薛禹勝，中國工程院院士、國網(wǎng)電力科學(xué)院名譽(yù)院長

能源安全離不開電網(wǎng)的安全

問：您一直致力于電網(wǎng)安全的研究與實(shí)踐，能源發(fā)展與電網(wǎng)安全的關(guān)系是怎么樣的?

薛禹勝：能源是社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，可靠的電力供應(yīng)則是現(xiàn)代文明的重要支持。按照發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗，電能替代其他終端能源是改變發(fā)展模式的重要舉措。如果電能在終端能源中的占比上升1個點(diǎn)，能源強(qiáng)度將降低3.7個點(diǎn)。而電網(wǎng)是支撐電力傳輸和電力市場的物理平臺。所以能源安全離不開電網(wǎng)的安全。

一次能源在發(fā)電廠轉(zhuǎn)化成電能，電能再通過輸配電網(wǎng)的傳輸?shù)浇K端。在這個過程當(dāng)中，我們要保證傳輸?shù)陌踩裕弘娏ο到y(tǒng)承受可信的擾動而不崩潰的能力，以及充裕性：電力系統(tǒng)在擾動后仍然保持供需平衡的能力。

在電力系統(tǒng)、電力市場以及參與者之間，需要一個決策支持系統(tǒng)。基于這樣一個思維，國網(wǎng)電科院開發(fā)了國際上唯一的WARMAP體系，它廣泛應(yīng)用在中國省級以上的電網(wǎng)當(dāng)中，使中國電網(wǎng)的安全預(yù)警技術(shù)引領(lǐng)了世界。

但是目前的研究工作是在電力流設(shè)定的邊界條件之下進(jìn)行研究的，所以它并沒有考慮到一次能源對這個設(shè)定邊界條件的影響，它也沒有考慮到用電模式改變以后，它對于電力流的影響。所以我們還并沒有考慮實(shí)際情況下，我們面對著能源環(huán)境的變化。

那么為了保證真正的能源安全，我們是需要研究整個能源流，要用能源流代替單純電力流的研究。此外，為了保證環(huán)境安全，我們還要研究能源生產(chǎn)和能源消費(fèi)對于環(huán)境的影響，也就是我們需要研究能源整個環(huán)節(jié)當(dāng)中的每一個環(huán)節(jié)對環(huán)境排放的影響。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，與物理電力系統(tǒng)相關(guān)的外部條件環(huán)境也在不斷發(fā)生改變，有些變化會帶來很大的影響，這些影響如果不把它考慮進(jìn)來，電力安全和能源安全將是很難保證的。

大規(guī)模可再生能源接入電網(wǎng)之后的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)還沒有被充分認(rèn)識到

問：可再生能源的發(fā)展，會對目前的電力系統(tǒng)帶來什么樣的挑戰(zhàn)?

薛禹勝：目前為止，化石類能源仍然是發(fā)電的主要能源。化石能源作為一次能源，不僅受到自然資源有限的約束，并且受到環(huán)境破壞的制約，所以在未來，化石類能源的比例將會大幅下降，最終將會被可再生能源代替。

大量的可再生能源必須先轉(zhuǎn)化為電能，才能成為終端能源。如果沒有電能在終端代替其他化石能源，可再生能源的大規(guī)模使用是不太現(xiàn)實(shí)的。

但是，可再生能源轉(zhuǎn)化成電能，帶來了一些挑戰(zhàn)，很重要的挑戰(zhàn)之一，就是它的不確定性。可再生能源本身就是波動的，比如風(fēng)是或大或小，并且有間歇性特征，比如在幾分鐘之內(nèi)突然由很大的風(fēng)速直接降到?jīng)]有風(fēng)速，我們叫它是不太可控的能源。但不太可控的能源占比不大時，我們可以通過化石類能源起到備用的作用，但是當(dāng)可再生能源占到50%、80%，那個時候，突然沒有風(fēng)了，太陽被擋住了，那個時候我們的系統(tǒng)怎么來保證用戶的可靠用電呢?如果這個問題不能夠很好的解決，當(dāng)然我們也有沒有辦法來保證可再生能源的替代了。

大規(guī)模間歇性的可再生能源入網(wǎng)對電力充裕性的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，間歇性電能的占比將持續(xù)增加。第二，電源側(cè)的預(yù)測誤差大大超過負(fù)荷側(cè)。第三，風(fēng)電突變時刻難以準(zhǔn)確預(yù)報。第四，瞬時及旋轉(zhuǎn)備用的調(diào)度問題突出。第五，影響到可再生能源發(fā)電的初衷。

所以，在大規(guī)模可再生能源接入以后，怎么樣保證二次能源和終端能源的安全，這也是一個非常嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。這一點(diǎn)我個人感覺還沒有被很多人所真正地認(rèn)識到，因為現(xiàn)在注意力還是集中在電源端和用戶模式上面，但是這些問題將來會成為一個重大的問題。

用戶行為必須納入到現(xiàn)有的模型研究中來

問：終端側(cè)用電的變化，比如電動汽車的普及，會對電力系統(tǒng)產(chǎn)生如何的影響?

