本刊記者/顧碩

【編者按】許繼剛，博士研究生，現(xiàn)任中國能源建設(shè)集團(tuán)工程研究院副院長。兼任電力行業(yè)熱工自動化與信息標(biāo)準(zhǔn)化委員會副主任、電力行業(yè)熱工自動化技術(shù)委員會副主任、中國自動化學(xué)會發(fā)電自動化專委會副主任、中國電機(jī)工程學(xué)會熱工自動化專委會副主任、中國儀器儀表學(xué)會自控工程設(shè)計委員會主任。2009年榮獲國家新世紀(jì)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(tuán)公司特級專家，2013年榮獲國務(wù)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(nèi)外發(fā)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(yè)和重要企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)5項(xiàng)，完成國家和集團(tuán)重要專題研究報告12本。

今天，能源矛盾日益加劇，新能源產(chǎn)業(yè)在技術(shù)的推動下得到了廣泛應(yīng)用。與此同時，在國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)形勢的壓力下，新能源產(chǎn)業(yè)也遇到了發(fā)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(fā)展的現(xiàn)狀。

Q：您認(rèn)為目前中國新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況如何？面臨哪些挑戰(zhàn)？

許繼剛：能源問題是影響我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的全局性、戰(zhàn)略性問題。隨著氣候變化與環(huán)境問題越來越突出，新能源作為傳統(tǒng)能源的補(bǔ)充，既可再生利用，又具有大幅降低環(huán)境污染的鮮明特征，其發(fā)展已成為全社會關(guān)注的焦點(diǎn)。

一方面，黨中央、國務(wù)院對我國新能源的發(fā)展和布局一直非常重視，前后出臺了很多促進(jìn)新能源發(fā)展的政策，不斷引導(dǎo)和鼓勵新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，給我國新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了良好的社會環(huán)境；另一方面，由于近年來各種新技術(shù)、新材料和信息技術(shù)發(fā)展迅速并相互融合，促進(jìn)了新能源技術(shù)的逐步成熟，從技術(shù)層面推動了新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

雖然中國新能源開發(fā)利用起步較晚，但近年來已經(jīng)取得顯著進(jìn)展，產(chǎn)業(yè)化已初具規(guī)模。風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、核能、地?zé)崮?、氫能、海洋能等新能源發(fā)展?jié)摿薮?，近年來得到較大發(fā)展。以前幾年發(fā)展迅速的風(fēng)電為例，截止到2013年底，我國風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)到7548萬千瓦，年增長達(dá)到24.5%。太陽能光伏發(fā)電這兩年也發(fā)展迅速，2013年全年新增并網(wǎng)太陽能發(fā)電裝機(jī)1130萬千瓦，同比增長953.2%。截至到2013年底，我國并網(wǎng)太陽能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到1479萬千瓦，同比增長335.0%。

新能源在發(fā)展中面臨的挑戰(zhàn)主要來自三個方面。其一是自身的特點(diǎn)決定了其發(fā)電利用的難度，其二是目前還沒有非常成熟的大規(guī)模儲能技術(shù)，其三是經(jīng)濟(jì)性問題。

新能源在發(fā)電方面所面臨的困難有兩點(diǎn)，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(fēng)能亦是如此，潮汐能、波浪能、生物質(zhì)能都有類似特點(diǎn)。二是供能過程具有隨機(jī)性和間歇性。而且隨機(jī)出現(xiàn)的間歇性電力對受端系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定有較大程度的影響。因此，在能源產(chǎn)業(yè)當(dāng)前可接受的經(jīng)濟(jì)性條件下，新能源尚難以單獨(dú)承擔(dān)起連續(xù)供能和跟隨用戶需求、靈活調(diào)節(jié)供能量的任務(wù)。

大規(guī)模能量儲存技術(shù)是新能源發(fā)展所面臨的另一障礙。新能源發(fā)電的隨機(jī)性和間歇性導(dǎo)致其無法穩(wěn)定持續(xù)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(xù)性，儲能設(shè)施是解決該問題的有效手段。

