博世界游戏138: 管晓宏院士:能源结构已运行百年,需要迎接新的变革

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  出品 | 网易新闻

  采写 | 史文慧

  现代人的生活中,时时刻刻都离不开电,我们的手机、电脑以及各种家用电器都需要靠电能来运行,不知你有没有想过一个问题,电厂发电是持续的,而我们用电却是有高峰有低谷,那电力系统如果来调节这种供需?这就涉及到系统工程的工作。网易新闻采访了国内著名的系统工程专家、中国科学院院士管晓宏。

  

  网易新闻:您所从事的系统工程研究,是一个跨多学科的交叉性学科。对于这种跨学科的研究您是怎样看待的?

  管晓宏院士:系统工程是我们老校友钱学森钱老最先倡导的,系统工程这个学科,最早是源于航空航天工程,(解决的是)怎么样用最有效的方式,组织这样一个工程。

  比如说你有很多很多目标,让你时间最快、效率最高、成本最低,以这样的方式实现这样一个目标,确实需要通盘的考虑,是一个巨大的庞大的国家计划,所以系统工程确实涉及方方面面,涉及多学科的交叉、融合。比如整个能源电力系统的,就是系统优化的问题。

  现在学术界普遍认为,多学科的交叉融合,很多时候就是科学前沿产生的重要的来源。

  网易新闻:电厂发电是源源不断的,但用电却有高峰有低谷,您的工作是如何帮助优化这样的情况的?

  管晓宏院士:你的问题非常好,能源电力系统这样一种结构是一百三四十年前形成的,能源电力系统的生产有一个特点,就是电到目前为止还没有找到一个比较经济又能够大规模存储的办法。你怎么样调度你的系统,让你用最节能的、最节省化石能源的方式,满足你的需求,同时满足系统当中非常非常复杂的一些运行的约束,就是系统优化的问题。

  比如我们现在的新能源车,大家知道那是充电电池的,它是应用于车那种规模的,我们现在在技术上基本上能够比较经济的做到,但是像我们电力系统供应全社会的能源,这么大规模的,没有一个非常经济的存储(方式)。

  大家物理学上最基本的常识就是物质不灭、能量守恒,这个能量任何时间都要守恒,所以我们电力生产的特点,就是生产的这个量,和我们需求的量必须严格匹配,一点儿也不能多,一点儿也不能少,这就是能源电力生产的特点。

  还有一个特点,就是说它必须依赖电网运送,不像我们的物流系统,可以用火车运,可以用汽车运,到最后的这一段,还要靠我们的快递系统,靠我们骑着电动车的快递员把最后这一段送到。但是电力必须靠电网,没有别的选择,所以它就造成了刚才你说的这样一个问题。

  原来没有大规模的可再生新资源的接入,要做到调度我们系统当中各种发电的资源供应,源源不断地供应电力,一点不多,一点不少,还要满足电网各种各样运行的约束,非常非常多的安全的约束,这本身就非常复杂。有了这个新能源以后,这个问题就更加复杂。

  现在大家公认,我们现在整个人类社会都面临一个能源的危机,我们的化石能源在地球上的埋藏是有限的,就那么多,总有用完的时候,还有一个更加严重的问题,就是化石能源大规模的使用,带来了非常严重的环境问题,这对人类的健康是非常有害的。

  所以我们一定要改变目前的能源结构,就是要大规模的、大量的使用可再生新能源,比如说风能、太阳能这样的能源形式,像风能是我们的地球自传产生的,太阳能是太阳直接辐射到地球上来的,要应用这样的能源,带来一个问题就是我们的需求有一定的不确定性,另外就是过去我们的供应,火力发电、水力发电,我们是想发多少发多少,这是可以控制的,现在可再生新能源的一个很大的问题就是它是不确定的,下一个小时,甚至下一分钟、下一秒钟究竟能产生多少(电),这完全取决于风刮多少,太阳光照有多少,它有极大的不确定性,这就带来了这样的矛盾。

  所以怎么样在这样一个高度不确定的环境下,充分地利用可再生新资源,满足我们的还具有不确定的需求,同时满足各种各样的系统的运行的约束,这就是我们面临的非常复杂的一个巨大的系统工程的问题。

  我们的工作就是做这个工作,要满足用最小的化石能源的能耗,最充分利用可再生新资源,满足全社会的能源电力的需求。

  网易新闻:提到新能源技术,网上普遍有一种声音,就是中国西部的风能和太阳能发电机,很多都闲置了,实际利用率没有那么高。您怎么看待这种情况?

  管晓宏院士:实话实说这个情况是存在的。为什么呢?就是刚才我说的(能源电力系统)有那样一个特点,能源电力生产一点不能多也不能少,系统是有一定的调节和存储作用的。

  这个有技术的问题,能量要平衡的技术问题,比如说现在我们的风能,因为是不确定的,风力突然大了(或小了),怎么样把这个风能的发电量给它利用起来呢?我刚才说了,需求是不变的,怎么样利用这个风能?

  也有体制上的问题,现在电力系统的调度和发电是分开的,但是又没有市场化的运作,所以就造成了很多时候调度部门和他们的利益并不一致,和我们全社会想充分利用可再生新能源、想充分利用新能源,想用最节能的、节省化石能源的方式来提供电力的目标并不是很一致,所以这就造成了这样的问题。

  现在我们在做新的结构,包含氢能,以氢能为基础的(电力系统结构),这个事情如果做成的话,那能源革命就会真正到来,到那个时候人类就完全不依赖于化石能源,完全依赖可再生能源的循环,没有任何污染的排放的循环,相信这一天一定会到来。

  网易新闻:现在大家都在提能源互联网这个概念,您觉得能源互联网要变成现实,大概需要什么样的条件?

  管晓宏院士:我个人认为,能源互联网要实现、真正发挥作用,一定要以市场为引领,基于市场发挥作用。

  (要)基于市场发挥作用,我个人认为前提就是能源的利用要有一些结构性的革命性的技术性突破。不是说将来就一定就是氢能的利用方式,但是至少它给我们展现了一个非常好的前景,就是说没有污染的,从水到水的这样一个循环过程。而且如果这个东西能够经济性地实现,那么可再生资源的利用基本上就可以解决了,因为它可以用容器来储存。

  网易新闻:对于研究和从事系统工程这样的交叉学科的人,您觉得最重要的品质是什么?

  管晓宏院士:做交叉领域,可能往往在最初的时候,得不到承认,这是非常非常普遍的现象,(但)我相信到了最后,坚持到最后,实际上是会受益的。

  所以我们做这个(交叉学科研究)就需要在开始的时候做好不被人承认、坐冷板凳,或者说得更崇高一点,要做好淡泊名利的准备,要有这样的思想准备,(但)坚持下来做到最后,我相信一定会收获你应该得到的成果。这个成果往往很可能就是一个很大的成果,但是开始的时候,一定要经历、要做好不被承认的准备。

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