电网是如何演变为能源互联网的?_能谱网

在“人人享受可持续能源”倡议之下,未来的电网将会发生怎样的变化?减少碳排放、分布式和数字化技术这三大全球性趋势,将对我们的发电、输电和用电方式产生怎样的影响?

原标题:构建“全球能源互联网”

最近,西门子股份公司管理委员会成员奈柯在领英上发表专栏文章《聚沙成塔,成就电力星球》,阐述了电网将在未来演变为能源互联网的大趋势。

【“全球能源互联网”的范例显示出我们可以利用现有的技术,包括电网互联和扩容、智能电网和特高压,加速可再生能源技术的应用,从而提高能源效率,使清洁能源比以往任何时候都更加实惠】

两大技术革命正在引领着21世纪:互联网的发展和致力于减少碳排放的全球能源系统转型。2015年,G7峰会在德国南部小镇埃尔毛举行之后,全世界就开始聚焦一个共同的目标:减少使用化石能源,将电力作为通用能源,到2100年实现零碳排放。随着物联网时代的到来,这两大技术革命迅速会师。最终,我们将迎来能源互联网时代。

□杰弗里·萨克斯(JeffreyD. Sachs)

减少碳排放、分布式和数字化技术正在改变能源领域。这三大全球性趋势造成的联合性影响,我们将其称之为“3D能源模型”,正在改变着我们的发电、输电和用电方式。由此产生的结果是,由大型发电站及集中式输配电系统构成的传统能源模式正在改变。

目前全球经济力量正在重新平衡,由第二次世界大战塑造的世界格局已经被改变。面对日趋多元化的世界格局和各地区愈加紧密的经济联系,促进世界发展的根源应在可持续发展。要实现可持续发展,需要世界各国共同努力,消除发展障碍,推动全球发展,增进各国人民福祉。

金沙贵宾会官网,我们需要一个全新的方式来加速可再生能源转型。现在,数以百万计的小型分布式发电机组正在被接入能源系统,需要我们用新的方式去组织和管理。此外,“产销者”开始脱颖而出——他们既是生产者也是消费者,在售卖电力的同时也在购买电力。

现在,中国为实现《巴黎协定》的目标,提出了宏伟的计划。《巴黎协定》指出,各国将加强对气候变化威胁的全球应对,把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2℃之内,并为把升温控制在1.5℃之内而努力。上述目标的实现主要依靠世界主要能源来源的转型,从碳基化石燃料(煤炭、石油和天然气)转移到可再生的零碳能源(风能、太阳能、水能、地热、海洋能、生物质能)以及核能来实现。中国的“全球能源互联网”(GlobalEnergy
Interconnection,简称GEI)倡议及行动计划,为实现这一能源转型目标,描绘了一个激动人心的愿景。

在随后的能源转型过程中,网络技术也将发生重要作用。未来,为了实现能源互联网,电网将不仅仅承担输配电的功能。

不缺化石能源,缺的是碳预算

诱因:对清洁能源的持续需求导致解决方案变得复杂

鲜有政府对这一转型的规模具备充分的认识。气候学家经常提到“碳预算”,也就是人类未来几年可以排放的二氧化碳总量,要符合将全球变暖控制在2℃以内的规则。

根据联合国“人人享有可持续能源”倡议的报告,全球有超过10亿人口仍未用上电。例如,在人口增长迅猛的撒哈拉以南的非洲国家就深受缺电困扰。据联合国预测,到2040年全球人口数量将增加近20亿,且以发展中国家为主。无论是政治领袖、工业界还是援助性组织都一致认为,让所有人都能用上电,无论从道德层面还是经济层面都是非常必要的。

根据挪威国际气候研究中心(CICERO)估算,从工业化革命之初的1850年到2017年这167年间,人类的化石能源消费大约已经排放了21000亿吨二氧化碳。在此基础上,只要再增加排放1500亿吨的二氧化碳,全球平均温度就会比1861-1880年的平均温度增加1.5℃。按照目前的排放规模(每年400亿吨二氧化碳排放),只要4年就会净增1500亿吨的碳排放。考虑到气候系统的惯性,预计最迟10年内全球平均升温就将超过1.5℃。

但并非所有人都意识到的这样的困境:如果这部分新增的人口还采用与我们一样的生活方式和用电方式,我们会面临怎样的问题?如果发达国家和这些地区的电力有一半来自于化石燃料,我们的环境将会发生怎样的变化?