薛禹勝：終端側(cè)的用電方式也會對物理電力系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響。在終端，用電來代替化石能源是一個不可逆轉(zhuǎn)的趨勢，并且對于環(huán)境的安全等等都是至關(guān)重要的，在這方面最主要使用的就是電動汽車。

電動汽車還沒有在一個成熟的框架中進(jìn)行全方位的研究。目前為止，包括我們政府的計劃，還是大大滯后于實(shí)際的發(fā)展。為什么?因為在電動汽車領(lǐng)域中，人的參與和人的行為是影響行業(yè)發(fā)展的重大因素。

我們知道，在物理系統(tǒng)中做決策，都是建立于數(shù)學(xué)模型的仿真，它可以在數(shù)學(xué)模型上優(yōu)化方案再需實(shí)施。如果有人參與，學(xué)術(shù)界很難提出一個很好的研究方法，能夠把人的博弈，特別是非理性的博弈，有效地考慮在我們的決策之中。在管理上面和社會學(xué)上面，我們是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于物理上這個研究的工作，因此，怎么樣使技術(shù)上、物理上行之有效的仿真，能夠用到社會學(xué)上面，是我們一定要面臨的問題。我們在這上面進(jìn)行了近十年的研究工作，也開始在國際上發(fā)表一些研究的結(jié)果。

減排不能停留在定性語言上，一定要有定量的分析

問：節(jié)能減排已經(jīng)成為全社會的共識，電力系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系又是怎樣的?

薛禹勝：物理電力系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境，這兩者之間的關(guān)系也是一個雙向的關(guān)系。電力系統(tǒng)通過排放影響生態(tài)環(huán)境，而生態(tài)環(huán)境又通過災(zāi)害，比如停電風(fēng)險，來懲罰人類。

在減少排放方面，除了政策上的控制，我們還應(yīng)該在科學(xué)的水準(zhǔn)上去研究這個問題。人類活動可以通過生態(tài)工程來改善生態(tài)，同時我們也通過市場機(jī)制來約束排放，那么我們要通過監(jiān)測，來保證這些手段能夠達(dá)到減排的目的。我們以前只是定性地去講這個問題，只是用語言程度上去描述這個問題，但對于這么一個精細(xì)化的研究，一定需要有定量的分析。這需要在社會學(xué)、人類行為學(xué)當(dāng)中找到新的研究的方法，這個是我們現(xiàn)在正在努力的。

我們需要考慮到數(shù)學(xué)模型，也要考慮人類不同角色的參與者，人類的行為，在不同的環(huán)境和場景之下，是如何理性及非理性地博弈，又是如何影響最終物理系統(tǒng)的運(yùn)行，這是很大的一個挑戰(zhàn)。

為了保證以后的能源安全，我們還是需要有頂層設(shè)計

問：生態(tài)環(huán)境將怎么通過災(zāi)害影響電力系統(tǒng)呢?未來的隱患在哪里?

薛禹勝：我們原來的停電防御系統(tǒng)是局限在電力系統(tǒng)內(nèi)部，但是現(xiàn)在需要把防御戰(zhàn)線提前到外部系統(tǒng)。如果我們對自然災(zāi)害的預(yù)警和決策能夠提前到它的源頭，那么就給停電防御留出更長的預(yù)警時間。如果要保證電力安全，一定要把研究范圍擴(kuò)大到自然災(zāi)害引起機(jī)理的演化過程當(dāng)中，如果我們這個研究向前推進(jìn)，那么能源的可靠性也就越能夠保證。

總的來看，我們現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到的安全程度，不足以保證今后的能源安全，而為了保證今后的能源安全，我們還是需要有一個頂層的設(shè)計。美國、歐洲、日本對能源領(lǐng)域都提出了頂層設(shè)計，他們提到了一個新的動向，就是能源互聯(lián)網(wǎng)，這是歐盟提出來，美國進(jìn)行了一些研究，德國也提出了研究計劃。

能源互聯(lián)網(wǎng)不能簡單套用Internet的概念

問：最近“能源互聯(lián)網(wǎng)”話題非常火熱，您認(rèn)為“能源互聯(lián)網(wǎng)”的究竟是什么?

