分布式可再生能源和智能电网

在能源革命、能源转型的大背景下，智慧能源正在成为能源行业发展的新趋势。而实现城市的智慧能源，需要深入、深刻地推进大数据技术和电网技术的融合发展。在第四届世界智能大会上，中国工程院院士、天津大学教授余贻鑫在演讲中表示，分布式电源和智能电网是未来城市的重要基础设施，其产生的海量数据与能源、社会融合在一起将产生巨大的价值，助推我国新型城市的转型和健康发展。

高比例分布式可再生能源的开发与利用

能源革命要求发展高比例风光发电

建设美丽中国，推进能源革命，需要高比例的可再生风能和太阳能发电。据预测，我国2035年风光电量之和占总电量的比例将达到25%左右，2050年这一比例将进一步提高到50%左右。各个渠道的预测虽然不同，但是大体上是这样一个情况。

需要注意的是，我国电能需求还未饱和，未来20年预计会翻一番。

我国拥有丰富的风光资源，能够满足远景的电力开发需要。我国可再生能源极其丰富，仅太阳能资源这一项就可以大大满足我国的远景总用电需求。不论在东部地区还是西部地区，太阳能资源都极度富裕，远好于将太阳能利用得很好的德国。如果利用东部的太阳能资源发电，产生2015年和2050年的全社会总用电量，即使基于目前的技术水平，也分别只需要占用我国国土面积的0.46%和1.15%。

事实上，我们可以利用屋顶、道路、鱼塘、农田等，就地开发太阳能发电。中国76%的国土面积上的风能和几乎100%的国土面积上的太阳能都具有开发潜力。

风光发电与电网平价已经或即将到来

以光伏为例，由于材料科学和电力电子技术的发展，从1977年到2013年，光伏的价格下降到之前的1%，而且光伏的价格还在以每年10%甚至更快的速度下降。

我国2019年的风电与光伏的平准化度电成本（LCOE，Levelized Cost of Energy）均值已低于国内燃气发电的平准化度电成本，预计到2026年年底，将低于煤电的平准化度电成本。同时，由于电池和热存储技术的改进和成本的降低，不久的将来，小规模电力用户通过“光伏+储能”满足自己的正常日电力需求甚至也能够实现与电网平价。

分布式发电是能源的未来

分布式发电不仅是电力的未来，而且是能源的未来。多年的实践已经表明，互联电力系统运行模式的限制，使得火电成为“风光电打捆”的大规模远距离功率输送中最主要的方式。这并非人们所期望的，并且弃风弃光量大。

我们通过仿真分析发现，解决风能和太阳能发电所存在的间歇性、多变性和不确定性问题，最好方式是终端开发与消纳，也就是就地开发与消纳。其中有两个要点：第一，就地开发与消纳的供电可靠性、韧性（即抗灾能力）和安全性高，而且全社会的单位电能供电成本低，并且低得比较明显。伴随着风光设备成本的持续快速下降，其成本优势还将更加显著。第二，在就地开发时，负荷中心所能实现的风能和太阳能光伏发电渗透率最高。而且在这种模式下，通过采取一些改善措施，风电和光伏发电的电量渗透率可实现2050年的远景目标。

电动汽车是潜在的分布式电源

我国工业用电的节省潜力巨大。与此同时，第三产业负荷和居民负荷具有可平移负荷（即能够与电网友好配合）的充分潜能。这种潜能有助于降低电网的峰谷差率，从而提高电力资产的利用率和供电效率，同时在紧急情况下可以支援电网的黑启动，有助于高比例风光发电的更好的消纳。

电动汽车是重要的分布式储能，并且近年来持续快速增长。据预测，2030年，电动汽车的保有量将高达8000万辆。这是一个巨大的产业群。而充电桩和相关配电网的建设是其快速发展的基础。这里存在一个“鸡和蛋的问题”——是通过电动汽车的大量生产销售来推动电网的充电桩和配电网改进，还是通过电网的充电桩和配电网改进来带动电动汽车的生产销售？如果这个问题未解决好，那么会阻碍电动汽车发展的速度，影响一大群产业的发挥。

此外，电气车辆不仅是大功率的电器，而且还可以成为电网中的蓄能装置。管理好这些移动的储能设备，可以为风、光、储的大规模配合奠定坚实的基础，推动智能电网的发展。电动汽车很可能是智能电网的“杀手级”应用。

