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日前，在“新基建，新時代——電力數(shù)字化轉(zhuǎn)型”公益直播課上，華北電力大學教授張建華談及“綜合能源系統(tǒng)技術發(fā)展趨勢”時表示，綜合能源運營模式的創(chuàng)新，需要將多能互補的能源互聯(lián)網(wǎng)絡與信息物理系統(tǒng)相結(jié)合，以滿足能源電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型需求。同時，綜合能源系統(tǒng)建設和發(fā)展在政策支撐之外，需要技術上的持續(xù)突破創(chuàng)新。
綜合能源系統(tǒng)特征明顯
張建華表示，能源發(fā)展的總體目標，是加快能源消費轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)能源消費與能源結(jié)構(gòu)雙替代，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系。而正是由于我國正向新一代能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，電力系統(tǒng)開始面臨靈活性、運行經(jīng)濟性與安全性、分布式能源并網(wǎng)、能源市場建設運營等諸多挑戰(zhàn)。
據(jù)統(tǒng)計，我國可再生能源裝機到2019年6月已達7.5億千瓦，到2040年、2050年，可再生能源電量占比或分別達到50%、60%以上。同時，隨著城鎮(zhèn)化率逐年提升，負荷需求也將快速增長。“面對大規(guī)?？稍偕茉春痛蠓秶植际侥茉吹慕尤耄娋W(wǎng)如何處理與各類可再生能源、間歇性能源和負荷大量接入后的協(xié)調(diào)運行，成為關鍵問題之一。”張建華說。
張建華指出，在商業(yè)特征上，綜合能源系統(tǒng)應具備如下特征：融合能源各領域，促進價值服務供需對接；建立共享互通網(wǎng)絡，實現(xiàn)資源優(yōu)化配置；實現(xiàn)信息對等，促進各方平等參與，為“能源系統(tǒng)+市場”注入活力；提供創(chuàng)新平臺，催生各種新型服務業(yè)態(tài)。
針對目前許多綜合能源系統(tǒng)項目在驗收時存在效益不達標、投資不到位、建設不成形的問題，張建華解釋，這些問題往往都涉及綜合能源系統(tǒng)技術與經(jīng)濟性的比較。推進綜合能源服務，目前最主要的手段還是政策支撐，例如參與電力輔助服務等。“為實現(xiàn)綜合能源服務‘多能協(xié)同’的運行模式與‘對等共享’的市場交易，需要繼續(xù)突破一系列關鍵應用。”
新技術促綜合能源變革
在助推綜合能源系統(tǒng)發(fā)展的前沿技術中，張建華對新一代人工智能技術的發(fā)展前景表現(xiàn)出極大信心。“人工智能可以解決新一代電力系統(tǒng)運行的許多難題，包括大量負荷與新能源接入后的應對等，它將成為新一代能源電力系統(tǒng)的重要技術支撐。”
同樣，在可再生能源消納方面，高效、高密度、低成本、長壽命的儲能應用也備受行業(yè)期待。“儲能技術的應用貫穿于能源電力系統(tǒng)發(fā)輸配用的各個環(huán)節(jié)，能夠改善電能質(zhì)量；可以通過參與電網(wǎng)調(diào)峰等輔助服務，提升電力輸送的能量效率；可以支持可再生能源大規(guī)模接入和分布式能源的廣泛使用。”張建華認為，多元化儲能技術，有望打破電力系統(tǒng)發(fā)輸配用必須實時平衡的瓶頸，成為實現(xiàn)多能互聯(lián)共享和多網(wǎng)融合的支撐和紐帶，并有可能成為改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)架構(gòu)和運營模式的顛覆性技術之一。
此外，一些新型高可靠性、低損耗的電力電子裝備和技術也陸續(xù)在電力系統(tǒng)中得到應用。張建華介紹，采用寬禁帶半導體技術的電力電子器件，可以適用于大型新能源變流裝置、中低壓配電網(wǎng)或微電網(wǎng)，將為綜合能源系統(tǒng)帶來革命性變化。
與環(huán)境治理協(xié)同創(chuàng)新
“2000年以來，我國各行業(yè)每年產(chǎn)生的工業(yè)固體廢棄物超過8億噸，而禽畜糞便產(chǎn)生量是工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量的2.4倍，帶來了土地負荷壓力過大、土壤及水體污染、空氣惡臭和疾病傳播等一系列問題。”張建華表示，“我們曾向中科院建議，調(diào)研各省區(qū)生物質(zhì)廢棄物的資源化、能源化情況，對于很多地方而言這些問題已經(jīng)成了‘老大難’。”
對此，張建華提出，可以將綜合能源系統(tǒng)與環(huán)境治理工程綜合考慮。采用固廢清潔資源化處理技術解決本地污染源的無害化處理問題，將其產(chǎn)生的能源參與風光小水電等間歇性季節(jié)性發(fā)電的調(diào)節(jié)，輔以多種儲能手段，實現(xiàn)環(huán)境能源與可再生能源的互補運行和高效消納。
同時，通過能源物聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)煤氣、蒸汽、冷、熱、電之間的能量生產(chǎn)、消費、儲存和相互轉(zhuǎn)換，推進綜合能源需求響應和能源互聯(lián)網(wǎng)增值服務。對此，張建華肯定了分布式壓縮空氣儲能技術，稱其已在山西等地實現(xiàn)樓宇的綜合能源供給。“壓縮空氣還能驅(qū)動公交車、環(huán)衛(wèi)車等，第一臺壓縮空氣動力公交車的啟動發(fā)動機已通過國家第三方檢測認證，壓縮空氣動力公交車目前正在交通運輸部公路交通運輸研究院的主導下開展測試。”
