可再生能源发电工程与智能电网有什么不同

来看一个主动的案例。炎炎夏日的一个上午，某大城市中，随着大批空调逐步开启，用电负荷直线攀升，逼近电网所能承受的最高值。主动配电网主动作为，果断发出“精确制导”的指令，让部分客户家中的空调停运。几分钟后，负荷曲线趋于平缓，电网风险化解……这不是电影里的场景。在不久的将来，随着“主动配电网运行关键技术研究及示范”863课题研究成功，这样的场景就将成为现实。为什么要进行这项课题研究？它有何特点？对供电企业和客户来说，它能带来哪些好处？为此，本报记者进行了详细调查。为什么要研究主动配电网？分布式电源大量进入配电网，到一定程度，传统配电网将面临“电流倒送”危险提及主动配电网的研究，有必要先认识一下配电网的概念和分布式电源的特点。配电网，指的是在电力网中起分配电能作用的网络。打个形象的比喻，如果把电网主网比作人体的“主动脉”，那么，配电网就是四通八达的“毛细血管”，用户则处于这些毛细血管的最末端。电由大型发电厂发出，流经主网，通过配电网送到用户，就如血从心脏流出，流经主动脉，通过毛细血管输送至全身一样。电流自上而下流动，就如同大河衍变成小河，再从小河衍变成小溪。在传统的配电网中，线路选型、设备选型、相应的继电保护、潮流控制、计量，考虑的都是单方向流动的特点。分布式电源的出现，使得用户可以不再被动地接受电网输送的“血液”补给，而是具有了“造血”的能力。但随着分布式电源不断增多，“造血”的量不断增加，其分散性、不稳定性、间歇性的特点，则使得这些新造“血液”不能平缓、定量、持续地输入“毛细血管”。当分布式电源增多到一定的程度，就会影响传统配电网的特性。这意味着，传统配电网的保护、控制策略将失效，电网的供电可靠性将受到影响。国网北京电力科信部副主任黄仁乐告诉记者：“根据国外的经验，分布式电源接入容量原则上不超过配电网容量的30%，否则，电流可能产生倒送，有些保护和控制就会误动。”为对日益增长的分布式电源加以有效控制，主动配电网的研究被提上日程。什么是主动配电网？“看”得更宽更远，“听”到更多信息，主动服务分布式电源，预判化解停电危险什么是主动配电网呢？黄仁乐给出这样的定义，“主动配电网是内部具有分布式或分散式能源，具有控制和运行能力的配电网。主动配电网有四个特征，一是具备一定分布式可控资源，二是有较为完善的可观可控水平，三是具有实现协调优化管理的管控中心，四是可灵活调节的网络拓扑结构”。“可观性”体现在，主动配电网控制中心可以监测到主网、配电网和用户侧的负荷和分布式电源的运行情况，在此基础上利用态势感知技术预测其发展状态，提出优化协调控制策略。“可控性”体现在对分布式电源、储能、负荷等的灵活有效控制上。当优化协调控制策略制定出来以后，通过控制中心能够实现有效的执行。通俗地讲，主动配电网有更大的可观测范围，能掌握更多信息。目前对电网的监测范围只能到配电网，没有办法知道用户更多的实际用电信息，比如说，有没有使用空调、安装光伏，有哪些重要设备，更不可能知道用户的用电行为习惯，什么时候洗衣服、开空调……主动配电网却可以知道这些信息，进而主动服务用户，满足用户的需求。它通过自动采集到的信号，进行数据分析掌握相关信息，为用户提供最优方案。供电企业事先可以将网络和负荷准备好，提醒用户在合适的时机选择用电等。用户可以随时查询到实时的电价，来调整用电行为，节省电费支出，还可以查询到周边分布式电源有哪些，自主选用，实现一定区域内的电力资源最优分配等。主动配电网的“主动”,还体现在对有可能出现的危险进行预判，并制定一定应对策略，通过控制中心有效执行，而不是像传统配电网只能在故障发生后才被动地采取措施。黄仁乐给记者举了一个例子。当即将遭遇暴雨时，哪些线路有可能遭遇雷击，可以通过控制中心对电流进行控制，使其绕过这些线路，防止大面积停电的发生，这需要用上一项关键技术——态势感知技术。主动配电网好在哪里？有力促进新能源消纳，形成分布式电源和配电网相互备用格局，为用电客户节约电费作为课题牵头研究单位，国网北京电力相关负责人介绍说，主动配电网研究背后，有现实的强烈需求。近年来，首都新能源、电动汽车等快速发展，都对配电网规划建设和运营管理提出了新要求。课题的立项，为解决以上问题提供了契机。课题的意义还远不止于此——它将引领我国智能配电网领域的发展方向，具有巨大的经济和社会效益。对用户来说，灵活接入主动配电网，意味着更高的供电可靠性和供电质量。分布式电源和电网供电可以互为备用电源，减少停电时间，缩小停电面积，提升终端能源的利用效率。对消费者来说，主动参与需求响应和电网运行，不仅能大大提高用电的自主性，也能直接节约电费支出。打个比方，在电网负荷较高时，客户可以将自家的分布式电源所发的电卖电给电网，而在电网负荷较低时，用大电网的电，最大限度减少电费指出。对电网企业来说，主动配电网的投入将使运营成本大大降低。高效运行的主动配电网可以提高电能传输效率，带来节能效益；多电源协同则可有效解决地区输配电能力不足等问题，保证电网稳定可靠运行；还可以进行有效的移峰填谷——如本文开头所说的那样精确控制负荷，减少系统故障率等。主动配电网的投运，亦可解决可再生能源的消纳问题。它的投运将提高地区清洁能源和可再生能源的占比，实现可再生能源全部消纳，改善环境，还将推动智能楼宇等一系列智能电网相关技术的建设发展。

