科技創新驅動電力行業高質量發展

張素香，劉雯靜，趙子巖，曹津平，張娜，滕瑋，吳翔宇

科技創新驅動電力行業高質量發展

張素香1，劉雯靜1，趙子巖1，曹津平1，張娜2，滕瑋3，吳翔宇4

（1. 國家電網有限公司信息通信分公司，北京 100761； 2. 國網山西省電力公司電力科學研究院，山西 太原 030000； 3. 國網山東省電力公司電力科學研究院，山東 濟南 250002； 4. 北京科東電力控制系統有限責任公司，北京 100092）

電力行業是關系到國計民生的基礎性行業，具有重要戰略價值，技術和資本密集型特征明顯，且近年來科技成果豐碩，多次獲得國家科學技術獎。選取了特高壓輸電技術、大電網安全與運行技術、新能源技術三大典型領域，闡述了獲獎項目展現的強大技術生命力、國際影響力、人才培育力、產業帶動力，充分驗證了國家科技獎獲獎項目對電力行業強大的促進作用，有力推動電力行業協同創新發展，對我國及早實現“碳達峰、碳中和”具有重大意義。

國家科學技術獎勵；特高壓輸電技術；大電網安全運行技術；新能源技術

1 引言

中國已形成國家最高科學技術獎、國家自然科學獎、國家技術發明獎、國家科學技術進步獎和中華人民共和國國際科學技術合作獎五大獎項的國家科技獎勵制度[1]，對于促進科技支撐引領經濟社會發展、加快建設創新型國家和世界科技強國具有重要意義。國家科學技術獎勵始終堅持鼓勵自主創新，以科技服務國家經濟社會發展，引導科技研發方向始終契合國家重大需求、世界科技前沿和國際經濟主戰場，激勵自主研發與技術創新，對我國電力技術進步和產業結構優化升級起到了巨大指引與推動作用。研究獲獎項目的后續貢獻尤其重要，已有研究關注國家科技獎勵成果本身的轉化與應用、經濟效益貢獻情況[2-4]，但缺乏電力行業科技創新角度的整體考慮，本文梳理了電力行業科技進步歷程，收集整理了近20年電力行業獲國家科學技術獎勵成果，為本文研究提供了充足樣本；通過對電力行業關鍵技術領域科技創新與技術的梳理總結，以特高壓輸電技術、大電網安全運行技術、新能源技術為例，闡述國家科學技術獎獲獎項目對電力行業的發展和促進作用。

2 電力行業總體獲獎情況

本文統計了2002—2019年年間電力行業獲獎情況，共獲國家科技獎179項，其中，國家科學技術進步獎144項，技術發明獎35項；獲獎等級為特等獎3項，一等獎20項。其中，火電、水電、核電、光伏、電網以及創新團隊獲獎比例分布如圖1所示。不同年度獲獎數量分布情況如圖2所示。從獲獎餅圖可以看出，由于電網領域涉及輸電、變電、配電、調度、用電等各個技術領域，獲獎數量穩居前茅。

圖1 2002—2019年年間電力行業獲國家科技進步獎領域分布

從統計數據分析，電力行業目前獲獎成果以科學技術進步獎為主，表明電力行業的原創性和特別重大的基礎性技術創新仍需不斷提升。在進步獎和發明獎中，電網領域獲獎比例最高，分別為56.94%和54.29%。從電力行業獲獎第一完成單位性質看，企業牽頭獲獎占比達49.16%，是絕對的主力軍，是把握電力行業發展步伐的中堅力量；高校牽頭獲獎占比43.58%，穩居第二，是高水平、前瞻性科研力量的主體；科研單位獲獎占比7.26%，電力行業中央企/國企的獲獎數量要遠高于民企，是民企獲獎總數的7.8倍。這主要是由中國的國情和電力行業的基礎屬性決定的。

