專家解讀新能源發展現狀

本刊記者/顧碩

【編者按】許繼剛，博士研究生，現任中國能源建設集團工程研究院副院長。兼任電力行業熱工自動化與信息標準化委員會副主任、電力行業熱工自動化技術委員會副主任、中國自動化學會發電自動化專委會副主任、中國電機工程學會熱工自動化專委會副主任、中國儀器儀表學會自控工程設計委員會主任。2009年榮獲國家新世紀百千萬人才工程國家級人選，2012年被評為中國電力工程顧問集團公司特級專家，2013年榮獲國務院政府特殊津貼專家稱號。共獲得各級成果獎勵20次，在國內外發表中英文論文共50篇，主持或參加編寫著作3部，主持編制國家、行業和重要企業技術標準5項，完成國家和集團重要專題研究報告12本。

今天，能源矛盾日益加劇，新能源產業在技術的推動下得到了廣泛應用。與此同時，在國內外經濟形勢的壓力下，新能源產業也遇到了發展中的瓶頸。本期《自動化博覽》專訪許繼剛博士，聽專家解讀新能源發展的現狀。

Q：您認為目前中國新能源產業的發展情況如何？面臨哪些挑戰？

許繼剛：能源問題是影響我國經濟社會發展的全局性、戰略性問題。隨著氣候變化與環境問題越來越突出，新能源作為傳統能源的補充，既可再生利用，又具有大幅降低環境污染的鮮明特征，其發展已成為全社會關注的焦點。

一方面，黨中央、國務院對我國新能源的發展和布局一直非常重視，前后出臺了很多促進新能源發展的政策，不斷引導和鼓勵新能源產業的發展，給我國新能源產業的發展提供了良好的社會環境；另一方面，由于近年來各種新技術、新材料和信息技術發展迅速并相互融合，促進了新能源技術的逐步成熟，從技術層面推動了新能源產業的快速發展。

雖然中國新能源開發利用起步較晚，但近年來已經取得顯著進展，產業化已初具規模。風能、太陽能、生物質能、核能、地熱能、氫能、海洋能等新能源發展潛力巨大，近年來得到較大發展。以前幾年發展迅速的風電為例，截止到2013年底，我國風電裝機容量已達到7548萬千瓦，年增長達到24.5%。太陽能光伏發電這兩年也發展迅速，2013年全年新增并網太陽能發電裝機1130萬千瓦，同比增長953.2%。截至到2013年底，我國并網太陽能發電裝機容量達到1479萬千瓦，同比增長335.0%。

新能源在發展中面臨的挑戰主要來自三個方面。其一是自身的特點決定了其發電利用的難度，其二是目前還沒有非常成熟的大規模儲能技術，其三是經濟性問題。

新能源在發電方面所面臨的困難有兩點，一是能量密度低。例如，太陽輻照總能量巨大，但地球單位面積獲取的光照能量相對較小。風能亦是如此，潮汐能、波浪能、生物質能都有類似特點。二是供能過程具有隨機性和間歇性。而且隨機出現的間歇性電力對受端系統動態穩定有較大程度的影響。因此，在能源產業當前可接受的經濟性條件下，新能源尚難以單獨承擔起連續供能和跟隨用戶需求、靈活調節供能量的任務。

大規模能量儲存技術是新能源發展所面臨的另一障礙。新能源發電的隨機性和間歇性導致其無法穩定持續供電，如果可以長時間大量地儲存熱量或電量，這樣就可以變間歇性為連續性，儲能設施是解決該問題的有效手段。

目前新能源的經濟性尚不具備競爭力，是未來發展的重要挑戰。許多國家打破常規，支持經濟性較低的新能源產業，寧愿拿出政府補貼，暫時犧牲一部分國民經濟整體效率，鼓勵開發利用新能源。我國針對新能源發電也已出臺很多政策，而且還在研究制定一些政策，但長遠來看，如何降低新能源發電的成本，是必須要克服的問題。

Q：光伏與風能都要面對并網和消納的問題，對此您有何見解？解決該問題的主要途徑是什么？

許繼剛：目前我國風電發展的關鍵問題是并網和電網消納。北方風能資源集中開發地區大都遭遇較嚴重的棄風限電問題，東北一些地區冬季棄風限電比例已近50%，西北主要風場因數次脫網事故，目前限電竟高達70-80%。風能資源最好的一些地區，設備年利用小時數還不到1400。

同樣，在西部太陽能資源豐富，卻地廣人稀、用電負荷很小的地區正在集中建設大規模太陽能發電，其電力消納同樣遇到遠距離傳送的問題，有的要輸送幾百公里到省負荷中心，而省內又無力全部消化，還要向東部輸送。

前兩年風電的快速發展導致風能消納問題非常突出，最近光伏電站也出現了棄光和消納問題。雖然兩者出現的問題不近相同，但原因卻是相同的。光伏與風能無法消納的原因主要有電網調峰能力不足、區域電量過剩以及電網網架結構薄弱等三個方面。