智能电网应对高比例风光发电对电力系统的挑战

风能和太阳能的间歇性、多变性和不确定性使风光机组很难单独运行，需要采用一些功率补偿或者功率平滑的措施，包括大电网的吸纳（调节大电网中出力可控的机组）、需求响应或需求侧管理、分布式小型燃油燃气发电、电储能和热储能，乃至综合能源系统等。

大量的分布式电源接入电网后，由于多数直接接入各级配电网，尤其是110kV及其以下电压等级的配电网，使得配电网自上而下都成为了线路潮流可能双向流动的电力交换系统。然而，当前的配电网络是按单向潮流设计的，不具备有效集成大量分布式电源的技术潜能，即现有电网难以接纳高比例的分布式可再生能源。

因此，如何处理数以百万计甚至数以千万计的广泛分布的分布式电源和应对可再生的风能和太阳能发电的间歇性、多变性和不确定性，同时确保电网的安全性、韧性、可靠性和人身与设备安全，并激励市场，成为了未来电网需要解决的问题。这些任务将由智能电网来完成。

分布式电源和智能电网

智能电网催生新的技术和商业模式

智能电网有着两个最本质的特征：一是电力和信息的雙向流动性，并由此建立起一个高度自动化和广泛分布的能量交换网络。二是将分布式计算和通信的优势引入电网，充分利用云、大数据、物联网、人工智能和区块链等技术，达到信息实时交换和设备层次上电力近乎瞬时的供需平衡和运行优化。电网很重要的一个特点就是功率点必须接近瞬时的平衡。

智能电网是一个典型的物联网，是带有颠覆性的技术，是能源互联网的核心，国际国内市场极其巨大。其技术和使能的产业非常广泛，可以分为三类：第一类是智能电网技术;涉及智能发电、智能输电、智能变电站、智能配电、智能家庭等。第二类是智能电网可带动的技术，包括风力发电机组、光伏发电装置、插电式电动汽车、绿色节能建筑和智能家电等;第三类是为智能电网创建平台的技术，包括综合的通讯技术、传感和量测技术、高级组件（例如应用超导技术、储能技术、电力电子技术、诊断技术等的最新成果）、先进的控制方法以及分析与决策软件等。

与智能电网相关的领域十分广阔。由于其中技术涉猎广泛，智能电网的一个关键目标是像互联网一样催生新的技术和商业模式，从而实现产业革命。

能源互联网以智能电网为核心

杰里米·里夫金所著的《第三次工业革命》（能源互联网）中提到了这样的构想：人类社会必将迈进一个新时代，届时可再生能源和互联网技术将融合，以创造一套强大的新基础设施，即“第三次工业革命”。

在这一愿景中，数以亿计的人将從家、办公室和工厂的可再生能源中生产绿色能源，并将其在“能源互联网”中彼此分享，如同我们现在在线创造和分享信息。通过部署各种储能技术，能量将被本地存储在每一栋建筑和整个基础设施中，而且交通车辆将转变为电动和燃料电池汽车。

可见，智能电网与能源互联网具有相同的理念。

电力与燃气、热力系统耦合日益紧密，未来将形成以智能电网为核心的综合能源系统。综合能源系统是能源互联网的物理载体。

电力大数据为智能城市带来挑战和效益

实质上，任何智能电网的命脉都是用以驱动应用的数据和信息，而这些应用又反过来促使开发新的运营策略和改进运营策略成为可能。电力系统的任一领域，从电力用户、电力市场、服务提供商、运行、发电、输电和配电，所收集到的数据都可能同其他领域的改善有关。

因此，以适当的方式与那些需要使用或有权了解数据的参与者实时共享数据，是智能电网的基本要素。随着智能电网的实施和智能传感设备的大量安装使用，如以智能电表为首的AMI（高级量测体系，Advanced Metering Infrastructure）、PMU（相量测量单元，Phasor Measurement Unit）/WAMS（广域测量系统，Wide Area Measurement System）、配电自动化、数字保护装置、其他智能设备，以及智能电网的实施过程等，电力公司将获取到史无前例的超大规模数据，从而构成了智能电网背景下的电力大数据。

一方面，如何有效地存储这些结构多样、来源复杂的数据，将成为电力公司不得不面对的挑战;另一方面，这些数据蕴含着巨大的价值，对其进行充分、有效的整合利用，也将为电力公司和智能城市的管理带来重大的效益。

（本文根据“第四届世界智能大会”演讲内容整理而成，未经演讲人审阅）