電力綠色發(fā)展 促進(jìn)能源革命——第四屆中國電力發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新論壇

議題1：能源開發(fā)與高效利用

中國核電技術(shù)發(fā)展

中國工程院院士 葉奇蓁

我國核電正掀起一輪新的建設(shè)高潮。截止2015年2月中旬，國內(nèi)核電運(yùn)行機(jī)組22臺(tái)，總裝機(jī)容量2010萬kW。其中，中核11臺(tái)共859萬kW，占42.7%；中廣核11臺(tái)共1151萬kW，占比57.3%（見表1）。

截止2015年2月中旬，國內(nèi)核電在建機(jī)組26臺(tái)，裝機(jī)容量2841萬kW，其中中核10臺(tái)共1032萬kW，占比36.3%；中廣核13臺(tái)共1538萬kW，占比54.1%；中電投2臺(tái)共250萬kW，占比8.8%；華能1臺(tái)共21萬kW，占比0.7%（見表2）。

表1 我國在運(yùn)核電廠裝機(jī)總?cè)萘勘?截止到2015年2月中旬)

表2 我國在建核電廠裝機(jī)總?cè)萘勘?截止到2015年2月中旬)

圖 我國一次能源結(jié)構(gòu)

我國能源發(fā)展面臨供需總量平衡、能源結(jié)構(gòu)、環(huán)境生態(tài)、能源輸運(yùn)以及對(duì)國外資源依存的能源供應(yīng)安全等問題。在全部一次能源中，核電僅占0.8%；此外，在世界核電占總發(fā)電量比例中，中國核電比例最小，僅為2%左右，法國最高，約為74%（2010年數(shù)據(jù)），因此有很大的發(fā)展空間。

國家主席習(xí)近平指示，要深入論證內(nèi)陸核電，保護(hù)廠址資源，推動(dòng)核電技術(shù)創(chuàng)新，抓緊示范核電建設(shè)。縱觀我國核電站分布，大體在沿海省份，除了河北省以外，多半沿海省份已經(jīng)建設(shè)了核電。隨著國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展向中西部延伸，內(nèi)陸地區(qū)經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展，對(duì)能源和電力的需求日趨增長，例如2007年初南方各省發(fā)生了大面積、長時(shí)間的雪災(zāi)，造成了廣大地區(qū)長時(shí)間的斷電，帶來了嚴(yán)重的后果，因此有必要推動(dòng)內(nèi)陸核電的發(fā)展。此外，除提高電網(wǎng)的抗災(zāi)害能力，核電站是緊急情況下不依賴燃料運(yùn)輸?shù)闹坞娬?。?jù)數(shù)據(jù)顯示，我國備選廠址可滿足3億多千瓦核電裝機(jī)容量，其中40%為內(nèi)陸廠址。

福島核事故絕對(duì)不可能在中國發(fā)生。中國不會(huì)出現(xiàn)如此高的地震，并且中國沒有如此大的海嘯，因?yàn)楹[與海水深度和距離有關(guān)，中國的大陸架很長，海嘯一般半米左右，南海海嘯最大時(shí)約2米左右。此外，福島放射性物質(zhì)流出事件令人們擔(dān)憂，主要由于福島核電站三道屏障不完整，壓力容器破壞導(dǎo)致水流進(jìn)反應(yīng)堆廠房，這些廠房不是鋼封面的，不能很好地防泄露，水隨著潮漲潮落進(jìn)進(jìn)出出。即使發(fā)生極不可能發(fā)生地核事故時(shí)，內(nèi)陸核電廠亦可以采取措施，實(shí)現(xiàn)嚴(yán)重事故工況下放射性污水地“可貯存”、“可封堵”、“可處理”和“可實(shí)體隔離”。

能源技術(shù)革命必須立足中國國情

中國工程院院士 李立洗呈

能源革命是一個(gè)宏觀概念，包括生產(chǎn)革命、消費(fèi)革命、技術(shù)革命和體制革命，其具體實(shí)現(xiàn)形式就是通過產(chǎn)學(xué)研各界開展高級(jí)合作，推動(dòng)能源技術(shù)革命，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

當(dāng)今，世界各國，尤其是歐美發(fā)達(dá)國家投入巨資和熱情推動(dòng)能源技術(shù)革命，積極搶占綠色能源技術(shù)的制高點(diǎn)。中國計(jì)劃2030年左右，二氧化碳排放達(dá)到峰值，計(jì)劃到2030年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重提高到20%左右。世界上新一輪能源技術(shù)革命已經(jīng)出現(xiàn)，頁巖氣開發(fā)，油氣資源深度開發(fā)，煤炭清潔化利用，風(fēng)能和太陽能技術(shù)開發(fā)以及電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能技術(shù)、智能電網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)在不斷發(fā)展，逐漸取得突破。在這一背景下，積極推動(dòng)能源技術(shù)革命，把能源技術(shù)及其關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)培育成帶動(dòng)我國產(chǎn)業(yè)升級(jí)的新經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，對(duì)于保障我國能源安全、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展以及應(yīng)對(duì)氣候變化具有重大意義。

