如何打造弹性电网 应对可再生能源带来的挑战

挑战一：基础设施大量增加。智能电网需要灵活的网络拓扑，但是未来电网的典型网络拓扑结构还不够清晰智能电能表的安装范围不断扩大，但是它们如何支持电网的规划运行仍然不确定，其功能还需要大力挖掘采用基于新技术的基础设施，可能遇到经费、风险和运行人员知识不足等问题。

挑战二：缺乏通信的标准和协议。标准化的缺乏，特别是与分布式电源和储能相关的标准化的缺乏会抑制各运行单位(发电、输电、配电和电力消费者)之间的数据交换，阻碍系统的完全优化，使系统效率降低。

挑战三：互操作性标准有待完善。互操作性标准使电力系统的所有设备之间的协调成为可能。在一些领域，像分布式电源和储能，虽然有标准，但还很有限，分布式电源跟系统的互联，在缺乏协调功能的情况下，只能以局部的和自治的方式运行。分布式电源的发展需要从电网角度考虑，与电网协调运行。

挑战四：计算机网络安全。数据的安全、隐私保护与信息访问的权限等问题，还存在不确定性，这些问题都会阻碍智能电网解决方案的采用。未来能源互联网、智能交通等系统都会产生大量的数据，也将会造成新的数据安全的问题。

挑战五：研究适应分布式电源发展的运行和规划模型。智能电网模型需要综合考虑计算机网络、基础设施，市场，乃至国家政策方面的影响。未来的规划模型需要考虑在分布式电源高渗透率的条件下，如何优化系统运行，这是个重大挑战。

挑战六：负荷、电源计划安排和调度。在基于逆变器的可再生能源发电的数量日益增加的趋势下，电网兼容性标准需做出很大改变，而且必须修改成能同时管理传统发电和基于逆变器的可再生能源发电。现在对分布式电源的调度模式还不能使利益相关方均获益，现在还缺乏能识别最优负荷和电源平衡的好模型。

以再生能源电力替代传统煤电，少用煤电，多用天然气。

未来智库报告认为，针对中国富煤贫油少气的能源资源禀赋，碳达峰的重中之重必定要建立在对煤炭消耗的控制上。因此，终端电气化率提升和前端电力的深度脱碳是减碳降碳的关键。

对于化工行业而言也是如此。在碳达峰碳中和的挑战下，以再生能源电力替代传统煤电，提升企业的能效管控，推进企业向绿色化生产发展将是化工企业降低碳排放的有效途径。目前，行业领先的化工企业都在开发使用可再生能源电力来运行自身装置。

以减少二氧化碳的排放。比如，特种化学品公司赢创表示，公司正在全球范围内通过新型能源管理系统、更高效的发电厂、绿色电力、蒸汽和天然气来确保可持续能源供应。其中上海的一工厂在2020年已实现100%使用绿电生产。

赢创还在其位于上海的多用户生产基地内安装了太阳能光伏发电设施，以减少对传统煤电的购买。

可再生能源：风能、水力潮汐能、太阳能、生物质能

新能源发展面临哪些挑战：技术层面主要是发达国家对关键技术的垄断管制妨碍推广，政策层面是中国等国在“绿电上网”缺乏公平优惠政策，客观层面是“绿色能源”能量密度低不稳定近期不可能成为“主力能源”

我国的新能源发展：城市化工业化飞速发展阶段急需能源增长，同时煤炭石油天然气国内资源日益枯竭越来越依赖国外供应（国外能源地区动荡），只能长期依靠“开源”与“节流”并重的能源政策。

2016年的一项数据显示，世界各项能源当中增长最快的是可再生能源，特别是太阳能和风能，然后是水电、天然气，核电也有增加，但是煤炭和石油基本上仍是持平的，这是一个趋势。所以，整个能源结构是在往低碳、绿色的方向走。在增速方面，全球去年能源增速大概是1%，而中国的增速则是1.3%，基本上持平。在这种背景下，我们再来谈一下中国的能源问题。

中国低碳能源的“三驾马车”

首先，中国能源的头号问题还是要节能提效，因为中国的节能潜力还很大。2015年的一项数据显示，中国贡献了全球15%的GDP，却消耗了全球23%的能源。也就是说，我们单位GDP所消耗的能源是全球能源强度的1.5倍。当然，中国在这方面已经进步了，较早之前需要消耗全球两倍的能源强度。就此而言，我们还有50%的可降低空间。

这也是为什么国家规划到2020年要将碳排放强度比2005年降40%到45%，到2030年降60%到65%，这都经过了大量的论证。当然，国家所做的承诺其实是留有余地的，现在来看，到2020年碳排放强度的降幅可能会达到50%左右。中国能源的浪费也很多，北京市交通委员会2012年公布的数据显示，仅北京堵车一项造成的各种浪费就相当于北京市GDP的7%。所以，中国要讲能源战略，首先得节能提效。

其次，能源结构仍需要调整。新能源，也就是非化石能源，包括可再生能源和核能等都需要增长。而在煤炭、石油、天然气三个主要的化石能源中，相对低碳的是天然气，所以我有一个自己的提法，叫做中国的低碳能源有“三驾马车”，就是天然气、可再生能源以及核能，要靠它们三个一起“拉车”，把低碳能源的比例拉上去。

去年中国的煤炭占一次能源的62%，这已经在进步。可以肯定地说，发改委公布到2020年，中国煤炭占一次能源的比例降到58%；到2030年，降至50%以下；到2050年，要降至30%，煤炭所占比例一定要降下来。其实，煤炭占比巨大的问题并不是中国所独有的，1913年的一项数据显示，全球的一次能源70%都是煤炭。