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

Q：光伏與風(fēng)能都要面對并網(wǎng)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(fēng)電發(fā)展的關(guān)鍵問題是并網(wǎng)和電網(wǎng)消納。北方風(fēng)能資源集中開發(fā)地區(qū)大都遭遇較嚴(yán)重的棄風(fēng)限電問題，東北一些地區(qū)冬季棄風(fēng)限電比例已近50%，西北主要風(fēng)場因數(shù)次脫網(wǎng)事故，目前限電竟高達(dá)70-80%。風(fēng)能資源最好的一些地區(qū)，設(shè)備年利用小時數(shù)還不到1400。

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

前兩年風(fēng)電的快速發(fā)展導(dǎo)致風(fēng)能消納問題非常突出，最近光伏電站也出現(xiàn)了棄光和消納問題。雖然兩者出現(xiàn)的問題不近相同，但原因卻是相同的。光伏與風(fēng)能無法消納的原因主要有電網(wǎng)調(diào)峰能力不足、區(qū)域電量過剩以及電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱等三個方面。

首先，目前我國的電源結(jié)構(gòu)造成系統(tǒng)調(diào)峰能力受限。影響系統(tǒng)接納光伏與風(fēng)電的關(guān)鍵因素是系統(tǒng)調(diào)峰能力。由于光伏與風(fēng)能具有波動性，無法參與系統(tǒng)調(diào)峰，在大規(guī)模光伏或風(fēng)電并網(wǎng)后，系統(tǒng)需要為光伏或風(fēng)電以及負(fù)荷波動預(yù)留足夠的調(diào)峰容量。我國陸上風(fēng)能資源集中分布在北方地區(qū)，太陽能資源主要集中在西部地區(qū)。東北和西部經(jīng)濟(jì)相對欠發(fā)達(dá)，電力需求基數(shù)小，火電供熱機(jī)組多，系統(tǒng)峰谷差大，供暖期系統(tǒng)負(fù)荷低谷時段，受供熱機(jī)組調(diào)節(jié)能力限制，系統(tǒng)調(diào)峰能力進(jìn)一步降低，無法滿足調(diào)節(jié)風(fēng)電的需求。

其次，區(qū)域電源總量過剩。外送通道一定的情況下，區(qū)域常規(guī)機(jī)組富裕，電源裝機(jī)容量相對于區(qū)域負(fù)荷嚴(yán)重過剩，是光伏與風(fēng)能消納能力受限的另一主要原因。以內(nèi)蒙古西部地區(qū)為例，火電機(jī)組裝機(jī)嚴(yán)重過剩，采暖期內(nèi)供熱機(jī)組和自備電廠調(diào)峰能力有限，即使火電機(jī)組全部調(diào)節(jié)至最小技術(shù)出力，仍然無法滿足風(fēng)電消納需求。

另外，電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱也影響了新能源的消納。電網(wǎng)輸電能力直接關(guān)系到光伏或風(fēng)電場出力能否全部送出。太陽能資源和風(fēng)能資源豐富地區(qū)，大多處于電網(wǎng)尚未覆蓋和網(wǎng)架薄弱地區(qū)，輸電能力無法滿足光電和風(fēng)電送出，出現(xiàn)光電與風(fēng)電受限。

解決光伏與風(fēng)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(diào)整系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)，增加調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)的水電機(jī)組、燃油機(jī)組和燃?xì)鈾C(jī)組。二是合理控制光伏與風(fēng)電發(fā)展總量和布局，對常規(guī)電源總量過剩地區(qū)，在外送通道投產(chǎn)前，控制地區(qū)光伏與風(fēng)電開發(fā)規(guī)模和進(jìn)度。三是加快配套光伏與風(fēng)電送出工程建設(shè)，擴(kuò)大光伏與風(fēng)能消納范圍。

值得高興的是，2014年4月4日，國家能源局下發(fā)《關(guān)于做好2014年風(fēng)電并網(wǎng)消納工作的通知》，提出要加強(qiáng)風(fēng)電基地配套送出通道建設(shè)、大力推動分散風(fēng)能資源的開發(fā)建設(shè)、優(yōu)化風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行和調(diào)度管理要求等，力圖解決風(fēng)能消納問題。

Q：您如何看待頁巖氣能源在中國的發(fā)展?