推動(dòng)能源技術(shù)革命，必須立足我國國情，緊跟國際能源技術(shù)革命新趨勢(shì)，以綠色低碳為方向，分類推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新，并同其他領(lǐng)域高新技術(shù)緊密結(jié)合，把能源技術(shù)及其關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)培育成帶動(dòng)我國產(chǎn)業(yè)升級(jí)的新增長點(diǎn)。

對(duì)于能源技術(shù)，我國需要確定一個(gè)更加清晰的方向。在能源技術(shù)革命研究中，技術(shù)方向、技術(shù)路線非常重要。舉當(dāng)年高清電視發(fā)展的例子，有的國家采取模擬電路的技術(shù)路線，失敗了；有的國家走了數(shù)字化路線，成功了。恰恰因?yàn)榧夹g(shù)路線正確，做出技術(shù)路線的正確決策，才能夠取得未來的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。我國需要結(jié)合國情和能源稟賦積極應(yīng)對(duì)氣候變化，需研究我國能源技術(shù)不同階段的發(fā)展目標(biāo)。到2030年，我國需要在能源技術(shù)方面有重大突破，逐步改變以煤炭為主的基本格局，以保持2030年后能源供給自給自足的局面。

在信息高速發(fā)展的當(dāng)代，未來能源的發(fā)展勢(shì)必與互聯(lián)網(wǎng)的開放性思維相碰撞，依靠大數(shù)據(jù)云計(jì)算平臺(tái)的分析，在能源生產(chǎn)、能源傳輸、能源消費(fèi)方面進(jìn)行突破，以實(shí)現(xiàn)能源清潔、互聯(lián)的均衡發(fā)展。在能源生產(chǎn)方面，應(yīng)大力推進(jìn)煤炭等化石能源的清潔高效利用，著力發(fā)展綠色新能源，形成以清潔能源為主動(dòng)力的多輪驅(qū)動(dòng)能源供應(yīng)體系。在能源傳輸方面，打破傳統(tǒng)能源傳輸介質(zhì)束縛，更新能源傳輸方式。隨著能源生產(chǎn)的多樣化發(fā)展，能源消費(fèi)轉(zhuǎn)向就地消費(fèi)為主。在能源消費(fèi)方面，實(shí)現(xiàn)能源形式之間的相互轉(zhuǎn)換，為消費(fèi)端因地制宜地選擇能源消費(fèi)類型提供可能，是能源就地消費(fèi)的有力保障。同時(shí)，能源消費(fèi)流量及狀態(tài)數(shù)據(jù)可以被實(shí)時(shí)采集，便于能源間的協(xié)調(diào)控制與均衡發(fā)展。

議題2：電網(wǎng)安全與輸變電技術(shù)

特高壓輸電裝備安全運(yùn)行與動(dòng)力學(xué)

中國工程院院士 陳予恕

目前，我國在特高壓輸變電裝備領(lǐng)域已經(jīng)創(chuàng)造了世界先進(jìn)技術(shù)?！吨袊圃?025》作為我國實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的綱領(lǐng)性文件，將我國特高壓裝備的發(fā)展研究納入國家制造強(qiáng)國戰(zhàn)略規(guī)劃之中，大幅提升技術(shù)創(chuàng)新能力，擴(kuò)大行業(yè)發(fā)展優(yōu)勢(shì)，形成

推動(dòng)能源技術(shù)革命，必須立足我國國情，緊跟國際能源技術(shù)革命新趨勢(shì)，以綠色低碳為方向，分類推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新，并同其他領(lǐng)域高新技術(shù)緊密結(jié)合，把能源技術(shù)及其關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)培育成帶動(dòng)我國產(chǎn)業(yè)升級(jí)的新增長點(diǎn)。自主創(chuàng)新引領(lǐng)能力。

輸電裝備的安全運(yùn)行保障問題引起了人們極大的重視，特別是隨著我國特高壓輸電線路的發(fā)展，我國在保證輸電線路裝備安全運(yùn)行方面也取得了不少進(jìn)展。眾所周知，輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)是影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的危害之一。對(duì)輸電線路舞動(dòng)的分析與防治屬于動(dòng)力學(xué)范疇。輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)是指輸電線路導(dǎo)線在不對(duì)稱覆冰及風(fēng)力的作用下引起的一種低頻率振動(dòng)現(xiàn)象，其頻率為0.1～3Hz，振幅為導(dǎo)線直徑的20～300倍。