3 國家科技獎勵制度驅動科技創新發展

3.1 緊密結合國家經濟社會需要，激勵自主創新

創新是中華民族最鮮明的民族稟賦，是任何時代都不可或缺的精神特質。國家獎評審始終把鼓勵自主創新作為根本遵循，把科技服務國家經濟社會發展作為根本導向，例如，科技進步一等獎明確要求：要符合面向國家重大需求、面向世界科技前沿、面向經濟主戰場總原則，技術上有重大創新，總體技術水平和主要技術經濟指標達到國際先進水平，市場競爭力強且產生重大經濟效益，成果轉化程度高，對行業的技術進步和產業結構的優化升級具有重大作用。眾多國家獎獲獎項目很好地印證了授獎導向，如“中國載人航天工程”“第四代移動通信系統（TD-LTE）關鍵技術與應用”“特高壓交流輸電關鍵技術”“成套設備及工程應用”“特高壓±800 kV直流輸電工程”等都是面向國計民生、走在世界科技前沿的項目。電網領域在滿足提升輸電能力、提高清潔能源消納比例的重大需求下，一大批科技獲獎成果在新能源、電網安全運行、重大裝備制造等方面實現了重大技術創新，核心設備實現自主研制，且目前相關成果仍持續推動著行業發展，發揮著巨大的經濟和社會效益。

圖2 2002—2019年年度電力行業獲國家獎情況統計

3.2 堅持弘揚科學家精神，激發人才活力

國家獎作為衡量科技成果水平的標志，不僅是科研論文、專利、成果鑒定等單一評價，更是對科研水平和研究成果的綜合衡量和評價[5]。近年來，國家科技獎勵工作持續深化改革、強化政策導向、控制評審數量、提高獎勵質量、完善公開公平評審制度、強化全流程全環節監督，彰顯了國家獎的嚴肅性、權威性、公正性和榮譽性，已經成為科技工作者科技追求的最高褒獎，是對獲獎科學家和廣大科技工作者的巨大鼓勵和嘉獎，對激發創新活力、培養具有國際水平和全球視野的戰略科技人才、科技領軍人才、青年科技人才和高水平創新團隊具有重大作用。

3.3 堅持正確價值導向，營造良好創新氛圍

國家獎具有重要的導向和示范作用，倡導了良好的學術風氣，加速了科技成果的轉化和應用，對于營造良好的科學研究氛圍、激發科研人員的創新動力具有重要意義。在國家獎的帶動和引領下，各行業團體、各省、各單位獎勵工作科學有序開展，從政策層面實現了對社會力量辦獎的集中統一管理，確保獎勵的正確價值導向，為科研立項、人才評價提供了支撐。近年來，國家獎持續規范有關規章制度及評審程序和方法，建立了規范、有序的獎勵推薦評審流程和技術創新成果評價等方法，嚴格執行項目推薦、形式審查、申報項目公示等程序，對申報單位、申報人、評審專家均建立科技獎勵誠信檔案，納入科研信用體系，為各級單位和各行業協會科技獎勵工作提供了示范和引導，在全社會營造了公平公正的科技獎勵環境，為科技獎勵工作穩定有序開展提供了重要保障。

4 電力科技成果持續發力，促進行業蓬勃發展

近年來，國家在特高壓輸電、智能電網、大電網安全、新能源等領域產出了若干國家級、世界級創新成果，實現了核心技術從跟隨到趕超的轉變，并正在推進從技術趕超向技術引領的跨越。這些獲獎成果創新性高、持續應用時間長、應用范圍廣、協同創新推動電力行業整體技術進步的特征顯著，是驅動電力行業蓬勃發展的有力印證。

4.1 特高壓輸電技術領域

特高壓指1 000 kV交流、±800 kV及以上直流的輸電技術，具有輸電距離遠、容量大、效率高、占地少等綜合優勢，是中國原創、世界領先的重大創新技術。廣大電網科技工作者不懈努力取得了重大突破，實現了特高壓輸電技術世界引領。

在面向國家“西電東送”能源需求重大戰略下，為滿足長距離輸送能力提升需求，科研團隊完成1 000 kV特高壓交流技術研究，既面臨高電壓、強電流的電磁與絕緣技術的世界級挑戰，又面臨重污穢、高海拔的嚴酷自然環境，而國際上沒有成熟適用的技術和成套設備，創新難度極大。按照“基礎研究?工程設計?設備研制?試驗驗證?系統集成?工程示范”的技術路線，攻克了世界上最高電壓等級的輸電關鍵技術，實現了我國特高壓輸電的創新突破。2009年投運的“晉東南?南陽?荊門”線路是中國第一條南北向能源輸送大通道，在2009—2012年年間，依托項目建成的試驗示范工程已成為我國南北方向的一條重要能源輸送通道，3年累計輸電277億kW·h，輸電銷售收入93億元，新增利潤4.8億元，還取得火電南送替代輸煤約600萬t，極大緩解了華中地區嚴重缺電局面，拉動GDP增長達2019億元、水電北送節約用煤300余萬t、減排二氧化碳近900萬t等效益。2012年，“特高壓交流輸電關鍵技術、成套設備及工程應用”獲得國家科技進步特等獎。項目帶動我國輸變電裝備制造企業實現全面升級，特高壓設備設計研發、生產裝備和試驗檢測能力達到國際領先水平，并全面進軍國際超高壓設備市場，實現了高端產品出口零突破。