張建華表示，固廢資源化、分布式壓縮空氣儲能的綜合能源系統(tǒng)示范工作未來將陸續(xù)推進，通過示范工程實現(xiàn)能源、環(huán)境、交通的協(xié)同創(chuàng)新。
綜合能源系統(tǒng)特征明顯
張建華表示，能源發(fā)展的總體目標，是加快能源消費轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)能源消費與能源結(jié)構(gòu)雙替代，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系。而正是由于我國正向新一代能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，電力系統(tǒng)開始面臨靈活性、運行經(jīng)濟性與安全性、分布式能源并網(wǎng)、能源市場建設運營等諸多挑戰(zhàn)。
據(jù)統(tǒng)計，我國可再生能源裝機到2019年6月已達7.5億千瓦，到2040年、2050年，可再生能源電量占比或分別達到50%、60%以上。同時，隨著城鎮(zhèn)化率逐年提升，負荷需求也將快速增長。“面對大規(guī)?？稍偕茉春痛蠓秶植际侥茉吹慕尤耄娋W(wǎng)如何處理與各類可再生能源、間歇性能源和負荷大量接入后的協(xié)調(diào)運行，成為關鍵問題之一。”張建華說。
張建華指出，在商業(yè)特征上，綜合能源系統(tǒng)應具備如下特征：融合能源各領域，促進價值服務供需對接；建立共享互通網(wǎng)絡，實現(xiàn)資源優(yōu)化配置；實現(xiàn)信息對等，促進各方平等參與，為“能源系統(tǒng)+市場”注入活力；提供創(chuàng)新平臺，催生各種新型服務業(yè)態(tài)。
針對目前許多綜合能源系統(tǒng)項目在驗收時存在效益不達標、投資不到位、建設不成形的問題，張建華解釋，這些問題往往都涉及綜合能源系統(tǒng)技術與經(jīng)濟性的比較。推進綜合能源服務，目前最主要的手段還是政策支撐，例如參與電力輔助服務等。“為實現(xiàn)綜合能源服務‘多能協(xié)同’的運行模式與‘對等共享’的市場交易，需要繼續(xù)突破一系列關鍵應用。”
新技術促綜合能源變革
在助推綜合能源系統(tǒng)發(fā)展的前沿技術中，張建華對新一代人工智能技術的發(fā)展前景表現(xiàn)出極大信心。“人工智能可以解決新一代電力系統(tǒng)運行的許多難題，包括大量負荷與新能源接入后的應對等，它將成為新一代能源電力系統(tǒng)的重要技術支撐。”
同樣，在可再生能源消納方面，高效、高密度、低成本、長壽命的儲能應用也備受行業(yè)期待。“儲能技術的應用貫穿于能源電力系統(tǒng)發(fā)輸配用的各個環(huán)節(jié)，能夠改善電能質(zhì)量；可以通過參與電網(wǎng)調(diào)峰等輔助服務，提升電力輸送的能量效率；可以支持可再生能源大規(guī)模接入和分布式能源的廣泛使用。”張建華認為，多元化儲能技術，有望打破電力系統(tǒng)發(fā)輸配用必須實時平衡的瓶頸，成為實現(xiàn)多能互聯(lián)共享和多網(wǎng)融合的支撐和紐帶，并有可能成為改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)架構(gòu)和運營模式的顛覆性技術之一。
此外，一些新型高可靠性、低損耗的電力電子裝備和技術也陸續(xù)在電力系統(tǒng)中得到應用。張建華介紹，采用寬禁帶半導體技術的電力電子器件，可以適用于大型新能源變流裝置、中低壓配電網(wǎng)或微電網(wǎng)，將為綜合能源系統(tǒng)帶來革命性變化。
與環(huán)境治理協(xié)同創(chuàng)新
“2000年以來，我國各行業(yè)每年產(chǎn)生的工業(yè)固體廢棄物超過8億噸，而禽畜糞便產(chǎn)生量是工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量的2.4倍，帶來了土地負荷壓力過大、土壤及水體污染、空氣惡臭和疾病傳播等一系列問題。”張建華表示，“我們曾向中科院建議，調(diào)研各省區(qū)生物質(zhì)廢棄物的資源化、能源化情況，對于很多地方而言這些問題已經(jīng)成了‘老大難’。”
對此，張建華提出，可以將綜合能源系統(tǒng)與環(huán)境治理工程綜合考慮。采用固廢清潔資源化處理技術解決本地污染源的無害化處理問題，將其產(chǎn)生的能源參與風光小水電等間歇性季節(jié)性發(fā)電的調(diào)節(jié)，輔以多種儲能手段，實現(xiàn)環(huán)境能源與可再生能源的互補運行和高效消納。
同時，通過能源物聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)煤氣、蒸汽、冷、熱、電之間的能量生產(chǎn)、消費、儲存和相互轉(zhuǎn)換，推進綜合能源需求響應和能源互聯(lián)網(wǎng)增值服務。對此，張建華肯定了分布式壓縮空氣儲能技術，稱其已在山西等地實現(xiàn)樓宇的綜合能源供給。“壓縮空氣還能驅(qū)動公交車、環(huán)衛(wèi)車等，第一臺壓縮空氣動力公交車的啟動發(fā)動機已通過國家第三方檢測認證，壓縮空氣動力公交車目前正在交通運輸部公路交通運輸研究院的主導下開展測試。”
張建華表示，固廢資源化、分布式壓縮空氣儲能的綜合能源系統(tǒng)示范工作未來將陸續(xù)推進，通過示范工程實現(xiàn)能源、環(huán)境、交通的協(xié)同創(chuàng)新。
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