輸電導(dǎo)線舞動(dòng)的防治策略和結(jié)構(gòu)有多種形式，如壓重防舞器、動(dòng)力減振器防舞器、失諧擺防舞器以及最近提出的線性零頻減振器防舞器等。通過分析非線性減振器與輸電導(dǎo)線耦合系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特征得出結(jié)論：非線性減振器的線性固有頻率影響了輸電導(dǎo)線各階固有頻率附近的共振頻率范圍，但其非線性剛度對(duì)減振器與輸電導(dǎo)線的共振頻率范圍無影響，輸電導(dǎo)線各階固有頻率附近存在共振頻率禁帶，共振頻率禁帶的大小與各階模態(tài)函數(shù)的平方正相關(guān)。多個(gè)非線性減振器與單個(gè)同質(zhì)量的非線性減振器相比，具有更寬的共振頻率范圍。

輸電線路的構(gòu)成，除了導(dǎo)線，還有桿塔和基礎(chǔ)。桿塔是一個(gè)復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，它除承受靜載荷外，還承受著風(fēng)載、導(dǎo)線質(zhì)量及舞動(dòng)的動(dòng)載荷，有時(shí)還需考慮地震載荷等，而基礎(chǔ)則承受著桿塔和導(dǎo)線的載荷。目前在設(shè)計(jì)輸電線路時(shí)多數(shù)是對(duì)桿塔、基礎(chǔ)和導(dǎo)線分別進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)等計(jì)算分析，以便確定其結(jié)構(gòu)參數(shù)的大小。但是在輸電線路送電過程中，它們是互相聯(lián)系耦合的一個(gè)整體，建議作為一個(gè)整體系統(tǒng)進(jìn)行建模分析，并將理論結(jié)果與線路實(shí)驗(yàn)結(jié)果互相驗(yàn)證，以便做到安全、經(jīng)濟(jì)和可靠的運(yùn)行。

輸電線路的優(yōu)化設(shè)計(jì)和安全運(yùn)行，其理論基礎(chǔ)是動(dòng)力學(xué)，建議應(yīng)給予足夠重視，為我國特高壓輸電線路技術(shù)領(lǐng)先世界先進(jìn)水平創(chuàng)造條件。

電磁脈沖及電力系統(tǒng)防護(hù)

中國科學(xué)院院士 王錫凡

我國電網(wǎng)在自然或人為引起的電磁危害不言而喻，不論是發(fā)電廠、輸電系統(tǒng)還是配電網(wǎng)，都難以幸免。

電力系統(tǒng)遭受EMP襲擊將造成大面積、長時(shí)間的停電，會(huì)引起社會(huì)混亂。以美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室對(duì)美國電網(wǎng)防護(hù)EMP襲擊的研究報(bào)告為例來進(jìn)行分析。地磁爆引起魁北克大停電的案例。1989年3月13日發(fā)生的太陽磁暴，對(duì)北美和英國電力系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的破壞?？笨穗娋W(wǎng)全部癱瘓，600萬居民斷電，英國南部電網(wǎng)兩臺(tái)400／275千伏自耦變損壞。新澤西Salem核電站500千伏／1200兆伏安變壓器被漏磁引起的高溫徹底損壞。

電磁脈沖輻射的主要來源包括太陽黑子引起的磁暴、高空核爆、人為的電磁干擾。數(shù)據(jù)顯示，全球受EMP影響造成的經(jīng)濟(jì)使處理事故和恢復(fù)供電更加困難，其他基礎(chǔ)設(shè)施如交通、通信、供水、金融等系統(tǒng)癱瘓，都給電力系統(tǒng)恢復(fù)帶來困難，包括燃料供應(yīng)等。

電力系統(tǒng)必須對(duì)電磁脈沖輻射的襲擊進(jìn)行防護(hù)，把破壞后果降低到合理的程度，并提出從分析和計(jì)算、試驗(yàn)與仿真、組織與協(xié)調(diào)、電力系統(tǒng)分析和電力系統(tǒng)規(guī)劃等方面開展研究。

防護(hù)電磁脈沖主要做好三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，即：對(duì)電力系統(tǒng)的防護(hù)、減輕襲擊的破壞后果、電磁脈沖彈襲擊后的修復(fù)。要保護(hù)電力系統(tǒng)在受到電磁脈沖輻射襲擊后仍能維持正常運(yùn)行是不可能的。因此，防護(hù)原則應(yīng)該是在災(zāi)后能迅速恢復(fù)對(duì)重要用戶供電，通過特殊接地等措施保護(hù)發(fā)電機(jī)、變壓器、開關(guān)等，以及供氣系統(tǒng)貴重設(shè)備免受E2、E3損壞。

居安思危，有備無患。對(duì)電力系統(tǒng)而言，電源布局和輸電接線方式要適當(dāng)考慮自然災(zāi)害，包括地磁爆、極端天氣及電磁脈沖輻射等造成的破壞后果和恢復(fù)情況，控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)等應(yīng)有合理的抗電磁干擾水平。同時(shí)加強(qiáng)變壓器、斷路器等關(guān)鍵設(shè)備抵御GIC的能力，建立有效的備用機(jī)制。

