未來能源電力系統究竟什么模樣？

一、變革——混合型進化模式

當前正值世界能源產業調整期，全球能源電力領域發生深刻變化。世界各國開始在政策層面鼓勵低碳生產、可再生能源的使用及能源的高效利用，可再生能源和分布式電源大量接入配電網，配電網用戶日益增加，由此激發了用戶對電網的新需求。同時，信息科技與通信技術迅猛發展，電力大數據應用廣泛，電網全壽命周期亟需更新投資，利用基于市場的方法控制電網阻塞勢在必行。

目前，市場規劃與管理機制也正向著公平、成本效益好的方向演變，現有及新建電力設施的穩定性、持續性及其對環境開始產生各種影響。此外，世界上仍有大量人口用電不足，電力的基礎保障作用未得到充分發揮。

上述因素共同作用，正推動全球能源系統向著面對不同挑戰風險、不同管理方式、不同條件狀況的資源—市場混合型模式轉變。在2020年及以后（甚至到2040年），電網將至少向著兩種模式發展。其一是互聯大電網，即采用大電網連接不同國家的能源市場，負荷區域和大型集中式可再生發電站之間大傳輸功率的互聯大電網的重要性將不斷提升。其二是主動配電網，大量小型及大型包含分散式發電廠、儲能、有功用戶參與的自我供給配電網的簇擁出現，使得必須采用主動配電網管理有功和無功。

國際大電網會議（CIGRE）C6在今年年會的主旨報告《電力大變革——未來電力系統》中明確提出，由于大量互聯電網的加入，主動配電網被視為解決日益突出的環保、經濟等問題的方法，因此未來電力系統很可能以上述兩類模式的混合形式出現。

二、挑戰——未來關鍵技術難題

技術是開啟電力能源新世界大門的鑰匙。未來，主動配電網不斷發展，在配電網電壓等級和更高電壓等級網絡中，將產生雙向潮流與數據流。那么，如何建立合理的智能控制技術來實現大量小型電源之間的協調，是一個新的技術挑戰。對此問題，CIGRE C6中國及亞太委員會主席、國家“千人計劃”特聘專家馬釗給出了答案。他認為，首先需要獲取數據信息，安裝大量的智能電表和需求側響應電表。同時，還需要研究合理的配電網結構，確保其能為當地的能量平衡提供更好的保障。另外，由于市場和制度正潛移默化地向高效管理、公平公正、成本回收的方向進化，以市場為導向的分布式發電（如虛擬電廠）控制技術也是應對該項挑戰的可能方法之一。

先進測量與監測設備的使用及對信息交換的大量需求，催生了傳感技術及大數據應用。在系統的運行、保護、檢修及全壽命管理等過程中，需要新的量測參數、網架信息、通信技術及相關新式算法。同時，交換數據的識別及其相關需求增多，故障恢復與轉供規劃方法，網絡安全與準入控制，也是亟待解決的問題。

CIGRE C6還關注了在各電壓等級下，直流技術與電力電子應用的增長及其在電能質量、系統控制、系統安全及系統標準化方面的影響。例如，在交流電網發生故障時，直流和基于電力電子的發電站在動態響應和性能方面，較傳統發電廠和交流線路有顯著區別。許多情況下，如何選用適當的設計和控制方法增強全網可靠性，是需要考慮的重要問題。高壓直流電網是一種全新的電網形式，建立完善的高壓直流電網，需要靈活使用制造業的各種設備，建立相應的標準及電網技術準則，并逐步完善各項標準和網絡節點。同時，不同制造商提供的設備也應該具有互換性，如何滿足日益增長的終端直流供電的需求（例如居民用戶和商業建筑等）也是挑戰之一。

為協調分布式能源，儲能系統發揮著越來越重要的作用，同時也帶來了許多技術問題。在建設問題，包括先進材料、安裝成本和建設成本下降，環境影響的降低，充放電周期效率提升、重量減輕且尺寸密度提升，全生命周期評價模型的研發等。在運行和網絡方面，包括各電壓等級下儲能的影響、靜態穩定建模和動態仿真、充放電管理、與可再生能源聯合運行的混合系統、孤島管理、削峰能力、需求側管理技術協調運行等。此外還有抽水蓄能和電池儲能的發展。

三、趨勢——走向綜合能源系統

目前，我國的主動配電系統尚處于前期探索和試點階段，發展潛力巨大。未來配電網將是非線性、大數據、多元化的復雜大系統。它有高滲透率的可再生能源、多維非線性的隨機系統、海量多源的離散大數據、動態多時空差異的源與負荷，并承擔更多的綠色環保社會義務，具備更高的服務要求。

未來配電網還將是現代電網與互聯網的融合。因此，必須從技術集成與創新，轉變為技術融合與創新，實現知識、學科、技術的深度融合，包括現代電網技術與信息通信技術融合、高電壓技術與微電子技術融合、交直流電網融合、一二次設備融合。其中，大功率電力電子技術、傳感器網絡技術是電網技術融合的橋梁。

未來配電網的另一個特征是數據驅動型創新。互聯網的本質是信息的互聯處理，而信息以數據為載體。電力行業蘊藏大量數據資源，并有巨大的數據價值需求。云大物深技術的應用將不斷深入，資產、運維、調度和用戶側管理各環節均需要各種電網信息，電網管理也將依托大量信息的高效采集和綜合利用。

未來的主動配電網，將向能源互聯網方向發展，并最終發展成綜合能源系統。綜合能源系統基于系統能效和互聯網技術，以現有電網為基礎，整合不同質能源，涵蓋集成的供電、供氣、供暖、供冷、供氫和電氣化交通等能源系統，以及相關的通信和信息基礎設施。它通過先進的電力電子技術和信息技術，融合大量分布式可再生能源發電裝置和分布式儲能裝置，通過能源生產、儲運、應用與回收循環四環節能量和信息的耦合，形成能量輸入和輸出跨時域的實時協同，實現系統全生命周期的最優化和能量增效，能效控制系統對各能量流進行供需轉換匹配，并實行梯級利用、時空優化、以達到系統能效最大化，最終形成高度有序的現代綜合高效智能能源。