的“人人参与、人人尽力、人人享有”,似乎非常符合目前各国发展可再生能源的思路。而让那些“电从远方来”的用户为数千公里之外的北极风能和赤道太阳能承担调节,他们会不会感到是承担一种被迫性的义务?在中国或许可行,但在一些市场化程度比较高的民主国家恐怕是不太容易。如果他们不愿参与或承担相关的投入,完全由一个超级大电网来承担这一切,投资、损耗、调节、安全,以及供电中断的赔偿等等一系列责任,就要看全球能源互联网的运营者有没有这个能力和更好的办法了。

2015年11月3日,全国政协在北京“优化新能源布局促进清洁能源健康发展”主体座谈会,中国能源研究会周大地副会长发表了一个重要讲话,他认为随着中国经济结构的调整,对于电力需求增速明显下降。他认为,在目前燃煤火电已经严重过剩的情况下,应该尽快停建、缓建燃煤火电厂。到2015年9月,全国火电机组装机94722万千瓦,设备利用小时在2014年减少314小时的情况下,再度减少265小时,预计全年火电机组设备利用小时将从去年的4706小时,降至4300小时左右。

但是,电网系统专家马上反驳认为,电力系统是电能与功率即负荷双重平衡,缺一不可。在没有突破储能技术的情况下,没有煤电调峰,要么电力系统无法运行,要么电价飞涨。言外之意,对于目前的特高压电网,没有煤电支撑,就没有办法输可再生能源。那么全球能源互联网到底是输什么样的电能?若是如此的情景,就不符合习主席要求的全球能源互联网“以清洁和绿色方式满足全球电力需求”,这需要国家电网尽快解决这一问题。

第五、解决好需求侧响应问题。要解决上述问题还有一个解决问题的渠道,就是电力需求侧管理和需求侧响应。国家电网从2003年就开始在全国推进电力需求侧管理,以应对当时的电力短缺,要求电网帮助用户加强电力需求侧响应,以有序用电替代拉闸限电。但是,这一工作随着供电越来越充裕而逐渐被忽略。尽管一些省区的电网企业还有人专职推进这一工作,也因没有迫切性和用户缺乏参与意识而效果不张。

2015年3月20日德国当地时间9点28分,西欧地区进入一次日全食。月亮将渐渐遮住太阳,挡住德国82%的阳光。作为欧洲最大的太阳能发电装机国家,德国光伏发电容量已达3820万千瓦,可占其最大用电负荷的一半以上。日食开始后,德国境内光伏发电功率瞬间减少1200万千瓦,影响相当于12座百万千瓦核电站同时解列运行。当12点太阳从月亮后闪出,阳光的突然照射形成了1900万千瓦的光伏发电量涌入电网,相当于19座核电站突然接入电网。不过两个半小时的日蚀过程,德国电网顺利度过了难关,其中用户在需求侧的积极响应是渡过难关的重要一环。德国的光伏是以分布式为绝对主力,拥有分布式光伏的用户在政府和电网的宣传下积极响应起到重要作用,他们在日蚀一刻关闭用电设施,通过降低用户侧电力需求减缓了对电网的冲击。

电在屋顶上,与用户更加贴近,他们参与需求侧响应的意愿或更大。而电从远方来,与用户利益关系不大,他们还会有意愿参与响应吗?通过智能电网直接控制用户的用电设施,除非他们自愿,否则在各国法律上都可能存在制约。如何突破这一瓶颈,需要国家电网人的智慧。

第六、解决好大联网的安全问题。2014年4月1日,我参加全国政协经济委员会召开的“关于特高压输电建设发展”座谈会,我对陈元副主席说:随着信息技术发展,传统安全问题会减缓,风险越来越可控。但非传统安全问题会更严峻,网路攻击是无差别攻击,不会因为你是特高压就攻击你,通过信息系统对电网和发电设施的攻击与电网压力无关,解决问题的关键是发展分布式能源和智能电网。”

这是指在国内中国政府和中国国有企业可控的环境下,一旦离境我们的控制能力减弱,问题就变得更为复杂。最近,中国与美国就网络安全达成共识,在非战争情况下互不攻击对方电力设施。但是,黑客无处不在,不仅美军有网络战司令部,极端组织和恐怖组织,以及各种敌对势力,甚至各国或国际犯罪组织的黑客都不会放过这样一个机会。建设如此大规模的跨国以致跨洲电网,特别是跨越类似中东、中亚全球能源互联网太阳能发电基地这些不稳定地区,对于一个“广泛互联、活动开放”的电网控制系统,遭遇渗透和攻击的可能性大大增加。一旦遭遇攻击,不仅会连累数千公里之外的中国电网,甚至可能造成全球性的大停电。如何能够确保这个超级电网的安全,对于全球能源互联网无疑是一个极其巨大的挑战。

目标是宏伟的,挑战是艰巨的。全球能源互联网建设成败,关键看国家电网能否战胜重重挑战。全球能源互联网与高铁不一样,高铁是在国内建设,在国外只是一个产品和技术的输出或投资的输出,而全球能源互联网是一个涵盖全球的一体化网络,只有中国的国家电网公司有这样的技术、实力来建设、管理、运行、维护。国家电网提出要建设这样一个超级电网体系进行“全球配置”资源,以保证全世界“人人享有充足、清洁、廉价、高效、便捷的能源供应”,不仅成为国家电网的责任,也自然而然地成为了中国政府和全中国人民对全世界的责任。所以,国家电网有义务承担起应对挑战的责任。