如果以升温2℃为限,那么人类剩余的碳排放预算也仅剩下8000亿吨。按照每年400亿吨的排放水平,大约20年内就将耗尽我们的碳预算。而按照现有的化石能源开采规模而言,如果将其全部燃烧的话,将排放10000亿吨二氧化碳。这意味着必须在本世纪中叶甚至更早就要淘汰化石燃料,并彻底转向零碳排放的主要能源。

可以确定的是,国际社会雄心勃勃的环境保护目标会因此面临挑战。更为严重的是,将全球升温幅度控制在2度之内的目标也会立刻变得岌岌可危。

这就意味着,热电厂需要被逐步淘汰,取而代之的是用其他零碳能源来发电。燃油车也需要逐步用电动汽车代替。今天的船舶、重型卡车和飞机也全都依赖石油产品;未来,它们需要使用以再生二氧化碳和可再生能源制造的合成燃料或氢燃料。今天的工业生产,如为钢铁制造提供动力的化石燃料,也必须由清洁电力来取代。简而言之,就是需要大规模使用零碳能源发电,尤其是风能和太阳能等形式的可再生能源。

毫无疑问,使用化石能源与全球气候变暖有着直接的联系。如果有人认为,温度的上升和发生自然灾害的频率及强度无关,那他们不过是在逃避现实罢了。

可再生能源的间歇性

如果所有人都效仿工业发达国家,交通业就是一个很好的全球性案例。如今,交通工具的尾气排放量已经比1990年高出了约60%,主要的原因就是发展中国家和新兴国家汽车数量的急剧增长。仅仅在中国,过去10年汽车数量就翻了两番,达到了2亿辆。

全世界有足够的零碳能源来推动全球经济的发展,事实上,零碳能源可以推动增长的全球经济规模远大于现在。关键的一步是,要向有需求的人口中心提供零碳能源。中国的宏伟愿景就在这里呈现。

全球电力需求也在不断增长。专家预计,到2040年全球发电量将增加约80%。这不仅源于发展中国家和新兴国家对电力供应的潜在需求,还包括工业化国家由信息和通信技术的应用带来的用电需求增长。

近年来,中国国内一直面临能源转型挑战。中国最好的可再生能源供应(尤其是风能和太阳能)均位于西部,而大部分人口和能源需求均集中在东部沿海地区。中国一直在通过建设一个以超高压(UHV)输电的大规模配电网来解决这一问题,这种输电方式输送容量大、送电距离长、线路损耗低、占用土地少。100万伏交流特高压输电线路输送电能的能力是50万伏超高压输电线路的5倍。所以有人这样比喻,超高压输电是“省级国道”,而特高压输电则是电力“高速公路”。

这些发展趋势带来的影响显而易见:人人都需要电力——最好利用可再生能源,并以环保的方式发电。从使用化石燃料和利用大型发电站进行集中供电,向利用数量更多且更分散的可再生能源发电转型,不可能一蹴而就。除了政治和经济问题,这种根本性变革还会给我们带来巨大的技术挑战。

远距离的超高压输电既经济又高效,中国在这项技术的开发上已取得重大进展。现在,中国提出用一个超高压全球电网联通整个世界。与中国一样,全世界可再生能源丰富的地区(如日照和风力最强的地方)往往远离人们的居住地。例如,沙漠地区的太阳能资源丰富,偏远地区的风力发电潜能也往往最高(包括海上风电),流经无人山区的偏远河流具备巨大的水能潜力。

无论从时间还是空间上来看,发电侧和用电侧都正在变得越来越独立,这显然会使能源系统更加复杂。而随着其集成的配电单元不断增加,系统则会变得越来越复杂。

中国提出建设一个全球联通的能源电网,其背后的逻辑在于可再生能源具有间歇性的特点。太阳只在白天照耀,而即使是在白天,浮云也会对抵达光伏板的太阳能造成影响。同样,风力的强度也会不断起伏。如果能将这些间歇性能源连接在一起,就可以实现平滑能源波动的目标。当云层影响某个地区的太阳能时,人们可以用来自其他地区的太阳能或风能来发电。

可用性接近100%的德国电网被视为是工业化国家的典范,但能源类型的转换却给德国电网造成了负担。近年来,为了保证电网稳定,需要电网运营商进行干预的次数越来越多。

构建全球能源互联网

去年的一项初步调查显示,电网运营商TenneT为了保证电网稳定,在紧急干预方面投入的成本就达到了10亿欧元。而这些成本以电网管理费的形式被分摊进电费,最终由消费者买单。