運(yùn)行、調(diào)度人員應(yīng)對(duì)防范EMP有足夠的認(rèn)識(shí)和心理準(zhǔn)備，并應(yīng)加強(qiáng)這一領(lǐng)域的研究，開發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的措施，防護(hù)EMP對(duì)我國電網(wǎng)的襲擊。

能源革命與可靠性電力保障

中國工程院院士 薛禹勝

脈沖輻射（EMP）下是很脆弱的，可能導(dǎo)致幾個(gè)月或更長時(shí)期的電力系統(tǒng)癱瘓和災(zāi)難性的后果。電磁脈沖輻射對(duì)電力系統(tǒng)有巨大破壞力。早期高頻電磁脈沖（E1）對(duì)SCADA系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、傳感器、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)造成破壞，可造成配電網(wǎng)絕緣子閃絡(luò)。中期的中頻脈沖（E2）與雷電的電磁脈沖類似，相當(dāng)于成千上萬個(gè)雷電。在E1為之掃清保護(hù)后，可直接損壞電力系統(tǒng)主設(shè)備。晚期電磁脈沖(E3)類似地磁暴，主要對(duì)輸電線路和低頻設(shè)備造成破壞。由此可見，電磁脈沖輻射對(duì)電力系統(tǒng)的巨大損失達(dá)1～3萬億美元，恢復(fù)需要4～10年，而防護(hù)費(fèi)分?jǐn)偟矫總€(gè)用戶僅為20美分／年。所以，基于對(duì)魁北克大停電的分析和研究，2011年1月16日，美國有議員提出《電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施安全防護(hù)法案》。該法案明確針對(duì)三種電磁脈沖進(jìn)行防護(hù)：高空核爆、電磁武器、自然產(chǎn)生的電磁脈沖。所以，我國也應(yīng)該積極防范EMP襲擊，引起危害可能對(duì)國防安全造成影響。

電磁脈沖造成的大停電難以恢復(fù)，大量一、二次設(shè)備同時(shí)被干擾損壞，電磁脈沖輻射會(huì)首先破壞通信系統(tǒng)和控制設(shè)備，

中國必須盡快由高碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)向低碳經(jīng)濟(jì), 能源的綜合優(yōu)化問題更為凸出。其要點(diǎn)是一次能源中的清潔替代及終端能源中的電能替代。如果不能實(shí)現(xiàn)能源的這兩個(gè)替代,就無法持久地保障國家安全、環(huán)境安全及社會(huì)發(fā)展。一次能源是指自然界中以原有形式存在的天然能源，包括化石類能源及可再生能源；用戶直接消費(fèi)的能源形式則被稱為終端能源。將一次能源直接作為終端能源既低效，又不環(huán)保。為了使終端用戶可以直接使用原本難儲(chǔ)存或難輸送的可再生能源，或者使化石類能源的利用更高效、安全、清潔，都需要先將一次能源轉(zhuǎn)換為二次能源的形式，如電能、氫能等。其中，電能在終端能源中的占比往往被用來從一個(gè)側(cè)面衡量社會(huì)文明的程度。而電力則是一次能源與終端能源之間的樞紐橋梁, 在能源的兩個(gè)替代中均處于核心地位。

各種一次能源在其對(duì)應(yīng)類型的發(fā)電站中轉(zhuǎn)換為電能，通過電網(wǎng)輸送，供廣域的電力用戶消費(fèi)。不論從哪個(gè)視角來看，電網(wǎng)都被公認(rèn)為是最復(fù)雜的人造系統(tǒng)之一，包括地域分布之廣袤、時(shí)間尺度的多樣、模型維數(shù)之高、非線性之強(qiáng)，以及潛在風(fēng)險(xiǎn)之大。電能又是一種極其特殊的商品，其生產(chǎn)與消費(fèi)之間的平衡必須在每個(gè)瞬間都保持住，任何內(nèi)外故障引起的電力不平衡都必須立即消除。智能電網(wǎng)的框架在能源革命中，需要深化其內(nèi)涵，并拓展到與非電環(huán)節(jié)及其交互。包括在能源革命的整個(gè)進(jìn)程中，如何主動(dòng)發(fā)揮一次能源與終端能源之間大范圍協(xié)調(diào)優(yōu)化的核心紐帶作用，在支撐環(huán)境安全及經(jīng)濟(jì)安全的同時(shí)，提高全局能效，減少能源流全程中的風(fēng)險(xiǎn)。智能電網(wǎng)的框架是上述目標(biāo)中的核心環(huán)節(jié)，但還不是全部，概念上至少存在著以下拓展的必要性。

從整個(gè)能源流的視角看，電力系統(tǒng)除了要根據(jù)智能電網(wǎng)概念來發(fā)展本身，還需要在能源流大規(guī)模的兩個(gè)替代中, 主動(dòng)地承上（一次能源）啟下（終端能源），兼顧左右（與其他二次能源協(xié)調(diào)），提高整體能效及可持續(xù)發(fā)展能力。