当今世界的能源结构：煤炭大概占29%，天然气21.2%，石油31%，剩下的非化石能源，占18%-19%。对比来看，中国的任务仍比较艰巨。拿什么在保证煤炭使用的前提下替代它，只有前面提到的“三驾马车”：天然气现在占一次能源的6%，非化石能源是13%，而国家规划到2020年，非化石能源要增加到15%，2030年达到20%。到2050年，我们估计非化石能源加上天然气，应该能占到55%-60%，而煤炭降至30%左右。我们希望能提出这样一个目标，让中国的能源结构更加合理，向更加低碳的方向走。

煤炭的“去路”何在？

我们不妨分析一下上述数据，也是现在存在分歧的地方：到底煤炭的比例能不能这么快地降下来？煤炭现在占我国一次能源的62%，也就是四十多亿吨原煤，但只有一半是用来发电的，剩下一半是直接燃烧的。后者中又有一部分是散烧煤，散烧煤一定要替代下来，这一点没有异议。当然，替代的过程中一定要有一系列的政策、措施，来保证农户等有能力使用更加清洁的能源，这是其一。

第二，钢铁、水泥等工业用煤占比很大。仅河北一省就产出两亿多吨钢铁，大家戏称，全球的钢铁第一是中国，第二是河北，第三是唐山，第四是美国，而钢铁产业需要消耗煤炭。现在这些高耗能产业已经趋于饱和，所以产业要调整，这一点不可否认，水泥亦是如此。所以，工业直接消耗的煤炭需要降低，这一块也非常重要。

第三，煤电方面。煤炭应该主要用来发电，相对集中的煤电污染可能也比较好控制。中国已经装机的煤电9亿千瓦，但却用不了这么多，现今煤电装机容量已经过剩。现在一座煤电厂一年可以运行6000小时，少一点的也达到5000小时，而前年则是4300小时，去年是4100小时，今年大约是4200小时，皆处在低效运行的状态。所以说，煤电的装机不应该再增加，因为已经过剩。

综上来看，中国已经连续三年煤炭的总消耗量在下降，归根结底是因为没有需求了。但仍有一块我认为会有争议：现在有人主张大力发展煤制油、煤制气。但煤制油在产出一吨油的同时还要产出五吨的二氧化碳，而平常消耗一吨煤炭所产生的二氧化碳仅2.5吨，煤制气也要产生二氧化碳，且比煤制油还要多。从低碳的角度来看，为应对气候变化，是不应鼓励煤制油、气的。中国因为缺油、缺气，有一点这样的技术储备是可以的，但不应大肆开发。

此处还应提到科学产能的概念，中国如今每年产出近40亿吨原煤，什么叫科学产能？就是在保证生产安全和少影响生态环境前提下，对煤炭的开采叫做科学开采、科学产能，而中国现今科学产能的能力只有不到20亿吨原煤，所以要减少非科学产能。此外，在开采以后要增加洗煤的比重，脏、差的煤不去用，这些都是煤炭中所存在的一些问题。中国现在科学产能的能力不足，不得不容忍十几亿吨的非科学产煤，这就产生了很多问题，生态问题、环境问题、安全问题等等。而作为煤炭替代品的天然气，因受限于我国天然气资源的总量和能够进口的总量，还做不到高比例。

这样分析下来，我认为中国煤炭消耗不会再增加。

美国依靠页岩气革命使得它的能源独立了，中国随之产生一种说法：我们也要进入气体能源时代，但我认为中国并不会进入气体能源时代。我们要大力提倡发展天然气，增加天然气现在只有6%这个比重，现在国家规划到2020年天然气能增长到10%，2030年希望这个比例能到15%，这已经是很不容易了。天然气的概念指的是常规的天然气和非常规天然气，后者包括煤层气、页岩气、致密气和可燃冰等。

现在，我国三分之一的天然气依靠进口，这个比例应有所加大，因为我们自己增加开采的量还不够，所以要提高进口的比例。如果15%这个目标能够实现，加上石油的贡献，两项占比最多也仅30%多。而现今全球的能源结构，“石油+天然气”的占比是超过50%的。

全球能源结构的变化可以分为三个阶段：以煤为主阶段、油气为主阶段和非化石能源为主阶段，现在世界各国都在开始调整这个结构，要增加非化石能源，特别是可再生能源的总量，往第三个阶段，即可再生能源为主的结构走。

而中国的能源结构也是三个阶段，却有所区别：第二个阶段并不是油气为主阶段，因为中国的油气最多就到30%多。所以，中国能源结构的第二阶段，应该叫多元结构阶段，即煤炭、石油、天然气、可再生能源和核能都“给力”，在这个阶段中各能源此消彼涨，逐步过渡到第三阶段——以非化石能源为主的阶段，这个是全球的大趋势，也是中国特有的模式。

中国的能源安全观应更加长远

对于能源安全观，我提几点概念。传统的能源安全是我需要多少，供给就要满足多少，供给不足的话就不安全了。中国并不缺少煤炭，而是缺少石油、天然气，所以真正的能源安全就是围绕石油、天然气的进口来转，这对目前的中国来讲还是重要的。但中国的能源安全还有一个关键，就是中国的能源环境安全观，需要把能源的环境安全提到战略高度，保证民众呼吸到好的空气，接触到干净的水和土壤，如果这些东西不能保证，我们为什么而奋斗？能源的环境安全观如果提到战略高度的话，国家就必须改变能源的结构。