許繼剛：尋求可以取代常規(guī)煤炭和石油的新能源一直是世界各國努力的目標(biāo)。雖然太陽能、風(fēng)能和生物質(zhì)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(jī)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(guī)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(chǎn)量的急速增加，頁巖氣正在掀起一場能源革命，可以預(yù)見，未來頁巖氣的開發(fā)將是各國用于解決能源危機(jī)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(fā)潛力巨大，富集地質(zhì)條件優(yōu)越，具有與美國大致相當(dāng)?shù)捻搸r氣資源潛力和開發(fā)前景。但是，目前我國的頁巖氣開發(fā)水平與美國相比仍有很大差距。美國頁巖氣工業(yè)開發(fā)已有80多年的歷史，目前美國頁巖氣的年總產(chǎn)量相當(dāng)于中國天然氣的年產(chǎn)量，頁巖氣的各項(xiàng)開采技術(shù)基本都起源于美國。我國頁巖氣工業(yè)研究只有10多年，真正把頁巖氣當(dāng)成一個領(lǐng)域去勘探也就5年左右。雖然我國政府、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)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(tuán)打下了我國第一口頁巖氣井并產(chǎn)出商品頁巖氣，但離全國性大規(guī)模開采還有相當(dāng)長的距離。

雖然我國頁巖氣開發(fā)的道路還很曲折，但開采空間巨大，開發(fā)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(guī)的機(jī)制和體制，保障頁巖氣開采的科學(xué)有效發(fā)展；另一方面，要加大技術(shù)投入，在關(guān)鍵技術(shù)上尋求突破，同時要克服頁巖氣開采中的環(huán)境污染問題，盡可能采用環(huán)保型技術(shù)。相信在不久的將來，頁巖氣能為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮重要作用。

令人興奮的是，2014年3月24日，中國石化集團(tuán)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(diǎn)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(chǎn)能，提前進(jìn)入大規(guī)模開發(fā)階段，并且在2017年建成百億方產(chǎn)能。該消息無疑為將來全國性大規(guī)模開采堅(jiān)定了信心。

Q：目前，不少新能源項(xiàng)目進(jìn)展緩慢，難以達(dá)到預(yù)期，原因是什么？如何有效解決這類問題？

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

太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目進(jìn)展緩慢的原因主要有三個方面：一是太陽能熱發(fā)電目前還不具備電價競爭性，項(xiàng)目造價太高，在相關(guān)政策還不明確的情況下,投資收益無保障。雖然國家有關(guān)部門已多次召開相關(guān)技術(shù)和電價的討論會，但至今沒有給出太陽能熱發(fā)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(fā)電市場大規(guī)模開發(fā)前搶占資源，為未來搶占市場份額鋪好路。三是太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目實(shí)施難度大于預(yù)期，項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)和一些外部條件所帶來的困難超出規(guī)劃之初的設(shè)想，導(dǎo)致難以按照預(yù)期推進(jìn)。

要破解這個局面，當(dāng)前亟待解決的問題主要有以下幾個方面：一是政府要像當(dāng)年支持光伏發(fā)電一樣來支持太陽能熱發(fā)電，盡快出臺電價政策。二是加快核心設(shè)備和關(guān)鍵技術(shù)的國產(chǎn)化，降低工程造價，提高發(fā)電經(jīng)濟(jì)性和市場競爭力。三是加快人才的培養(yǎng)力度，充實(shí)太陽能熱發(fā)電的設(shè)計、施工、調(diào)試和運(yùn)行人員。

Q：您認(rèn)為自動化技術(shù)在新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展中扮演怎樣的角色？在應(yīng)用中，哪些問題還亟待解決？

許繼剛：自動化技術(shù)在新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)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(fā)制造還是利用新能源發(fā)電，都離不開自動化技術(shù)的強(qiáng)力支撐。