平抑功率波动。储能用于平抑功率波动。风电、光伏等分布式可再生电源出力的波动性将引起配电网功率的波动，利用储能系统快速充放电特性，减小可再生能源并网对配电网的冲击，增强配电网的可控性。

据外媒报道，国际能源机构说，在大多数国家，太阳能发电机比新的燃煤或燃气发电厂更便宜。

国际能源署表示，太阳能产量预计将在未来10年引领可再生能源供应的激增，在目前情况下，可再生能源将占全球发电量增长的80%。

在周二发布的年度《世界能源展望》中，国际能源机构在其核心情景中表示，到2025年，可再生能源有望取代煤炭，成为主要的发电方式。该情景反映了国际能源机构已宣布的政策意图和目标。

该报告称，太阳能光伏和风能在全球发电中的总份额将从2019年的8%上升到2030年的近30%，太阳能光伏发电能力将以平均每年12%的速度增长。

国际能源署执行干事法提赫·比罗尔说，“我认为太阳能将成为世界电力市场的新霸主，根据目前的政策设置，2022年以后每年的部署都将创下新的记录。”

国际能源署称，成熟的技术和政府支持机制降低了大型太阳能光伏项目的融资成本，有助于降低总体产出成本。它说，在大多数国家，太阳能光伏发电比新的燃煤或燃气发电厂更便宜。可再生能源发电是2020年持续增长的唯一重要能源。

报告称，希望到2050年采取净零排放目标，将使光伏发电的表现更加强劲。报告还指出，尽管太阳能和风能发电有所增长，但碳排放预计在2020年下降24亿吨之后，将在2021年回升，并在2027年超过2019年的水平，到2030年达到36亿吨。

国际能源署表示，在许多情况下，长期目标与具体的近期减排计划之间仍存在差距。该报告还说，将新的风能和太阳能发电整合起来，将取决于包括配电网络在内的系统各部分的充分投资。潜在的原因是需求低于预期、未支付账单或发展中经济体公用事业财务状况恶化，这可能会使电网成为一个薄弱环节。

据外媒报道，国际能源署在关于可再生能源的报告中预计，2019年至2024年期间，全球可再生能源总装机量将增长1200GW，增幅达到50%，太阳能光伏将成为主导。其中，仅太阳能光伏一项就占了预期增长的60%，而大陆上风能则占据了增长中的四分之一。尽管水力仍占可再生能源总装机量增量的十分之一，但其增长速度正在放缓。报告指出，到2024年，中国占全球可再生能源装机量增长总量中的40%。对中国的预测值高于去年，主要是因为中国的系统集成有所改善，更低的弃风率，以及增强的太阳能光伏和陆上风能的竞争力。