從全局可靠性的視角看，一次能源的開發(fā)、二次能源的轉(zhuǎn)換及終端能源的消費(fèi)模式都會(huì)影響到電力可靠性；反之亦然。因此必須將電力可靠性問題放在能源流整體中考慮。此外，還必須計(jì)及相關(guān)的非能源環(huán)節(jié)的影響，包括與資金、減排、物流、人才、信息、政策與監(jiān)管等環(huán)節(jié)可靠性的交互作用。

從信息融合的視角看，智能電網(wǎng)框架強(qiáng)調(diào)了信息系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的深度融合，但外部環(huán)節(jié)中的事件必然會(huì)影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行工況及潛在故障的風(fēng)險(xiǎn)。因此，信息物理融合的理念需要在更大范圍內(nèi)拓展。

雖然中國在電力安全性的預(yù)警防御技術(shù)上引領(lǐng)世界，但至少還不能滿足下述需求。這包括充裕性問題被粗獷處理為固定比率的備用容量；即使對(duì)于穩(wěn)定性的研究也還不能真實(shí)反映上下游環(huán)節(jié)及信息可靠性對(duì)電網(wǎng)的影響；缺乏對(duì)電力系統(tǒng)外部環(huán)節(jié)的自適應(yīng)能力。應(yīng)認(rèn)真考慮極端災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn), 將停電防御范圍相應(yīng)擴(kuò)大，研究其外部災(zāi)害的演化過程及其機(jī)理。在科研體制中，繼續(xù)發(fā)揮集中力量占領(lǐng)前沿的同時(shí)，也應(yīng)該鼓勵(lì)瞬間即逝的發(fā)散思維。智能電網(wǎng)的框架尚未完整地反映能源革命賦予電力系統(tǒng)的使命。在大規(guī)模的兩個(gè)替代中，需要深化其內(nèi)涵，外延其范疇；在能源革命的推進(jìn)中，更好地支撐環(huán)境安全和經(jīng)濟(jì)安全。

議題3：電工新技術(shù)與未來電網(wǎng)

“智能化”是微電網(wǎng)發(fā)展的不變趨勢(shì)

中國科學(xué)院院士 盧強(qiáng)

未來電網(wǎng)將是大電網(wǎng)與微電網(wǎng)的結(jié)合體，即超大型骨干網(wǎng)架和分布式微電網(wǎng)級(jí)決策的人工方式。而這只是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)改造升級(jí)的一個(gè)方面。大電網(wǎng)的堅(jiān)強(qiáng)架構(gòu)是微電網(wǎng)發(fā)展的前提條件。而微電網(wǎng)具有污染物零排放、接納清潔能源、超強(qiáng)調(diào)節(jié)能力的特征，恰好為大電網(wǎng)提供補(bǔ)充。從根本上來講，優(yōu)化是智能電網(wǎng)最本質(zhì)的特征。智能意味著電網(wǎng)能自主自動(dòng)完成更多的人工操作，避免更多的失誤，節(jié)省更多的時(shí)間，滿足用戶更多的需求。未來電網(wǎng)的發(fā)展，是研究如何做好電網(wǎng)優(yōu)化，把“好”做到“更好”。微電網(wǎng)的發(fā)展，智能化是不變的趨勢(shì)。智能微電網(wǎng)具有微電網(wǎng)的所有特征，特別是零碳排放的特征。

的結(jié)合體。未來電網(wǎng)通過信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行調(diào)度，能實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的完全閉環(huán)。一旦發(fā)生大事故，對(duì)于調(diào)度控制來說，計(jì)算機(jī)的準(zhǔn)確性與速度將大大高于層它能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)發(fā)電、儲(chǔ)電、自用電以及與外部配電網(wǎng)交互電量的趨優(yōu)化控制，優(yōu)化微電網(wǎng)內(nèi)部的保護(hù)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)與外部配電網(wǎng)“并網(wǎng)”與“離網(wǎng)”之間的干擾極小化。

第三次工業(yè)革命讓傳統(tǒng)科學(xué)與信息科學(xué)緊密結(jié)合，未來的電力系統(tǒng)應(yīng)具有機(jī)器人的性質(zhì)。電力系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)人對(duì)于用電需求的各種意志，并能自主自動(dòng)進(jìn)行事故研究判斷與處理，未來的電網(wǎng)調(diào)度、遠(yuǎn)程控制、需求響應(yīng)的技術(shù)發(fā)展仍有更多的空間。在全球氣候環(huán)境面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，化石能源無法滿足發(fā)展需求的大前提下，可再生能源的開發(fā)與充分利用尤為重要。清潔能源的污染零排放、可再生的特性讓開發(fā)者看好前景，但其不穩(wěn)定性也給電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展提出了艱巨的挑戰(zhàn)：如何緩解間歇性能源接入對(duì)電網(wǎng)的沖擊，如何把新能源發(fā)電儲(chǔ)存起來，成為電網(wǎng)調(diào)峰的新武器，這些都值得我們?cè)诮窈笊钊胩接憽?/p>