第一，自動化技術(shù)是新能源開采利用的推手。如地?zé)崮艿目碧脚c開采、生物質(zhì)能的搜集與處理都離不開自動化。自動化技術(shù)讓地?zé)崮馨凑赵O(shè)定的流程和流量源源不斷地流出，自動化技術(shù)也讓各種生物質(zhì)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(nèi)有可能替代煤炭和石油的主要能源，但目前國內(nèi)要大規(guī)模開采，一些關(guān)鍵技術(shù)還有待突破，其中就涉及多項(xiàng)自動化技術(shù)，像頁巖氣測井技術(shù)、壓裂效果監(jiān)測、裂隙網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)以及裂隙形成演化的實(shí)驗(yàn)與模擬技術(shù)等都是自動化技術(shù)的范疇。

第二，自動化技術(shù)是新能源裝備制造的基礎(chǔ)。一些新能源裝備，如光伏發(fā)電組件、光熱發(fā)電鏡場與吸熱器、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等，在開發(fā)制造過程中，無論是產(chǎn)品的設(shè)計、產(chǎn)品的研發(fā)、產(chǎn)品的測試、產(chǎn)品生產(chǎn)與組裝流水線，都需要自動化技術(shù)做支撐。發(fā)揮好自動化技術(shù)與信息技術(shù)的滲透性以及倍增性作用，可以大幅提高新能源裝備產(chǎn)品生產(chǎn)的自動化水平、智能化水平和現(xiàn)代管理水平，提高生產(chǎn)效率、降低勞動強(qiáng)度，從而提高新能源裝備的經(jīng)濟(jì)性，為新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

第三，自動化系統(tǒng)是新能源發(fā)電的大腦和中樞。新能源發(fā)電和常規(guī)發(fā)電一樣，其關(guān)鍵技術(shù)之一就是針對不同新能源發(fā)電而開發(fā)出的儀表與控制系統(tǒng)。以塔式太陽能熱發(fā)電為例，從太陽能輻射值的測量、單個反射鏡的旋轉(zhuǎn)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(zhì)的溫度和壓力測量、介質(zhì)熱能的流量測量，到單元發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制和整個電廠的統(tǒng)一監(jiān)控，再到未來的無人值班和遠(yuǎn)程遙控，自動化系統(tǒng)無疑是整個電能生產(chǎn)過程的大腦和中樞。

自動化技術(shù)在新能源的應(yīng)用當(dāng)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(fā)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(fā)電流程而開發(fā)相對應(yīng)的儀表與控制系統(tǒng)，如塔式太陽能熱發(fā)電的鏡場控制系統(tǒng)。

其二，針對不同的新能源系統(tǒng)，其需要檢測的特殊介質(zhì)和參數(shù)是不同的，如風(fēng)能發(fā)電的介質(zhì)只有風(fēng)，潮汐發(fā)電的介質(zhì)只有海水，而太陽能熱發(fā)電的介質(zhì)卻有水、導(dǎo)熱油、空氣、熔融鹽等不同介質(zhì)；又如塔式太陽能吸熱器的溫度高達(dá)1000℃，如何準(zhǔn)確檢測如此高溫的介質(zhì)溫度是自動化技術(shù)應(yīng)用當(dāng)中必須要解決的問題。

其三，模擬仿真技術(shù)也是自動化技術(shù)應(yīng)用當(dāng)中很重要的環(huán)節(jié)，開發(fā)不同新能源的模擬仿真系統(tǒng)，如頁巖氣裂隙形成演化的模擬技術(shù)、基于空氣介質(zhì)的塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)仿真技術(shù)等，可以為系統(tǒng)研發(fā)與工程設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。

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(tǒng)研發(fā)的能量預(yù)測系統(tǒng)，如針對風(fēng)力發(fā)電開發(fā)的風(fēng)能預(yù)測系統(tǒng)，針對太陽能發(fā)電開發(fā)的太陽能輻射以及云層預(yù)測系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)需要對天氣進(jìn)行精確的預(yù)報，因此難度較大。