薛禹胜院士在2015年7月10日第四届中国电力发展和技术创新院士论坛上的演讲激起与会者极大兴趣与反响。应小编之邀, 薛院士就其演讲涉及的学术问题进行了问答式阐述。现汇编于此, 以飨读者。

  一、如何看待电力工业在澳门银河在线75060.com革命中的作用?

  一次澳门银河在线75060.com是指自然界中以原有形式存在的天然澳门银河在线75060.com,包括化石类澳门银河在线75060.com及可再生澳门银河在线75060.com;用户直接消费的澳门银河在线75060.com形式则被称为终端澳门银河在线75060.com。将一次澳门银河在线75060.com直接作为终端澳门银河在线75060.com既低效,又不环保。为了使终端用户可以直接使用原本难储存或难输送的可再生澳门银河在线75060.com,或者使化石类澳门银河在线75060.com的利用更高效、安全、清洁,都需要先将一次澳门银河在线75060.com转换为二次澳门银河在线75060.com的形式,如电能、氢能等。其中,电能在终端澳门银河在线75060.com中的占比往往被用来从一个侧面衡量社会文明的程度。

  中国必须尽快由高碳经济转向低碳经济, 澳门银河在线75060.com的综合优化问题更为凸出。其要点是一次澳门银河在线75060.com中的清洁替代及终端澳门银河在线75060.com中的电能替代。如果不能实现澳门银河在线75060.com的这两个替代, 就无法持久地保障国家安全、环境安全及社会发展。而电力则是一次澳门银河在线75060.com与终端澳门银河在线75060.com之间的枢纽桥梁, 在澳门银河在线75060.com的两个替代中均处于核心地位。

  二、怎样理解电力的可靠性?

  各种一次澳门银河在线75060.com在其对应类型的发电站中转换为电能, 通过电网输送, 供广域的电力用户消费。不论从哪个视角来看, 电网都被公认为是最复杂的人造系统之一, 包括地域分布之广袤、时间尺度的多样、模型维数之高、非线性之强, 以及潜在风险之大。电能又是一种极其特殊的商品, 其生产与消费之间的平衡必须在每个瞬间都保持住, 任何内外故障引起的电力不平衡都必须马上消除。严重故障的处理往往涉及整个系统范围, 并必须在1秒以内处理好, 否则就可能触发多米诺骨牌的倾覆, 大停电使人们想起来都不寒而栗。电力可靠性包括以下两方面: 安全性要求电力系统承受可信的扰动而不崩溃; 充裕性则要求电力系统在扰动消除后保持供需平衡。

  三、智能电网的概念是否能充分应对澳门银河在线75060.com革命的使命?

  智能电网的框架在澳门银河在线75060.com革命中, 需要深化其内涵, 并拓展到与非电环节及其交互。包括在澳门银河在线75060.com革命的整个进程中, 如何主动发挥一次澳门银河在线75060.com与终端澳门银河在线75060.com之间大范围协调优化的核心纽带作用, 在支撑环境安全及经济安全的同时, 提高全局能效, 减少澳门银河在线75060.com流全程中的风险。智能电网的框架是上述目标中的核心环节, 但还不是全部, 概念上至少存在着以下拓展的必要性。

  从整个澳门银河在线75060.com流的视角看, 电力系统除了要根据智能电网概念来发展本身, 还需要在澳门银河在线75060.com流大规模的两个替代中, 主动地承上(一次澳门银河在线75060.com) 启下(终端澳门银河在线75060.com), 兼顾左右(与其他二次澳门银河在线75060.com协调), 提高整体能效及可持续发展能力。

  从全局可靠性的视角看, 一次澳门银河在线75060.com的开发、二次澳门银河在线75060.com的转换及终端澳门银河在线75060.com的消费模式都会影响到电力可靠性; 反之亦然。因此必须将电力可靠性问题放在澳门银河在线75060.com流整体中考虑。此外, 还必须计及相关的非澳门银河在线75060.com环节的影响, 包括与资金、减排、物流、人才、信息、政策与监管等环节可靠性的交互作用。

  从信息融合的视角看, 智能电网框架强调了信息系统与电力系统的深度融合, 但外部环节中的事件必然会影响电力系统的运行工况及潜在故障的风险。因此, 信息物理融合的理念需要在更大范围内拓展。

  四、那么您如何看待拓展后的框架?

