國家電網能源專家：為實現“雙碳”目標，我國能源系統的發展方向
2023年9月27日，在“2023北京微電子國際研討會暨IC WORLD大會”期間，舉辦了一場關于雙碳、可持續發展的研討會——“集成電路下的綠水青山”。國家電網能源研究院原副院長、首席能源專家胡兆光教授分享了我國能源行業的發展現狀與未來方向。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/202403/456416.htm1 世界能源和制造業的走勢
世界的能源結構是從高碳向低碳方向發展，從最初的薪柴到化石能源，然后是用于發電的一次能源，到了清潔能源（如圖1）。
圖1 能源規律：世界能源結構從高碳向低碳發展
制造業的規律是從手工到半自動化、機器，之后是全自動化，現在是智能化。
我國之所以提出“雙碳”目標，與我國的資源稟賦、能源安全、氣候變化等一系列國內外環境相關。這個戰略選擇決定了我們要做到如下幾點。
①提高電氣化水平，無論是交通、工業、居民生活還是農業等，都需要提高電氣化水平，盡量用電，減少對油和氣的需求。
②以電力為中心的新型電力系統是今后中國能源發展的方向。
③以煤炭為保供的壓艙石。2020 年我國提出了雙碳目標，但是雙碳了以后還需要有一個過渡階段，不能因此而放棄了其他能源。
④以新技術為支撐，尤其是人工智能（AI），今后具有很大的發展空間，例如用于控制系統。
一些經濟學家認為：我國的能源轉型可能會成為下一個新的經濟增長點。因為這里面的產業鏈很長，發展空間巨大。
2 國內外電力情況
據bp（英國石油公司）2021年數據，全球的電力發電量2021年是28.46萬億kWh，中國是8.53萬億，占30%；美國4.41萬億，占15.48%；歐洲4 萬億，占14.16%（歐盟2.89 萬億，10.1%）；印度1.7 萬億；日本1.01萬億。
表1 2021年全球主要電力大國和地區的發電量與占比
EEPW記者又查到了2022 年全球發電量（數據來源：bp《2023 版世界能源統計年鑒》，2023 年6 月），如表2。
表2 2022年全球前十大國家的發電量
關于能源結構，胡兆光教授分析了2021年全球前幾大電力大國和地區( 如表3)。從發電/ 電源結構上來看，有天然氣、煤、核電、水電、可再生能源發電。這個發電比重里把天然氣列出來，說明氣電是非常靈活，可以和可再生能源有很好的協調，如果氣電的比重高，可以讓可再生能源的上網比例更高，棄風棄光的可能性更小，所以這是很重要的一塊。從表3 可見，美國的氣電占了38%，中國只有3%，歐盟是18.9%，全球平均是22%。
由于我國缺乏氣電，我們靠什么來與可再生能源協調呢？只能靠煤電深度調峰。由于煤電的深度調峰，使我們的可再生能源發電的比例達到了13.5%，歐盟是25.2%，美國是14.2%。所以根據我們的自然的條件——天然氣的水平低，缺少天然氣的發電，靠煤電的深度調控，現在短時間可以，但是不可持續。
從可再生能源發電量來看（表3），2021 年我國發電11.5 萬億kWh，美國是6000 多，歐洲9400，歐盟是7300，印度1719，日本是1303。
表3 2021年各國的發電比重
數據來源：bp統計，2022年6月
從2022年我國的發電量和裝機量，可以看到煤電、氣電、水電等的比重（表4）。
表4 2022年我國發電和裝機量
來源：國家能源局、發改委等網站 2023年2月
根據我國的經濟發展，現在有很多專家在進行研究，預計2030年我國碳達峰，2060 年碳中和。
根據我們現在的發電量，2022 年煤電發電量有5.1萬億kWh，占比很高，最近像歐盟進口關稅、綠電等政策，對我國的制造業帶來很大的挑戰。
預計2030年煤電的占比會減半。2022年煤電裝機容量11.2億kW，到2030 年約為11.4億kW，今后更多的是風電和太陽能，而后兩者的發展空間相當大。
如果假定2030 年我國的電力需求為10.5萬億kWh，需要發電裝機37.34 億kW，其中非化石能源占59.2%，新能源占44.5%?？梢娒弘娬急纫押苄?。
預計到2060 年，如果電力需求為15 萬億kWh，需要發電裝機68.3 億kW，其中非化石能源占94.4%，新能源占82.7%。
關于煤電的發展前景，從現在來看，更重要的取決于煤電CCS（碳捕獲與埋存）、BECCS（負碳排放技術）技術。如果CCS技術可以很成熟，成本降得很低，煤電可以多一些。
3 我國電網的情況
我國電網已經實現全國聯網，有17+21條（6 萬公里）特高壓線路，跨區輸送能力強大，為1.58億kW，輸送電量5638 億kWh?？缡^輸電能力達到2.3億千瓦，輸送綠電的比例較高，達到43%。在應用案例方面，國家電網在青海成功實現“綠電五周”，連續第6年刷新全清潔能源供電世界紀錄。