首先，目前我國的電源結構造成系統調峰能力受限。影響系統接納光伏與風電的關鍵因素是系統調峰能力。由于光伏與風能具有波動性，無法參與系統調峰，在大規模光伏或風電并網后，系統需要為光伏或風電以及負荷波動預留足夠的調峰容量。我國陸上風能資源集中分布在北方地區，太陽能資源主要集中在西部地區。東北和西部經濟相對欠發達，電力需求基數小，火電供熱機組多，系統峰谷差大，供暖期系統負荷低谷時段，受供熱機組調節能力限制，系統調峰能力進一步降低，無法滿足調節風電的需求。

其次，區域電源總量過剩。外送通道一定的情況下，區域常規機組富裕，電源裝機容量相對于區域負荷嚴重過剩，是光伏與風能消納能力受限的另一主要原因。以內蒙古西部地區為例，火電機組裝機嚴重過剩，采暖期內供熱機組和自備電廠調峰能力有限，即使火電機組全部調節至最小技術出力，仍然無法滿足風電消納需求。

另外，電網的網架結構薄弱也影響了新能源的消納。電網輸電能力直接關系到光伏或風電場出力能否全部送出。太陽能資源和風能資源豐富地區，大多處于電網尚未覆蓋和網架薄弱地區，輸電能力無法滿足光電和風電送出，出現光電與風電受限。

解決光伏與風能消納問題的主要途徑就是解決前述三個問題。一是需要調整系統電源結構，增加調節能力較強的水電機組、燃油機組和燃氣機組。二是合理控制光伏與風電發展總量和布局，對常規電源總量過剩地區，在外送通道投產前，控制地區光伏與風電開發規模和進度。三是加快配套光伏與風電送出工程建設，擴大光伏與風能消納范圍。

值得高興的是，2014年4月4日，國家能源局下發《關于做好2014年風電并網消納工作的通知》，提出要加強風電基地配套送出通道建設、大力推動分散風能資源的開發建設、優化風電并網運行和調度管理要求等，力圖解決風能消納問題。

Q：您如何看待頁巖氣能源在中國的發展?

許繼剛：尋求可以取代常規煤炭和石油的新能源一直是世界各國努力的目標。雖然太陽能、風能和生物質能等是可以大量利用而且清潔無污染的新能源，但都存在著能量密度低、隨機性等弊端，都不足以作為一種主要的能源去替代煤炭和石油。頁巖氣，作為一種非常規天然氣，由于其儲量十分豐富，近幾年受到世界各國的青睞。隨著美國頁巖氣產量的急速增加，頁巖氣正在掀起一場能源革命，可以預見，未來頁巖氣的開發將是各國用于解決能源危機的重要手段，頁巖氣能源有望成為未來世界的主要能源形式之一。

我國頁巖氣開發潛力巨大，富集地質條件優越，具有與美國大致相當的頁巖氣資源潛力和開發前景。但是，目前我國的頁巖氣開發水平與美國相比仍有很大差距。美國頁巖氣工業開發已有80多年的歷史，目前美國頁巖氣的年總產量相當于中國天然氣的年產量，頁巖氣的各項開采技術基本都起源于美國。我國頁巖氣工業研究只有10多年，真正把頁巖氣當成一個領域去勘探也就5年左右。雖然我國政府、企業、科研機構和高等院校都對頁巖氣做了大量的研究工作，而且中國石油集團打下了我國第一口頁巖氣井并產出商品頁巖氣，但離全國性大規模開采還有相當長的距離。

雖然我國頁巖氣開發的道路還很曲折，但開采空間巨大，開發前景廣闊。一方面，國家要在政策上給頁巖氣更大的支持和扶持，用非常規的機制和體制，保障頁巖氣開采的科學有效發展；另一方面，要加大技術投入，在關鍵技術上尋求突破，同時要克服頁巖氣開采中的環境污染問題，盡可能采用環保型技術。相信在不久的將來，頁巖氣能為我國的經濟發展發揮重要作用。

令人興奮的是，2014年3月24日，中國石化集團宣布，涪陵頁巖氣田勘探獲得重大突破。自2013年9月15日頁巖氣一次點火成功后，至今已開采商用頁巖氣3.09億方。該氣田將以原計劃10倍的產能，提前進入大規模開發階段，并且在2017年建成百億方產能。該消息無疑為將來全國性大規模開采堅定了信心。

Q：目前，不少新能源項目進展緩慢，難以達到預期，原因是什么？如何有效解決這類問題？

許繼剛：當前，的確有不少新能源項目進展緩慢，以太陽能熱發電為例，截止到2013年，已有超過886MW的項目已經開始商業化啟動，中國華能集團公司、中國大唐集團公司、中國華電集團公司、中國國電集團公司、中國電力投資集團公司均有發電規模大于50MW的項目啟動。其中中國國電集團公司就有青海德令哈50MW、青海格爾木50MW、內蒙古蹬口50MW、西藏山南50MW和新疆博州59MW等5個50MW級項目，除浙江中控集團公司的青海德令哈50MW項目已按期投產一期10MW外，其他項目進展相對都較緩慢，甚至連中國大唐集團公司中標的我國首個太陽能光熱發電特許權招標項目——內蒙古鄂爾多斯50MW槽式項目都停滯不前，盡管該項目已于2013年9月16日到期。