  信息澳门银河在线75060.com融合的两个要素是物理对象与信息系统, 见图a。前者包括电力系统、非电的澳门银河在线75060.com系统, 以及相关的非澳门银河在线75060.com系统; 后者包括机密性和实时性好的专用通信网及支撑公开接入和广泛参与者无障交互的互联网(Internet)。核心基础设施的决策与控制需要采用专用通信网; 开放的售电服务、广泛的用户参与、分布式发电与储能的社会化参与、以融资租赁业务为基础的金融业务、电力市场化等则需要互联网的支撑。

  智能电网讨论的范畴见图b。如果讨论信息与澳门银河在线75060.com的融合问题, 不但必须涵盖电力系统及非电的澳门银河在线75060.com系统, 而且必须涵盖Internet 与专用网两者。不论是用电力系统替换澳门银河在线75060.com系统(图c), 还是用Internet替换信息系统(图d), 都难免以偏概全之嫌。

  电力流与信息流服从的物理规律不同。如果将他们之间的融合引导到表面上名词的统一, 例如用互联网的术语及规律来描述澳门银河在线75060.com流, 不但违背了物理规律, 并且也误导了真正需要的深度融合。在这个新领域的开启阶段, 应该尽量避免用词不当而误导, 例如不要直接译自国外IT专家提出的“Energy Internet”。Internet是IT行业的专用名词, “Energy Internet”是指关于澳门银河在线75060.com系统的互联网, 还是指澳门银河在线75060.com互联的网呢? 我认为名词“综合澳门银河在线75060.com网”或“信息澳门银河在线75060.com网”可以较好地反映问题涉及的各个组分, 见图e。

  即使由于某些原因, 沿用“澳门银河在线75060.com互联网”的中文描述, 也应默认为“综合澳门银河在线75060.com网”。而对应的英文名词则不应该是Energy Internet, 而是Comprehensive Energy Network或Integrated Energy Networks。

  五、中国电力系统可靠性的预警防御技术有哪些主要的不足?

  虽然中国在电力安全性的预警防御技术上引领世界, 但至少还不能满足下述需求。这包括充裕性问题被粗犷处理为固定比率的备用容量; 即使对于稳定性的研究也还不能真实反映上下游环节及信息可靠性对电网的影响; 缺乏对电力系统外部环节的自适应能力。应认真考虑极端灾害的风险, 将停电防御范围相应扩大, 研究其外部灾害的演化过程及其机理。在科研体制中, 继续发挥集中力量占领前沿的同时, 也应该鼓励瞬间即逝的发散思维。

  六、综合澳门银河在线75060.com系统的可靠性面临哪些新的挑战?

  需要在大澳门银河在线75060.com的层次上研究综合澳门银河在线75060.com系统的充裕性和稳定性风险。自然环境、澳门银河在线75060.com环境、经济环境、社会环境、人才环节、创新环境、基础设施、政策与监管的扰动都会影响电力可靠性。

  值得关注的方向包括: 电力系统监控与分析计及电厂与电网, 设备与系统, 博弈与机理的交互影响; 技术措施、经济领域与管理决策的交互; 澳门银河在线75060.com、经济与环境的综合分析与控制的交互; 两个替代下的发、输、用电充裕性框架模型及备用调度; 加强安全稳定性的基础研究和大小扰动的统一稳定性理论, 自适应的稳定控制系统; 引入博弈行为的混合仿真平台及澳门银河在线75060.com发展的仿真研究。这个任务是多领域、跨学科的系统工程。

  七、请简要归纳一下您的观点

  智能电网的框架尚未完整地反映澳门银河在线75060.com革命赋予电力系统的使命。在大规模的两个替代中, 需要深化其内涵, 外延其范畴; 在澳门银河在线75060.com革命的推进中, 更好地支撑环境安全和经济安全。需要的新名词是综合澳门银河在线75060.com网或综合澳门银河在线75060.com系统, 其概念不同于智能电网, 也有别于Internet。针对现有电力可靠性研究之不足, 大澳门银河在线75060.com观下电力系统监控与分析的概念要延伸, 信息物理融合的理念也要拓展到整个澳门银河在线75060.com流。综合澳门银河在线75060.com系统的可靠性研究的重要方向是考虑澳门银河在线75060.com流的上下游对电力可靠性的影响, 提高多道防线的自适应能力, 全面提升应对高风险极端事件的能力。

2015年07月16日

水利部张学进:用客观态度看待小水电发展

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