大规模可再生能源的发展需以大能源观为指导

　　中国风电材料设备网：电力系统要讨论的是：当可再生能源在电力系统中占到80%甚至更多，当可再生能源在远距离输电中占到80%甚至更多，而电动汽车的充电负荷在电力负荷中占到20%甚至更多时，现在的智能电网概念中需要哪些新的外延、能源转换及储能技术的突破可能带来的影响，以及电网如何更好地去适应大能源的变革。
　　能源是社会发展的重要物质基础，而可靠的电力供应则是现代文明的重要支持。一次能源在各类发电厂中转化成电能形式的二次能源后，经过输、配电网输送给各种用户，完成终端能源的功能。其中，电能是二次能源的核心，而电网则是支撑在广域内共享电能的传输平台和电力市场互动的物理平台，是一次能源及终端能源之间的枢纽和桥梁。
　　按照发达国家的经验，如果电能在终端能源中的占比增加1个百分点，则能源强度将降低3.7个百分点。预计中国电能占终端能源的比重，将从2009年的18.5%增长到2020年的28.0%及2030年的32.0%。电力对能源安全的重要性显而易见。
　　为了确保电力系统的安全，必须研究完整的能源流，包括一次能源特别是可再生能源的开发、二次能源的转换及终端能源消费的规律，并保证能源流的整体可靠性。另外还需要研究资金流、物流、人才流和信息流等的可靠性，以支撑电力流及能源流的安全及其协调优化。
　　人类活动产生的污染增加了大自然的生态负载。作为人类最主要的活动，能源开发与消费链中的各个环节的排放都严重影响到生态平衡的裕度。一旦生态负载超过了自然界的自修复能力，生态平衡被颠覆，就必然有更多的自然灾害来惩罚人类，包括大停电乃至人类文明的毁灭。
　　为此，需要在一次能源中用可再生能源大规模地替代化石类能源，在终端能源中用电能大规模地替代化石类能源，并充分发挥电能在二次能源中的主导作用。
　　由于水能、风能、太阳能等可再生能源难以直接以原来的能源形式输送，必须转换成电能后才能适用于大多数终端负荷使用，也才能在区域内共享能源。因此，没有强大可靠的远方输电网以及智能灵活的主动配电网，就无法在终端能源中实现电能对化石能源的大规模代替，也就不可能在各种一次能源、二次能源及终端能源的各自内部及相互之间实现协调优化。
　　此外，风电和光伏发电具有很强的间歇性和随机性，不但无法直接控制，并且其预测误差大大超过负荷的预测误差，特别是风电的突变时刻与程度都难以准确预报。设想当可再生能源发电大规模入网，例如占到发电用能50%甚至更多时，突然风与阳光在几分钟内从很大降到很小，电能的充裕性将成为巨大的挑战。电力系统的瞬时备用及旋转备用的调度问题将随着可再生能源比例的增加而越发突出，如何保证二次能源和终端能源的安全是极为严峻的挑战。
　　为此，需要在众多相关领域中取得重大突破。这包括但不止于：各种可再生能源发电技术、远方输电网及主动配电网技术、风电和光伏发电在不同时间尺度上的预测技术、储能技术、电能替代技术、备用容量与备用电量的配置及调度技术，以及与能源系统融合的信息技术。
　　目前我国的停电防御系统虽然已经取得巨大成绩，但由于其监控范围局限在电力系统内部，无法防御极端自然灾害及严重的一次能源事件等外部因素引起的大停电。
　　为了解决这个问题，就必须将研究范围扩大到外部灾害演化过程及其机理，并将监测点及预测尽量推前到接近外部灾害的源头，从而为停电防御留出更长的预警时间。南瑞集团的雷电预警软件已经在江西省防御体系中运行了四年，效果很好。
　　要有效地保证能源安全，就需要一个顶层设计。美国、欧洲、日本提到了能源互联网。能源互联网到底是什么？目前众说纷纭，也许在今后相当长的一段时间内，这一概念还会更加模糊。许多说法将信息技术中Internet的术语，如IP地址、路由器、通信协议等直接搬到电力流或能源流中；而另一些论述则完全套用了对智能电网的描述。
　　Internet的中译名是互联网，这是支持信息流的计算机技术。对特定的信息可以指定特定的接受者，可以调度其传送路径，可以将其缓冲、存储或滞后传送。而能源流服从的物理规律与信息流不同，用户是无法区分他所消费的电能是从哪里注入电网的。
　　信息流全方位地支持整个能源流的安全防御及优化运营。但是，能源互联不能生搬硬套Internet的概念；简单地将能源互联网描述为类似于Internet只能引入更多的困惑。
　　另一方面，如果不能清楚地区分能源互联网与智能电网的概念，如果对能源互联网特征的描述都早就在智能电网文献中反复出现，那么就不应该为之提出新的名词。
　　如果一定要在智能电网概念的基础上提出一个新的概念，那么比较有说服力的理由是：为了保证电力这个能源核心环节的安全，必须从大能源的层次来研究电网的上游及下游，即一次能源及终端电源与电力系统的交互。电力系统要讨论的是：当可再生能源在电力系统中占到80%甚至更多，当可再生能源在远距离输电中占到80%甚至更多，而电动汽车的充电负荷在电力负荷中占到20%甚至更多时，现在的智能电网概念中需要哪些新的外延、能源转换及储能技术的突破可能带来的影响，以及电网如何更好地去适应大能源的变革。
　　我心目中的顶层设计是包括可再生能源在内的各类一次能源，电能为主的二次能源，以及能源需求侧的各种终端能源之间的综合交互与协调优化，故最好称为“互联能源网”或“综合能源网”。即使由于习惯或其他原因，沿用能源互联网的名称，也应该理解为“大能源网”，而对应的英文名称应该是Comprehensive Energy Network，而不是Energy Internet。
　　（中国工程院院士、国网电力科学研究院名誉院长薛禹胜）