太陽能熱發電項目進展緩慢的原因主要有三個方面：一是太陽能熱發電目前還不具備電價競爭性，項目造價太高，在相關政策還不明確的情況下,投資收益無保障。雖然國家有關部門已多次召開相關技術和電價的討論會，但至今沒有給出太陽能熱發電的支持電價或其他鼓勵措施。二是各大央企目前有跑馬圈地的可能，希望能在太陽能熱發電市場大規模開發前搶占資源，為未來搶占市場份額鋪好路。三是太陽能熱發電項目實施難度大于預期，項目的關鍵技術和一些外部條件所帶來的困難超出規劃之初的設想，導致難以按照預期推進。

要破解這個局面，當前亟待解決的問題主要有以下幾個方面：一是政府要像當年支持光伏發電一樣來支持太陽能熱發電，盡快出臺電價政策。二是加快核心設備和關鍵技術的國產化，降低工程造價，提高發電經濟性和市場競爭力。三是加快人才的培養力度，充實太陽能熱發電的設計、施工、調試和運行人員。

Q：您認為自動化技術在新能源產業發展中扮演怎樣的角色？在應用中，哪些問題還亟待解決？

許繼剛：自動化技術在新能源產業的發展中扮演著不可替代的重要作用。無論是新能源的開采利用、新能源裝備的開發制造還是利用新能源發電，都離不開自動化技術的強力支撐。

第一，自動化技術是新能源開采利用的推手。如地熱能的勘探與開采、生物質能的搜集與處理都離不開自動化。自動化技術讓地熱能按照設定的流程和流量源源不斷地流出，自動化技術也讓各種生物質材料如秸稈、樹枝、垃圾等在智能控制下變成可供燃燒的粉末。又如頁巖氣，雖然是目前世界范圍內有可能替代煤炭和石油的主要能源，但目前國內要大規模開采，一些關鍵技術還有待突破，其中就涉及多項自動化技術，像頁巖氣測井技術、壓裂效果監測、裂隙網絡控制技術以及裂隙形成演化的實驗與模擬技術等都是自動化技術的范疇。

第二，自動化技術是新能源裝備制造的基礎。一些新能源裝備，如光伏發電組件、光熱發電鏡場與吸熱器、風力發電機組等，在開發制造過程中，無論是產品的設計、產品的研發、產品的測試、產品生產與組裝流水線，都需要自動化技術做支撐。發揮好自動化技術與信息技術的滲透性以及倍增性作用，可以大幅提高新能源裝備產品生產的自動化水平、智能化水平和現代管理水平，提高生產效率、降低勞動強度，從而提高新能源裝備的經濟性，為新能源產業的發展奠定良好的基礎。

第三，自動化系統是新能源發電的大腦和中樞。新能源發電和常規發電一樣，其關鍵技術之一就是針對不同新能源發電而開發出的儀表與控制系統。以塔式太陽能熱發電為例，從太陽能輻射值的測量、單個反射鏡的旋轉控制、太陽能鏡場的整體控制、太陽光斑的跟蹤、吸熱器的溫度和壓力測量、介質的溫度和壓力測量、介質熱能的流量測量，到單元發電系統的協調控制和整個電廠的統一監控，再到未來的無人值班和遠程遙控，自動化系統無疑是整個電能生產過程的大腦和中樞。

自動化技術在新能源的應用當中，以下四個方面的問題是必須要面對的。

其一，不同形式的新能源，其開采工藝和發電過程是不同的，因此需要針對不同新能源的開采工藝或發電流程而開發相對應的儀表與控制系統，如塔式太陽能熱發電的鏡場控制系統。

其二，針對不同的新能源系統，其需要檢測的特殊介質和參數是不同的，如風能發電的介質只有風，潮汐發電的介質只有海水，而太陽能熱發電的介質卻有水、導熱油、空氣、熔融鹽等不同介質；又如塔式太陽能吸熱器的溫度高達1000℃，如何準確檢測如此高溫的介質溫度是自動化技術應用當中必須要解決的問題。

其三，模擬仿真技術也是自動化技術應用當中很重要的環節，開發不同新能源的模擬仿真系統，如頁巖氣裂隙形成演化的模擬技術、基于空氣介質的塔式太陽能發電系統仿真技術等，可以為系統研發與工程設計打下良好的基礎。

其四，一個非常重要而目前又難以解決的問題，是針對不同新能源系統研發的能量預測系統，如針對風力發電開發的風能預測系統，針對太陽能發電開發的太陽能輻射以及云層預測系統等，這些系統需要對天氣進行精確的預報，因此難度較大。