薛禹勝：能源互聯(lián)網(wǎng)是一個新事物，雖然有很多的探討，但并沒有一個準(zhǔn)確的描述方法：到底能源互聯(lián)網(wǎng)是什么?我個人感覺還是需要有一個討論。我的觀點(diǎn)也是作為一家之詞。

能源互聯(lián)網(wǎng)，字面上是把IT當(dāng)中“互聯(lián)網(wǎng)”這個詞用到能源上來講。但是現(xiàn)在很多文章，我認(rèn)為是牽強(qiáng)地把互聯(lián)網(wǎng)的一些概念照搬到能源網(wǎng)上面來，這是不利于我們真正去研究能源互聯(lián)網(wǎng)的。

Internet是支持信息留的計算機(jī)技術(shù)，而能源流服從的物理規(guī)律與信息流不同。能源互聯(lián)網(wǎng)不能簡單套用Internet的概念，而是在支撐層面上的深度融合，實(shí)現(xiàn)能源流的全面監(jiān)控及優(yōu)化。我不反對用“能源互聯(lián)網(wǎng)”這個詞，但我不同意把IT中的詞生搬硬套到能源領(lǐng)域中，不是簡單地把能源網(wǎng)和信息網(wǎng)混雜在一起。

未來能源的核心是電力和電網(wǎng)

問：您心目中的能源互聯(lián)網(wǎng)是什么樣的?

薛禹勝：我心目中的能源互聯(lián)網(wǎng)，是由物理系統(tǒng)，即電網(wǎng)、氣網(wǎng)、熱力網(wǎng)、交通網(wǎng)……構(gòu)成的綜合能源網(wǎng)。未來能源的核心是電力和電網(wǎng)，為了保證電力的安全，你要去研究它的方方面面：它的上游和下游，它的一次能源和終端電源，它的可再生能源對于化石類能源的替代，對我們電力安全的影響，用戶用電模式的改變怎么改變電力系統(tǒng)的安全性和充裕性。

能源互聯(lián)網(wǎng)的要素，第一，分布式的儲能及一次能源轉(zhuǎn)換技術(shù)。第二，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，包括分部電源、儲能、智能用電即插即用，需求側(cè)信息挖掘，等。第三，電動汽車及各種智能用電模式。第四，RES與分布式發(fā)電技術(shù)。

我認(rèn)為能源互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)有：涉及的能源種類多，可再生能源占比不斷增加;地域分散，需要互聯(lián)，共享開放;分布式微網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)的集成;適應(yīng)能源體制變革，供需協(xié)調(diào)模式;自愈功能強(qiáng)、運(yùn)行高效、環(huán)境友好。

所謂的能源互聯(lián)網(wǎng)特點(diǎn)，在原來的智能電網(wǎng)里都講過了

問：能源互聯(lián)網(wǎng)究竟和智能電網(wǎng)有什么區(qū)別?

薛禹勝：包括我在內(nèi)，我也不太分得清，能源互聯(lián)網(wǎng)到底和智能電網(wǎng)到底有什么區(qū)別?我網(wǎng)上查了一下，所謂能源互聯(lián)網(wǎng)的這些特點(diǎn)，在原來的智能電網(wǎng)理論中都講過了，所以我個人感覺，一定要搞清楚，提這個詞到底目的到底是什么?不是為了提這個詞而提這個詞。

未來我們真正要解決的是什么呢?是當(dāng)可再生能源占到80%，甚至占到100%，到那個時候，我們的電力系統(tǒng)和電網(wǎng)怎么去支撐這個環(huán)境?這是我們以前在討論智能電網(wǎng)時沒有正視的問題，我們需要從能源頂層設(shè)計上把這個考慮起來。

重視以電力為主的全方位的能源安全

問：您現(xiàn)在最關(guān)心的技術(shù)是什么?

薛禹勝：對我們來講，就是要重視以電力為主的全方位的能源安全，它有賴于可再生能源，甚至到某一天，人類可能要使用80%以上都是可再生能源。一旦風(fēng)沒有了，你怎么辦?我們怎么樣優(yōu)化儲能來做好備用?

人類可持續(xù)發(fā)展不僅依賴能源，還依賴經(jīng)濟(jì)和環(huán)境安全，所以要保證人類的可持續(xù)發(fā)展，一定要全方位地去考慮，它們彼此之間是相互影響的，你不可能單獨(dú)的、孤立去研究某一個方面，而應(yīng)該把它看成是全局的問題來研究。