現(xiàn)在電力儲(chǔ)能的“標(biāo)配”是蓄電池。而這種延續(xù)已久的儲(chǔ)能方式也有缺陷：價(jià)格高、壽命短、體積大，有時(shí)候甚至需要專用的大廈進(jìn)行蓄電池的存儲(chǔ)，而且，電池的更換與報(bào)廢過程中對(duì)環(huán)境的污染也不容忽視。

建立智能微電網(wǎng)群將使電網(wǎng)的靈活性大幅提升，而壓縮空氣儲(chǔ)能新技術(shù)的發(fā)展，也將為新能源發(fā)電儲(chǔ)能提供了新思路。壓縮空氣機(jī)儲(chǔ)能即用棄風(fēng)、棄水、棄光的電來壓縮空氣，將空氣壓縮在一個(gè)能裝200千帕的容器內(nèi)，等到要用的時(shí)候，再將壓縮空氣噴放出來，沖動(dòng)渦輪機(jī)，帶動(dòng)機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。壓縮空氣儲(chǔ)能有三個(gè)典型優(yōu)點(diǎn)：①使用壽命長；②環(huán)境友好，零碳排放；③冷—熱—電三聯(lián)供，綜合利用效率高。舉一個(gè)例子對(duì)比，同樣儲(chǔ)能20萬千瓦時(shí)，同樣使用40年，鋰電池的平均壽命為8年，即每5年就要更換一次，全壽命周期投資需10億，而壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)平均壽命為40年，全壽命周期投資只需要1.8億，其使用壽命與經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)勝于鋰電池。這套系統(tǒng)在儲(chǔ)、發(fā)4萬千瓦時(shí)電的情態(tài)下，能夠供應(yīng)1800噸120℃的熱水和溫度為4～5℃的2萬2千平米的冷氣覆蓋面積，供暖所用熱量約可覆蓋1500戶，而4～5℃的冷風(fēng)正好是夏季蔬菜和水果保鮮所需求的資源。這種電熱冷三聯(lián)供的儲(chǔ)能系統(tǒng)被證明是最節(jié)能的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

融合為未來電網(wǎng)技術(shù)設(shè)備帶來革命性發(fā)展機(jī)遇

中國工程院院士 鄭健超

信息技術(shù)的快速發(fā)展為電網(wǎng)發(fā)展插上翅膀?，F(xiàn)代電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的融合是未來電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)。從技術(shù)的角度講，是現(xiàn)代電網(wǎng)技術(shù)與現(xiàn)代信息通信技術(shù)的融合、高電壓技術(shù)與微電子技術(shù)的融合。描述未來電網(wǎng)的特征：抵抗自然災(zāi)害和防止人工失誤的能力將大幅增強(qiáng)；占地面積將變得更小，造價(jià)較低更具有競爭力，對(duì)環(huán)境的影響也將降低到公眾可接受的程度；更加靈活，允許更多的可再生能源輕松接入，適應(yīng)更多的運(yùn)行方式與用戶需求，并將電力轉(zhuǎn)換效率與資源利用效率最大化。做得更多、更加可靠、更加經(jīng)濟(jì)，是未來電網(wǎng)最主要的特征。各種智能設(shè)備就地分散接入“電能總線”和“信息總線”；各種設(shè)備靈活可控，大幅度提高系統(tǒng)可靠性和靈活性。

未來電網(wǎng)的融合趨勢(shì)還包括交流和直流的融合。曾經(jīng)還在區(qū)分直流和交流兩種輸電方式的優(yōu)缺點(diǎn)分。現(xiàn)今柔性直流輸電、多端直流輸電等輸電方式的出現(xiàn)，都說明新一輪的電網(wǎng)技術(shù)融合與設(shè)備升級(jí)正在醞釀。融合的最大效應(yīng)，是“1+1＞2”。未來電子技術(shù)與電網(wǎng)技術(shù)的融合，是協(xié)同增效的過程，會(huì)促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的加速創(chuàng)新，其技術(shù)附加值會(huì)大幅提升，給電網(wǎng)技術(shù)設(shè)備帶來革命性的發(fā)展機(jī)遇。

電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是其最基本的技術(shù)指標(biāo)。對(duì)于電網(wǎng)狀態(tài)的測量與監(jiān)視技術(shù)發(fā)展，也是未來電網(wǎng)研究的重頭戲。與一般無線傳感器有所區(qū)別，電網(wǎng)的傳感器有一部分位于高電壓，這對(duì)電網(wǎng)的無線傳感器提出很多要求：不用電池，用能源收集器供電；特低的功率，所需要的功率僅為0.1微瓦；需要很強(qiáng)的通信能力。同時(shí)，電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)需要大量人力物力，并且具有一定的危險(xiǎn)性，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正在研究的一個(gè)方向便是電流電壓功率的非接觸測量，能直接減少線路運(yùn)維工作者進(jìn)行危險(xiǎn)操作的次數(shù)。