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作者：吃多不长肉

责编：路一斯

应对全球气候危机，实现温室气体的净零排放，“碳中和”目标正促使各国朝着绿色、零碳经济转型。氢能是清洁能源的表现形式之一，由于“绿氢”产自可再生能源，因其具有的从生产到使用的零碳排放优势而备受青睐。

在智利最南端的麦哲伦省，立足于当地丰富的风能资源，西门子能源携手多个合作伙伴共同打造了“Haru Oni”项目，创新了绿氢生产与应用的场景，即利用可再生能源生产气候中立的合成燃料，这不仅能为高碳排放的交通运输行业提供清洁燃料，也将为可再生能源丰富的地区提供清洁能源输出提供巨大商机。

西门子能源首席执行官克里斯蒂安·布鲁赫博士（Christian Bruch）表示，“可再生能源将不仅在有市场需求的地方生产。风能、太阳能等自然资源丰富的地区也将成为可再生能源的产地。因此，新的供应链将在世界各地兴起，支持可再生能源在地区间的运输。”

西门子能源股份公司新能源业务全球首席战略官兼新能源亚太区业务负责人赵作智博士在接受采访时表示，重要行业如交通运输、工业等的??深度脱碳离不开绿氢的使用。未来，氢能在储能和运输方面将扮演越来越重要的角色。

可再生能源的全球化分配

氢气作为能源载体，将在全球能源转型中与电力互为补充。电解水制氢被认为是未来制氢的发展方向，尤其是利用可再生能源电解水制氢。

目前传统的制氢模式，不管是“灰氢”还是“蓝氢”，它们的生产还是使用过程，都存在着高碳排的问题。当电解水制氢过程中使用的电力完全来自风能、太阳能、水能或地热发电等可再生能源时，其产生的氢气才能被称为“绿氢”。

数据显示，2020年，全球交通运输行业二氧化碳排放量高达排放量达到88亿吨，仅次于能源、工业成为第三大碳排放源头，尤其是公路运输占比较高。因此，在二氧化碳减排面临挑战的领域，比如交通运输、炼油和钢铁等行业，绿氢将助力其实现深度去碳化。

“Haru Oni”项目依托智利的风能优势，通过电解槽利用风电将水分解为氢气与氧气，然后利用从空气中捕获二氧化碳与绿氢结合，制取合成燃料。在这个过程中，西门子能源灵活高效的质子交换膜（PEM）电解技术，由于其具有的快速启停，在极短时间达到满载运行的优势，能够很好的解决风能的不稳定性问题。

未来，由绿氢制成的合成燃料，将有着广阔的新应用领域。与传统化石燃料相比，合成燃料的碳足迹显著降低，基于合成燃料的绿色产品，将成为运输、交通或供暖部门深度脱碳的有力选择。

据了解，“Haru Oni”试点项目是全球首个工业级综合性合成清洁燃料商业工厂。预计最早在2022年，工厂将完成第一阶段试点，年产约13万升合成清洁燃料。根据项目规划，，将在2024年和2026年分别实现5500万升和5.5亿升的年产量目标。

智利享有风力发电的优越气候条件，且电力成本低，具备面向全球市场生产、出口以及在本地应用绿氢的巨大潜力。“Haru Oni”项目产生的经济效益，不仅可以促进可再生能源丰富的地区经济增长，也能通过清洁能源传输机制，令工业国家受益于更加多元化的绿色能源供应和稳定的能源成本，实现双赢的局面。

2021年5月，西门子能源启动了中东和北非地区首个工业级太阳能驱动的绿色氢能生产设施，利用太阳能园区的日光太阳能，该项目能够在1.25MWe的峰值功率下，每小时生产大约20.5公斤的氢气。