怀着雄心壮志,中国已经创建了一个令人惊叹的组织——全球能源互联网发展与合作组织(GlobalEnergy
Interconnection Development and Cooperation
Organization,简称GEIDCO)。其宗旨是“推动构建全球能源互联网,以清洁和绿色方式满足全球电力需求”,目的是将国家政府、电网运营商、学术机构、发展银行和联合国机构联结到一起,启动建设全球可再生能源电网。在2018年3月举行的全球会议上,来自世界30多个国家和地区的嘉宾围绕“全球能源互联网——从中国倡议走向世界行动”,共商全球能源互联网发展大计,以实现全球清洁能源互联的愿景。

如何聪明地解决难题:利用数字化技术

全球能源互联网发展与合作组织正在加紧对几项关键技术的研发,如大规模能源存储、超导输电以及利用人工智能来管理大规模互联电网系统。全球能源互联网发展与合作组织也提出了全新的国际技术标准,目的是让各国电网能在全球系统中实现无缝互联。中国正大力投资于低成本可再生能源发电项目的研发,如先进的光伏发电和高性能电动汽车等终端应用。

为了应对能源系统的复杂性,我们需要挖掘数字化能力,让电网变得更智能。每个能源生产者都是这个复杂系统的一员,他们将电力接入电网时必须确保电网稳定和供电可靠。

“全球能源互联网”的范例显示出我们可以利用现有的技术,包括电网互联和扩容、智能电网和特高压技术,来加速可再生能源技术的推广应用,提高能源效率,并且使清洁能源比以往任何时候都更加实惠。

分布式供电指的是,打破原有固定的系统架构和过程边界。全新的产销网络逐步发展为新型的市场主体和服务供应商,他们将构建出全新的售电和购电模式。这些变化将使人们对于产业、技术、价值链和商业过程的想法趋于一致。

美国和欧盟同样应参与解决能源问题,两者均应与中国和其他国家合作,以加速实现向零碳能源的转型。令人遗憾的是,在美国总统特朗普的领导下,美国政府及其监管机构受到了化石燃料游说团体的严重影响;欧盟仍在与其产煤成员国,就何时以何种方式淘汰煤炭产能而争论不休。

此外,数字化还是提高可再生能源竞争性的杠杆。以我们最近签订的德国首家大型海上风电场合同为例,这座风电场无需公共资金投入,而是通过市场电价获得资金。而这离不开数字化带来的效益收益。

因此,中国提议的以可再生能源、超高压输电和人工智能电网为基础的“全球能源互联网”,是所有国家政府为实现《巴黎协定》目标所采取的政策中最大胆和最激动人心的全球性举措。我们这代人正面临规模空前的能源大转型,而这个战略是切合时宜的。

数字化驱动效率提升,效率驱动竞争力提升,可再生能源的竞争力又帮忙人类应对气候变化。

目标的实现需要全球各地区的共同努力,中国作为人口大国和经济大国,有义务也有能力扮演更重要的角色,通过建设更加科学的能源系统、发展科学农业、研发智能绿色科技、提升公众认知、发展教育等方式促进可持续发展。

应对能源系统产生的日益增长的海量数据,是工业领域面临的一大挑战。日益复杂的能源系统是引发数据量增长的主要原因。

(作者为哥伦比亚大学教授,“休克疗法”之父。王艺璇译)返回搜狐,查看更多

我们可以参考已联网设备的数量。2003年,全球有63亿人,联网设备5亿台。据美国思科公司的预测,这一数字在2020年有望增至500亿。整体的数据量则会呈同比率增长。市场研究公司IDC最新发布的报告显示,到2025年,全球数据量预计将从当前的16泽字节增至163泽字节——达到10倍增幅。

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组成世界的小粒子,帮助我们解决这个世界上的大问题。我们利用它们为地球发电,提高可再生能源的利用率,在全球人口不断增多的同时,让电力惠及越来越多的人。

结论:新技术能帮助我们应对能源挑战

与通信和互联网领域一样,能源系统中每位新成员的加入都会给这个大家庭带来更多的可能性和机会。当简单的电网发展为综合性的能源网络,富余的电力就会通过耦合区域为其他形式的能源提供基础,能源系统的价值也会相应得到提升。当电力转化为热能或用于提取热能,当电力成为能源流动的基础,或者当它被用于生产氢或甲烷时,能源系统就可以获得全新且灵活的能源。

在能源转型的过程中,网络技术将被赋予新的意义。未来,能源网络将不仅仅是输电和配电,它的角色、能力和功能都将得到进一步拓展,并随着新成员的加入实现增值。最终,电网将演变为能源网络,即能源互联网。

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