你是否能想象一臺(tái)變壓裝在一個(gè)手提箱中呢？實(shí)際上，這是換流器和傳統(tǒng)變壓器的融合，固態(tài)智能電力變壓器，它的傳輸功率密度比常規(guī)變壓器大2個(gè)數(shù)量級(jí)，重量卻只有75磅，是以前變壓器的百分之一，甚至能被裝進(jìn)手提箱里。這種變壓器在輸配電系統(tǒng)都將有廣闊的應(yīng)用前景。還有一個(gè)有意思的研究，是限流器與其他設(shè)備的融合。固態(tài)限流器與斷路器的融合，限流器與動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器聯(lián)合使用，限流器還能提高風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力，提供輸送容量。開發(fā)新的設(shè)備，如果單純考慮單一功能，單一的設(shè)備，其市場前景不容樂觀。但如果一機(jī)多用，多功能使用，則更加經(jīng)濟(jì)，更具市場競爭力。

具備功能融合的特性是未來設(shè)備發(fā)展的趨勢(shì)，但技術(shù)創(chuàng)新需要漫長的過程。發(fā)展微電網(wǎng)不是盲目用弱電系統(tǒng)改造傳統(tǒng)設(shè)備，一定要把握技術(shù)融合的判斷依據(jù)是協(xié)同增效的原則，而發(fā)展技術(shù)融合的腳步仍舊會(huì)不斷前行。

安全性、比能量、使用方便將是未來新電池的發(fā)展方向

中國工程院院士 楊欲生

現(xiàn)代用戶對(duì)電網(wǎng)可靠性越來越重視。這不僅需要電網(wǎng)的智能化，同時(shí)也需要大規(guī)模儲(chǔ)能。大規(guī)模新能源并入電網(wǎng)，風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(fā)電具有波動(dòng)大、難以人為控制的特點(diǎn)，直接并入電網(wǎng)，會(huì)影響供電質(zhì)量。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、均衡的供電，將電能“存”起來，其技術(shù)研發(fā)更加迫切，開發(fā)高效、安全的儲(chǔ)能技術(shù)具有重大意義。儲(chǔ)能電池在推動(dòng)各領(lǐng)域技術(shù)、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要性越來越明顯。同時(shí)，各行業(yè)對(duì)電池功能要求越來越高，能量密度、功率密度、壽命、安全性、可靠性、環(huán)境適應(yīng)性、制造與成本等考慮因素不斷增多。以鉛炭電池為例，具備低成本、安全、原料易得、可靠、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)成熟等顯著優(yōu)勢(shì)。鉛炭電池已經(jīng)成功應(yīng)用于城市微電網(wǎng)、風(fēng)光儲(chǔ)能電站、風(fēng)電路燈等系統(tǒng)，還能為各種電動(dòng)汽車提供動(dòng)能，是符合我國產(chǎn)業(yè)布局和制造水平的一種儲(chǔ)能電池。電網(wǎng)用電池是個(gè)新事物，要根據(jù)規(guī)模大的特點(diǎn)，發(fā)展電網(wǎng)儲(chǔ)能電池?？裳芯康姆较蛉绯?jí)電容器用于智能電網(wǎng)調(diào)頻；鉛炭電池用于智能電網(wǎng)的功率平滑，也適用于可再生能源、分布式電網(wǎng)及家用；高安全性的鋰離子電池可參與競爭。

目前，儲(chǔ)能電池有很多種，包括鋰離子電池、鉛酸電池、鎳氫電池、超級(jí)電容、鈉硫電池等，在比能量、循環(huán)壽命、安全性、成本等各方面有所差異。尺有所短，寸有所長，并不存在一種“萬能電池”。不要輕言“某電池將取代另外的電池”。電池發(fā)展的過程與其他事物一樣，需要長期的創(chuàng)新積累和科學(xué)論證。對(duì)于電池技術(shù)的“下一代”，一定要綜合考慮多方面的因素，采取兼容并包的態(tài)度，反復(fù)認(rèn)真論證“下一代”技術(shù)。

安全性、比能量、使用方便性將成為未來新電池發(fā)展的首要考慮因素。對(duì)于未來電池的發(fā)展，儲(chǔ)能電池的發(fā)展應(yīng)將安全因素放在首位考慮，不要片面追求高比能，應(yīng)優(yōu)先使用高安全性的電池，寧愿犧牲一些比能量規(guī)模。在蓄電的設(shè)計(jì)中要控制不發(fā)生“連鎖反應(yīng)”，要堅(jiān)持安全操作規(guī)程，決不可“濫用”。另外，電池處理不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生污染，這也是未來電池發(fā)展中應(yīng)著重注意的問題。抓住各類電池的特點(diǎn)，依托優(yōu)勢(shì)發(fā)展是當(dāng)前電池技術(shù)需要注意的問題。比如鋰離子電池，應(yīng)將安全性放在首位；鋰硫電池，則需攻克壽命、功率和安全三大關(guān)；液流電池，需提高自動(dòng)化程度和能量效率，降低成本；超級(jí)電容器，應(yīng)突破高性能超級(jí)活性碳材料技術(shù)，替代進(jìn)口、降低成本。

