专家解读新能源发展现状

本刊记者/顾硕

【编者按】许继刚，博士研究生，现任中国能源建设集团工程研究院副院长。兼任电力行业热工自动化与信息标准化委员会副主任、电力行业热工自动化技术委员会副主任、中国自动化学会发电自动化专委会副主任、中国电机工程学会热工自动化专委会副主任、中国仪器仪表学会自控工程设计委员会主任。2009年荣获国家新世纪百千万人才工程国家级人选，2012年被评为中国电力工程顾问集团公司特级专家，2013年荣获国务院政府特殊津贴专家称号。共获得各级成果奖励20次，在国内外发表中英文论文共50篇，主持或参加编写著作3部，主持编制国家、行业和重要企业技术标准5项，完成国家和集团重要专题研究报告12本。

今天，能源矛盾日益加剧，新能源产业在技术的推动下得到了广泛应用。与此同时，在国内外经济形势的压力下，新能源产业也遇到了发展中的瓶颈。本期《自动化博览》专访许继刚博士，听专家解读新能源发展的现状。

Q：您认为目前中国新能源产业的发展情况如何？面临哪些挑战？

许继刚：能源问题是影响我国经济社会发展的全局性、战略性问题。随着气候变化与环境问题越来越突出，新能源作为传统能源的补充，既可再生利用，又具有大幅降低环境污染的鲜明特征，其发展已成为全社会关注的焦点。

一方面，党中央、国务院对我国新能源的发展和布局一直非常重视，前后出台了很多促进新能源发展的政策，不断引导和鼓励新能源产业的发展，给我国新能源产业的发展提供了良好的社会环境；另一方面，由于近年来各种新技术、新材料和信息技术发展迅速并相互融合，促进了新能源技术的逐步成熟，从技术层面推动了新能源产业的快速发展。

虽然中国新能源开发利用起步较晚，但近年来已经取得显著进展，产业化已初具规模。风能、太阳能、生物质能、核能、地热能、氢能、海洋能等新能源发展潜力巨大，近年来得到较大发展。以前几年发展迅速的风电为例，截止到2013年底，我国风电装机容量已达到7548万千瓦，年增长达到24.5%。太阳能光伏发电这两年也发展迅速，2013年全年新增并网太阳能发电装机1130万千瓦，同比增长953.2%。截至到2013年底，我国并网太阳能发电装机容量达到1479万千瓦，同比增长335.0%。

新能源在发展中面临的挑战主要来自三个方面。其一是自身的特点决定了其发电利用的难度，其二是目前还没有非常成熟的大规模储能技术，其三是经济性问题。

新能源在发电方面所面临的困难有两点，一是能量密度低。例如，太阳辐照总能量巨大，但地球单位面积获取的光照能量相对较小。风能亦是如此，潮汐能、波浪能、生物质能都有类似特点。二是供能过程具有随机性和间歇性。而且随机出现的间歇性电力对受端系统动态稳定有较大程度的影响。因此，在能源产业当前可接受的经济性条件下，新能源尚难以单独承担起连续供能和跟随用户需求、灵活调节供能量的任务。

大规模能量储存技术是新能源发展所面临的另一障碍。新能源发电的随机性和间歇性导致其无法稳定持续供电，如果可以长时间大量地储存热量或电量，这样就可以变间歇性为连续性，储能设施是解决该问题的有效手段。

目前新能源的经济性尚不具备竞争力，是未来发展的重要挑战。许多国家打破常规，支持经济性较低的新能源产业，宁愿拿出政府补贴，暂时牺牲一部分国民经济整体效率，鼓励开发利用新能源。我国针对新能源发电也已出台很多政策，而且还在研究制定一些政策，但长远来看，如何降低新能源发电的成本，是必须要克服的问题。

Q：光伏与风能都要面对并网和消纳的问题，对此您有何见解？解决该问题的主要途径是什么？

许继刚：目前我国风电发展的关键问题是并网和电网消纳。北方风能资源集中开发地区大都遭遇较严重的弃风限电问题，东北一些地区冬季弃风限电比例已近50%，西北主要风场因数次脱网事故，目前限电竟高达70-80%。风能资源最好的一些地区，设备年利用小时数还不到1400。

同样，在西部太阳能资源丰富，却地广人稀、用电负荷很小的地区正在集中建设大规模太阳能发电，其电力消纳同样遇到远距离传送的问题，有的要输送几百公里到省负荷中心，而省内又无力全部消化，还要向东部输送。

前两年风电的快速发展导致风能消纳问题非常突出，最近光伏电站也出现了弃光和消纳问题。虽然两者出现的问题不近相同，但原因却是相同的。光伏与风能无法消纳的原因主要有电网调峰能力不足、区域电量过剩以及电网网架结构薄弱等三个方面。