该试点项目展示了从太阳能制绿氢到氢气的存储和再电气化。这套系统可以为可再生能源的生产提供缓冲，既可用于针对需求增加的快速响应，也支持长期存储。在该地区太阳能光伏发电和风力发电成本低廉的背景下，氢气有望成为未来能源组合中的关键燃料，并有可能为拥有丰富可再生能源资源的地区带来能源出口的机会。

根据国际氢能委员会预计，到2050年，氢能将承担全球18%的能源终端需求，创造超过2.5万亿美元的市场价值，燃料电池 汽车 将占据全球车辆的20%~25%，每年为交通运输行业贡献至少三分之一的碳减排。

西门子能源正在通过构建电能多元化转化系统（Power-to-X）的基础设施帮助客户实现其去碳化目标，并为全球范围内的跨行业去碳化做出贡献。西门子能源拥有面向可持续的、零碳排放的能源供应所有核心技术，从可再生能源、高效燃气电厂，到输配电和低碳的能源工业应用关键设备和解决方案，再到高效的电解水制氢解决方案。

在中国实施首个兆瓦级绿色制氢项目

氢能产业在整个能源行业的地位已逐渐提高。截至2021年初，全球已有30多个国家发布氢能产业发展路线图。日本和欧盟均已公布氢能战略，对2030年和2050年的绿氢产量和氢能源 汽车 的普及率提出具体目标。

去年，国务院办公厅及国家能源局等颁布了《新能源 汽车 产业发展规划（2021-2035年）》《关于建立健全清洁能源消纳长效机制的指导意见（征求意见稿）》等支持政策，鼓励推广绿氢、分布式能源、燃料电池等重点技术的研发和商业应用，氢能产业将迈入商业化和规模化发展的新阶段。

推广绿氢使用的一大难点在于如何降低成本。对此，赵作智博士以光伏发电成本下降举例对照，一是技术的创新突破，二是规模化应用的效应。“将需求端培养起来以后，能够有效拉动供给端，规模化效应就起来了。”他认为，绿氢的成本在于电解槽设备和用电成本，其中，可再生能源产生的绿电成本高低，以及设备的利用小时数，是最大的影响因素。

今年4月，BloombergNEF发布的氢能平价更新报告，建模预测了15~28个国家未来的绿氢降本路线，表示到2050年绿氢价格将低于天然气、灰氢和蓝氢，届时，绿氢成本将较现在降低85%，低于1美元/千克。报告同时表示，到2030年，从成本上来讲蓝氢项目的必要性将大大降低了。受益于光伏成本的大幅降低，未来绿氢降本有望提速。

在碳达峰、碳中和目标的推动下，广东、上海、浙江、江苏、山东等30个省份将氢能写入“十四五”发展规划，总产值规模将达近万亿元。此外，北京、河北、四川等省份还纷纷出台了氢能产业发展实施方案。

对于国内氢能市场的发展，赵作智博士表示，“中国是很好的一块土壤，我们有政策、有资本，也有??各行各业，一些领军企业也有意愿去尝试一些新技术，有资金、有人才、有市场，未来，随着技术的进步，绿氢的发展潜力十分巨大。”

据了解，西门子能源专注于三大领域的技术创新，一个是低碳或零碳的发电；第二是低碳环保的输电；第三是针对工业领域的去碳化，尤其是油气、化工、造纸等能源密集型行业。

赵作智博士透露，目前，西门子能源在国内布局，主要是通过和领军企业合作，发挥各自优势降低成本，推进技术应用。在实现双碳目标的背景下，业内遵循着需求拉动供给的规律，以技术解决方案节能降本，推动应用规模化的形成。

2019年9月，西门子与国家电力投资集团（“国家电投”）签署《绿色氢能发展和综合利用合作谅解备忘录》。双方计划进一步拓展绿色氢能项目的合作。

2020年8月，西门子能源与中国电力国际发展有限公司（下称“中国电力”）旗下的北京绿氢 科技 发展有限公司签署协议，为中国电力氢能创新产业园提供一套橇装式质子交换膜（PEM）纯水电解制氢系统“Silyzer 200”。这一项目所在的北京市延庆区是将于2022年举行的大型 体育 赛事的三大赛区之一。西门子能源的绿色制氢解决方案将帮助确保赛事期间和赛后的公共交通运营所需的氢能供应。