當然國家電網也存在一些問題，例如配電網相對較弱，配電網的停電時間在4.8~14個小時/ 年（注：根
據城市的密度不同）；發達國家大致是21分鐘~1小時/年。但是差距就是機遇、動力，國家電網正在努力找出差距所在，然后迎頭趕上。
● 硬實力
國家電網的硬實力很強。硬實力涵蓋電力技術、工程建設、裝備制造、全國聯網、太陽能、風電、運行維護、調度、電網安全等方面。我國棄風是3%，棄光是2%，走在世界前列。
我國的制造業——風電、太陽能很強。在工程建設方面，在火電機組、水電、核電等大機組、高壓電網方面實力強大。
在電網安全方面，我國大停電很少，幾乎沒有。相比之下，國外經常聽到會出現這樣的問題。當然，如前所述，我國棄風棄光是靠煤電來調整，這是有問題的——是不可持續的。
所以在硬實力方面，我國很強，如果打分，我們是90分，國際最好的是70分。
● 軟實力
軟實力我們還是有問題的，包括配電網停電、微網、EMS（能源管理系統）、凈零碳（Net-zero Carbon）小區等，還有電源結構（我國煤電比例較高），以及我國的電力市場計劃還在不斷地往前推進。我們與國際先進水平相比還是有些差距，如果國際是80分，我們只能打60分。
● 巧實力（Wiseware）
主要是看我們的數據- 知識- 智能體系、數據流量增值帶來的創新，核心的算法、關鍵軟件、AI工具等，包括電力大數據及數據的流通，這一點我們還是有較大差距的。如果國際是80分，我們只能打10分。這些差距也是我們的機遇、我們的動力，我們要往前追趕。
4 可再生能源的開發
從可再生能源的開發布局來看，西北基本上是風、光大基地的開發，通過高壓送到指揮中心，西南主要是水、風、光、抽蓄流域的開發，東部中部是風光分布式的開發，城市房屋小區，農村縣域光伏推進，以及凈零碳小區。另外還有海上的風電。
我們的軟實力還是與國際有所差距的，怎么追上去？一個范例是山東省，2023 年某段時間的電網負荷，正常的情況下，在高峰時段的電網負荷是上升的，但是出現了如圖2的情況。這是因為山東有許多小區裝了太陽能板，自發自用，不用電網的電了，所以高峰期反而下來了，尤其是太陽光最強烈的午間出現了低谷。未來隨著河北/ 華東地區更多太陽能板進小區，一定會有越來越多的這種情況出現，所以光伏具有很大的發展空間和潛力。
圖2
現在世界正從數字化進入到智能化時代。國家電網的電廠已經在做數字化了，也稱為孿生電廠；電網也從實際的電網到了數字電網階段。有了數字化，可以在上面做很多實驗（如圖3）。
圖3
數字化轉型需要智能制造，涉及眾多的電力系統的設備及部件，上下游產業鏈很長，也是制造業的機遇。在智能化時代，新型電力系統需要AI，此時數據就是資源，算法就是生產力。
關于智能化的發展，二代AlphaGo Zero于2017年在《Nature》發表，堪稱AI 劃時代的重大突破，因為它不需要人類棋手比賽數據作為訓練集，而是通過自對抗的方式自己訓練出最佳模型，這意味著在算法上具有了自學習的功能。如果應用在電力系統，可以在最關鍵的部分用AI來進行計算。
所以國家電網公司做了很多事，現在經營了26個省、自治區、直轄市，供電范圍占國土面積的88%，供電人口超過11億（注：全國兩大電網——國網和南網），20多年來，國家電網持續保持全球特大型電網最長安全記錄，建成20多項特高壓輸電工程，成為世界上輸電能力最強、新能源并網規模最大的電網。
國家電網調度了1.1萬余臺火電機組，合計約10.6億千瓦；14.5萬余臺風機，光伏單元（逆變器）316.5萬余臺，合計約7.2億千瓦。國家電網的安全穩定運行是在如此龐大的電網規模下做到的。所以它的硬技術就像之前所述，是很強的?，F在除了數字化以后，在考慮智能化。
5 新的機遇
● 綜合園區。我國的電網還差一點，綜合園區運行的能源管理系統（EMS）的前景非常廣闊。
● 用電設備的信息采集，能源管理系統（EMS）需要智能化。
● 儲能的管理。
● 光伏?，F在德國的光伏逆變器從超市買回來后一插就用。我們將來能不能做到？
● 變壓器的檢測與診斷等，包括預測。我們現在認為下一步預測很難，如果能預測提前1 分鐘，就要靠AI的革命。如果AI調度能提前1分鐘，就可以產生巨大的經濟效益。
6 展望
新型電力系統是一個不斷擴大的巨型系統，還有很大的發展空間，也有很多問題有待解決，需要不斷突破和完善。
AI產品更具有競爭力，并且還需要開發一些特定的新產品。
所以我們要不斷發現問題，解決問題，才能站在市場競爭的制高點。
智能制造企業將在能源電力行業大有作為。
數據就是資源，只有流通才能產生價值。
我們需要政策機制的不斷完善，一些行業協會（例如中國電力發展促進會）是企業與企業、企業與政府之間的橋梁，為企業排憂解難，向政府建言獻策。
（本文來源于《EEPW》2024.3）
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