首先，目前我国的电源结构造成系统调峰能力受限。影响系统接纳光伏与风电的关键因素是系统调峰能力。由于光伏与风能具有波动性，无法参与系统调峰，在大规模光伏或风电并网后，系统需要为光伏或风电以及负荷波动预留足够的调峰容量。我国陆上风能资源集中分布在北方地区，太阳能资源主要集中在西部地区。东北和西部经济相对欠发达，电力需求基数小，火电供热机组多，系统峰谷差大，供暖期系统负荷低谷时段，受供热机组调节能力限制，系统调峰能力进一步降低，无法满足调节风电的需求。

其次，区域电源总量过剩。外送通道一定的情况下，区域常规机组富裕，电源装机容量相对于区域负荷严重过剩，是光伏与风能消纳能力受限的另一主要原因。以内蒙古西部地区为例，火电机组装机严重过剩，采暖期内供热机组和自备电厂调峰能力有限，即使火电机组全部调节至最小技术出力，仍然无法满足风电消纳需求。

另外，电网的网架结构薄弱也影响了新能源的消纳。电网输电能力直接关系到光伏或风电场出力能否全部送出。太阳能资源和风能资源丰富地区，大多处于电网尚未覆盖和网架薄弱地区，输电能力无法满足光电和风电送出，出现光电与风电受限。

解决光伏与风能消纳问题的主要途径就是解决前述三个问题。一是需要调整系统电源结构，增加调节能力较强的水电机组、燃油机组和燃气机组。二是合理控制光伏与风电发展总量和布局，对常规电源总量过剩地区，在外送通道投产前，控制地区光伏与风电开发规模和进度。三是加快配套光伏与风电送出工程建设，扩大光伏与风能消纳范围。

值得高兴的是，2014年4月4日，国家能源局下发《关于做好2014年风电并网消纳工作的通知》，提出要加强风电基地配套送出通道建设、大力推动分散风能资源的开发建设、优化风电并网运行和调度管理要求等，力图解决风能消纳问题。

Q：您如何看待页岩气能源在中国的发展?

许继刚：寻求可以取代常规煤炭和石油的新能源一直是世界各国努力的目标。虽然太阳能、风能和生物质能等是可以大量利用而且清洁无污染的新能源，但都存在着能量密度低、随机性等弊端，都不足以作为一种主要的能源去替代煤炭和石油。页岩气，作为一种非常规天然气，由于其储量十分丰富，近几年受到世界各国的青睐。随着美国页岩气产量的急速增加，页岩气正在掀起一场能源革命，可以预见，未来页岩气的开发将是各国用于解决能源危机的重要手段，页岩气能源有望成为未来世界的主要能源形式之一。

我国页岩气开发潜力巨大，富集地质条件优越，具有与美国大致相当的页岩气资源潜力和开发前景。但是，目前我国的页岩气开发水平与美国相比仍有很大差距。美国页岩气工业开发已有80多年的历史，目前美国页岩气的年总产量相当于中国天然气的年产量，页岩气的各项开采技术基本都起源于美国。我国页岩气工业研究只有10多年，真正把页岩气当成一个领域去勘探也就5年左右。虽然我国政府、企业、科研机构和高等院校都对页岩气做了大量的研究工作，而且中国石油集团打下了我国第一口页岩气井并产出商品页岩气，但离全国性大规模开采还有相当长的距离。

虽然我国页岩气开发的道路还很曲折，但开采空间巨大，开发前景广阔。一方面，国家要在政策上给页岩气更大的支持和扶持，用非常规的机制和体制，保障页岩气开采的科学有效发展；另一方面，要加大技术投入，在关键技术上寻求突破，同时要克服页岩气开采中的环境污染问题，尽可能采用环保型技术。相信在不久的将来，页岩气能为我国的经济发展发挥重要作用。

令人兴奋的是，2014年3月24日，中国石化集团宣布，涪陵页岩气田勘探获得重大突破。自2013年9月15日页岩气一次点火成功后，至今已开采商用页岩气3.09亿方。该气田将以原计划10倍的产能，提前进入大规模开发阶段，并且在2017年建成百亿方产能。该消息无疑为将来全国性大规模开采坚定了信心。

Q：目前，不少新能源项目进展缓慢，难以达到预期，原因是什么？如何有效解决这类问题？

许继刚：当前，的确有不少新能源项目进展缓慢，以太阳能热发电为例，截止到2013年，已有超过886MW的项目已经开始商业化启动，中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司、中国电力投资集团公司均有发电规模大于50MW的项目启动。其中中国国电集团公司就有青海德令哈50MW、青海格尔木50MW、内蒙古蹬口50MW、西藏山南50MW和新疆博州59MW等5个50MW级项目，除浙江中控集团公司的青海德令哈50MW项目已按期投产一期10MW外，其他项目进展相对都较缓慢，甚至连中国大唐集团公司中标的我国首个太阳能光热发电特许权招标项目——内蒙古鄂尔多斯50MW槽式项目都停滞不前，尽管该项目已于2013年9月16日到期。