中國電動(dòng)汽車的發(fā)展與探索

中國工程院院士 陳清泉

發(fā)展電動(dòng)汽車、實(shí)現(xiàn)交通能源全面轉(zhuǎn)型，成為實(shí)施能源持續(xù)利用戰(zhàn)略、低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、生態(tài)文明建設(shè)的重要舉措。好的產(chǎn)品，好的基礎(chǔ)設(shè)施，好的商業(yè)模式是發(fā)展電動(dòng)汽車的三個(gè)關(guān)鍵因素。中國汽車市場將以約10%的年增長率在今后十年內(nèi)持續(xù)發(fā)展，這將給中國的能源安全和空氣污染帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，中國對(duì)電動(dòng)汽車的需求更迫切。

目前我國電動(dòng)汽車市場應(yīng)處理好與政府、企業(yè)和市場的關(guān)系，處理好產(chǎn)品、基礎(chǔ)設(shè)施和商業(yè)模式的關(guān)系。中國電動(dòng)汽車的發(fā)展不應(yīng)該是一個(gè)單維空間，更不能是封閉式的創(chuàng)新，汽車能源的結(jié)構(gòu)性變革涉及能源資源生產(chǎn)、交通模式、商業(yè)模式、基礎(chǔ)設(shè)施、智能交通、智慧城市等方面，是一項(xiàng)延伸范圍廣、綜合程度高、多領(lǐng)域交叉融合的系統(tǒng)性工程，因此一定要緊密結(jié)合“兩個(gè)建設(shè)”：結(jié)合智能電網(wǎng)建設(shè)，結(jié)合遠(yuǎn)程智能信息控制、智慧型城市建設(shè)，按照大城市、城市間、小城鎮(zhèn)“點(diǎn)線面”三個(gè)步驟有序推進(jìn)。

電動(dòng)汽車發(fā)展的核心內(nèi)容是電池技術(shù)的進(jìn)步。當(dāng)前發(fā)展較為成熟的磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池、三元材料電池均很難滿足電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的最終發(fā)展要求。因此，動(dòng)力電池的發(fā)展尤為重要。動(dòng)力電池應(yīng)該兼顧比能量與安全性等因素，以提升比能量密度為主線，多角度、系統(tǒng)化提高電池安全可靠性。下一代動(dòng)力電池研發(fā)應(yīng)著力攻克正、負(fù)極材料和電介質(zhì)隔板的核心技術(shù)及模塊智能技術(shù)，應(yīng)跨領(lǐng)域聯(lián)合開展新一代高容量鋰離子正負(fù)極材料和以鋰聚合物電池——鋰硫、鋰空氣、鈉空氣為代表的新型體系電池研發(fā)，形成核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)體系。

處理好電動(dòng)汽車和電網(wǎng)的關(guān)系就是雙贏，處理不好就是兩敗俱傷。無線充電或許可以實(shí)現(xiàn)“雙贏”的局面。以電磁場為媒介實(shí)現(xiàn)電能傳遞，可大幅提高電能傳輸?shù)淖杂啥?，成為電?dòng)汽車能源補(bǔ)給技術(shù)的新興熱點(diǎn)。無線充電技術(shù)發(fā)展應(yīng)注重效率與安全并舉。無線充電技術(shù)主要有電磁感應(yīng)、磁場共振、無線電波三種技術(shù)，其發(fā)展應(yīng)重點(diǎn)研究非接觸變壓器拓?fù)鋬?yōu)化、耦合磁場屏蔽、漏磁控制、電磁兼容、磁路模型設(shè)計(jì)、高頻電力電子技術(shù)等方面，同步提升無線充電的效率和安全性能。

電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)適應(yīng)無縫、集成、靈活的客戶開發(fā)模式?；A(chǔ)設(shè)施是電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用的重要基礎(chǔ)，應(yīng)有創(chuàng)新的商業(yè)模式配合。基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展應(yīng)遵循“方便、經(jīng)濟(jì)、高效”原則，分類型、分步驟、均衡化探索適應(yīng)無縫集成靈活的客戶開發(fā)模式，凝聚基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的內(nèi)生動(dòng)力。

創(chuàng)新是充分利用現(xiàn)有的設(shè)施進(jìn)行改造升級(jí)。電動(dòng)汽車基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)應(yīng)充分利用城市已有電能基礎(chǔ)設(shè)施，比如充分利用無軌和輕軌車供電設(shè)施、城市路燈供電設(shè)施等已有電能基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建換電站、快充站、車載充電器“點(diǎn)線面”一體化集成的能源供給體系。