据介绍，这是西门子能源在中国实施的首个兆瓦级别绿色制氢项目，设备已经运达现场，在安装调试后将很快投入运营。作为该制氢-加氢一体化能源服务站的核心设备，西门子能源提供的PEM纯水电解制氢系统Silyzer 200能够以高能量密度和运行效率实现工业规模的高品质氢气生产。此外，该制氢系统具有快速响应能力，带压启动至稳定运行时间不超过1分钟，并可直接与可再生能源耦合。

展望未来发展，“绿氢方面，我认为中国会引领整个世界。现在领先的是中国和欧洲，这两个市场有他们自身得天独厚的地方，两边一起来、两家火车头一起拉动，这也符合一个整个中欧合作的一个大框架。”赵作智博士说。

未来配电网中将会逐步普及的新技术包括：

1、先进的配电网自动化(Distribution automation，DA)技术

2、配电网馈线自动化技术，包括智能馈线终端重合器和继电器

3、电力电子技术

4、馈线电压/无功控制技术

5、先进传感技术

6、智能通用变压器

7、多功能固态开关技术

8、配电网故障预测及定位技术

9、先进的计量设施(Advanced metering infrastructure，AMI)

10、本地能源网络控制器

11、分布式电源，包括分布式发电设备，可再生能源，储能设备。

电力设施受国家保护。禁止任何单位和个人危害电力设施安全或者非法侵占、使用电能。电力建设、生产、供应和使用应当依法保护环境，采用新技术，减少有害物质排放，防治污染和其他公害。国家鼓励和支持利用可再生能源和清洁能源发电。

微电网（Micro-Grid）也译为微网，是一种新型网络结构，是一组微电源、负荷、储能系统和控制装置构成的系统单元。微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。微电网是相对传统大电网的一个概念，是指多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，并通过静态开关关联至常规电网。 开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，是传统电网向智能电网过渡。

智能电网（smart power grids），就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。

两个都是电力系统专业的新概念。都与新能源技术的大规模应用有关，因为传统电网无法大量消纳光伏、光热、风电等新能源电力，所以才提出以上技术，特别是前者。智能电网最先由米国提出，是一些有信息技术产业背景（）的议员在忽悠。

2019年已经过半。变革与不确定仍然是中国的能源领域将要面对的现实，新的机遇和挑战正在加速行业洗牌。面对变革，唯有立足当下厘清趋势，才能把握时代的机遇才能迎接未来的挑战。

那么，2019年，中国的能源领域正在发生着哪些故事呢？

电力体制改革加快跨省电力交易扩大

2018年12月25日，国家电网公司召开发布会，明确下一步将着力抓好10项重点工作，不断把全面深化改革向纵深推进。

次日，国家发改委、国家能源局发布《关于请报送第四批增量配电业务改革试点项目的通知》，明确为加快向 社会 资本放开配售电业务，将继续组织开展第四批增量配电业务改革试点。

2018年12月27日，甘肃、山西电力现货市场试运行启动，由此拉开2019年我国的电力体制改革序幕。随着今年电力体制改革的推进，电力现货市场建设正进一步加快，跨省区电力交易规模正持续扩大。可以说，2019年我国电力体制改革取得标志性成果。有望取得关键突破。

油气体制改革加速管网独立取得突破

2018年，关于“油气管网独立、国家管道公司将成立”的消息频频传出。从国家对能源体制改革基本思路“管住中间，放开两头”来看，管网分离是油气体制改革的必由之路，此举有利于油气公司进一步深化混合所有制改革。要真正有效打破油气领域垄断，推动油气领域纵向产业链的市场化、专业化分工，首先要实现真正的油气与管网的分离，2019年是关键一年。

新能源车逆势上行氢能源是大势所趋

2018年经济下行压力较大，导致 汽车 销量一路走低，但新能源车却保持产销量持续高速增长。氢燃料电池 汽车 因其具有良好的环境相容性、能量转换效率高、噪音小、续航里程长、加注燃料时间短、无需充电等特点，被视为很有前景的清洁能源 汽车 。目前，国内用于示范的氢燃料电池 汽车 已达200余辆，累计运行里程10余万公里。2019年氢能源 汽车 产值将迎来高速发展期。到2030年我国氢能 汽车 产业产值有望突破万亿元大关。