太阳能热发电项目进展缓慢的原因主要有三个方面：一是太阳能热发电目前还不具备电价竞争性，项目造价太高，在相关政策还不明确的情况下,投资收益无保障。虽然国家有关部门已多次召开相关技术和电价的讨论会，但至今没有给出太阳能热发电的支持电价或其他鼓励措施。二是各大央企目前有跑马圈地的可能，希望能在太阳能热发电市场大规模开发前抢占资源，为未来抢占市场份额铺好路。三是太阳能热发电项目实施难度大于预期，项目的关键技术和一些外部条件所带来的困难超出规划之初的设想，导致难以按照预期推进。

要破解这个局面，当前亟待解决的问题主要有以下几个方面：一是政府要像当年支持光伏发电一样来支持太阳能热发电，尽快出台电价政策。二是加快核心设备和关键技术的国产化，降低工程造价，提高发电经济性和市场竞争力。三是加快人才的培养力度，充实太阳能热发电的设计、施工、调试和运行人员。

Q：您认为自动化技术在新能源产业发展中扮演怎样的角色？在应用中，哪些问题还亟待解决？

许继刚：自动化技术在新能源产业的发展中扮演着不可替代的重要作用。无论是新能源的开采利用、新能源装备的开发制造还是利用新能源发电，都离不开自动化技术的强力支撑。

第一，自动化技术是新能源开采利用的推手。如地热能的勘探与开采、生物质能的搜集与处理都离不开自动化。自动化技术让地热能按照设定的流程和流量源源不断地流出，自动化技术也让各种生物质材料如秸秆、树枝、垃圾等在智能控制下变成可供燃烧的粉末。又如页岩气，虽然是目前世界范围内有可能替代煤炭和石油的主要能源，但目前国内要大规模开采，一些关键技术还有待突破，其中就涉及多项自动化技术，像页岩气测井技术、压裂效果监测、裂隙网络控制技术以及裂隙形成演化的实验与模拟技术等都是自动化技术的范畴。

第二，自动化技术是新能源装备制造的基础。一些新能源装备，如光伏发电组件、光热发电镜场与吸热器、风力发电机组等，在开发制造过程中，无论是产品的设计、产品的研发、产品的测试、产品生产与组装流水线，都需要自动化技术做支撑。发挥好自动化技术与信息技术的渗透性以及倍增性作用，可以大幅提高新能源装备产品生产的自动化水平、智能化水平和现代管理水平，提高生产效率、降低劳动强度，从而提高新能源装备的经济性，为新能源产业的发展奠定良好的基础。

第三，自动化系统是新能源发电的大脑和中枢。新能源发电和常规发电一样，其关键技术之一就是针对不同新能源发电而开发出的仪表与控制系统。以塔式太阳能热发电为例，从太阳能辐射值的测量、单个反射镜的旋转控制、太阳能镜场的整体控制、太阳光斑的跟踪、吸热器的温度和压力测量、介质的温度和压力测量、介质热能的流量测量，到单元发电系统的协调控制和整个电厂的统一监控，再到未来的无人值班和远程遥控，自动化系统无疑是整个电能生产过程的大脑和中枢。

自动化技术在新能源的应用当中，以下四个方面的问题是必须要面对的。

其一，不同形式的新能源，其开采工艺和发电过程是不同的，因此需要针对不同新能源的开采工艺或发电流程而开发相对应的仪表与控制系统，如塔式太阳能热发电的镜场控制系统。

其二，针对不同的新能源系统，其需要检测的特殊介质和参数是不同的，如风能发电的介质只有风，潮汐发电的介质只有海水，而太阳能热发电的介质却有水、导热油、空气、熔融盐等不同介质；又如塔式太阳能吸热器的温度高达1000℃，如何准确检测如此高温的介质温度是自动化技术应用当中必须要解决的问题。

其三，模拟仿真技术也是自动化技术应用当中很重要的环节，开发不同新能源的模拟仿真系统，如页岩气裂隙形成演化的模拟技术、基于空气介质的塔式太阳能发电系统仿真技术等，可以为系统研发与工程设计打下良好的基础。

其四，一个非常重要而目前又难以解决的问题，是针对不同新能源系统研发的能量预测系统，如针对风力发电开发的风能预测系统，针对太阳能发电开发的太阳能辐射以及云层预测系统等，这些系统需要对天气进行精确的预报，因此难度较大。