天然气供需仍处紧平衡

中国已于2017年超过韩国成为世界第二大液化天然气(LNG)进口国，超越排名首位的日本已隐约在望。

2019年，国家层面为天然气保供做足了准备。天然气产量和供应量再创新高，储气能力建设进展明显，预计全年天然气增产100多亿方、增供300多亿方，冬季取暖期供应量与去年同期相比，日均增加约1亿方。预计2019年全年，天然气供应量将继续稳步增加，但随着治理大气污染、“煤改气”的继续推进，天然气供需仍将处于“紧平衡”状态。

光伏步入平价时代光储一体渐成趋势

在经历了前两年的突飞猛进后，维持新能源装机的可再生能源基金不堪重负，补贴缺口巨大。光伏的未来取决于是否能平价上网，降成本能力成为该行业核心竞争力。

2019年已经开始“以点带面”，开启光伏平价时代。随着储能技术的快速提升和成本的不断下降，“光伏+储能”将在未来能源领域扮演重要的角色，2019年有更多企业布局这一领域。

风电产业全年回暖海上装机稳步向前

2018年风电行业加快推动海上风电和分布式风电发展步伐，在此前连续两年装机量下滑的态势下，实现了局面的扭转。海上风电曾是行业发展的短板，经过3年多的发展，无论是在可开发资源量上，还是技术政策层面上，我国海上风电目前已基本具备大规模开发条件。目前，风电企业经历两轮周期洗礼，龙头企业的竞争优势十分明显。预计2019年风电装机规模将呈现全年回暖的状态，达到30GW左右的水平。

配额制艰难出台鼓励新能源发展

2018年末，国家能源局再次下发征求《关于实行可再生能源电力配额制的通知》意见函，这是继2018年3月、9月以来，配额制第三次征求意见。可以说，艰难出台的配额制将为新能源发展增添一大驱动力，从地方政府、电网公司的角度，形成新能源发电量、输电量的考核压力，从而鼓励新能源的发展。预计，2019年度配额指标将于上半年发布。

国网混改再提速特高压迎建设高峰

2018年9月，国家能源局下发《关于加快推进一批输变电重点工程规划建设工作的通知》。通知提到，将在2018年、2019年两年间核准9个重点输变电线路，共涉及“七交五直”12条特高压线路，这是继2012年大规模规划建设特高压之后的又一个建设高峰。2018年末，国家电网公司召开新闻发布会，宣布在前期增量配电、交易机构和抽水蓄能电站等混合所有制改革 探索 的基础上，继续加大“混改”范围和力度，推出向 社会 资本首次开放特高压建设投资等一系列举措。

值得注意的是，除国内市场打开外，特高压海外市场前景也十分广阔。一般而言，特高压建设周期在2年—3年左右时间，这意味着2019年会成为交货大年，2020年设备厂商或将迎来业绩高峰。

“三弃”问题有缓解新能源高质量发展

据国家能源局数据显示，2018年前三季度，可再生能源发电消纳情况持续好转，弃电量和弃电率保持下降趋势。预计2019年，全国可再生能源发电利用率进一步提升，弃电量和弃电率保持在合理水平，到2020年基本解决弃水弃风弃光问题。

促关联产业发展

煤化工市场重回快车道

在2018年12月召开的全国能源工作会议上，有关领导强调，科学有序推进煤制油、煤制气等示范项目。在国家能源安全和油价缓慢回升的形势下，煤化工市场正在重回快车道。目前，我国煤制油、煤制天然气等现代煤化工技术尚属新行业，煤化工项目投入和产出规模大，对带动关联产业发展和促进地方经济活力影响深远。同时，由于煤化工项目涉及水资源消耗、土地占用、环境污染，以及产品质量标准、定价、市场准入等问题，我国现代煤化工产业发展面临着产业政策不完善、重视不足等问题，一些核心技术、设备也受制于人。

但作为国家支持的能源行业发展方向，预计2019年，煤制油、煤制气产业政策将逐步完善。