特高壓±800 kV直流輸電技術具有輸電損耗低、輸電走廊有效利用率高的優點，但相關技術復雜，國內外無可借鑒經驗，研究難度極大。科研團隊攻克了過電壓、外絕緣等方面的世界級難題，提出雙閥組均衡串聯主接線拓撲結構，完成世界首批±800 kV特高壓直流輸電成套裝備研制并實現了產業化，成功解決了大容量特高壓直流接入系統的世界性難題，保證了電力系統的安全穩定運行，充分調度并發揮了±800 kV特高壓直流輸電能力，經濟效益和社會效益巨大；2010年建設落成的“800 kV云廣”“向上”兩個國家級示范工程及其他5個直流工程，“特高壓±800 kV直流輸電工程”獲得2017年度國家科學技術進步特等獎。

隨著國家能源戰略實施、輸電能力需求提升，清潔能源大比例接入，充分利用兩個特等獎項目先進成果陸續建成一批技術水平國際領先的重大工程，成為中國“西電東送”“北電南供”的能源大通道；2020年12月30日全面建成投運了世界首個新能源遠距離輸送大通道：青?！幽稀?00 kV特高壓直流工程，青?？砷_發太陽能發電規模達10億kW、風電規模達4億kW。

電力行業已全面掌握特高壓交、直流輸電核心技術，在過電壓控制、外絕緣配置、電磁環境控制、潛供電流抑制、成套設備研制、試驗檢測能力6個方面取得重大創新突破，占領了國際高壓輸電技術制高點。自主研制特高壓交、直流成套裝備，整體提升了中國電工裝備技術水平。截至目前，我國已累計建成“14交18直”特高壓工程，在運、在建特高壓工程線路長度達4.6萬km，累計輸電超過2萬億kW·h。同時，輸電技術走出國門，巴西美麗山±800 kV特高壓直流輸電一期、二期等工程順利建成投運，帶動中國高端電工裝備出口到德國、波蘭、菲律賓等100多個國家和地區。

4.2 大電網安全運行技術領域

大電網安全運行是國家安全的重要組成部分。大范圍、長時間電力中斷將對社會造成難以估量的損失和影響，是現代社會的災難。2020年美國得州暴風雪大停電造成500萬用戶停電，民眾的生命財產受到嚴重威脅。我國電網從上百個地方電網發展到省級電網、區域電網、除臺灣外的全國聯網，電壓等級不斷提高，電網規模不斷擴大。電力是特殊商品，目前尚無法大規模存儲，發、輸、配、用瞬時完成，電力系統必須保持實時動態平衡，這使得大電網成為迄今為止最復雜的人工系統。近20年，美國、加拿大、英國、俄羅斯、巴西、印度等國電網多次發生大面積停電事故，而我國沒有發生類似事故，得益于我國堅持科技創新引領，構建了完善的大電網安全運行和控制技術體系，技術成果發展圖見圖3所示。

建國初期，我國電力工業基礎薄弱、百廢待興。1978年，我國基本建立較為完整的電力工業體系，330 kV及以下輸變電工程實現自主設計和自主建造，形成基于行政區劃的省級電網。1972年自主建設的第一條330 kV線路“劉家峽?關中”獲得1978年全國科學大會獎。

圖3 國家科技獎對中國三代電網創新演進的激勵作用

改革開放后，隨著經濟發展，中國電力需求和發電裝機規?？焖僭鲩L，對電網發展提出了新的要求。通過技術引進和消化，中國電網裝備水平快速提升，跨省聯網規模不斷擴大。截至2000年，基本形成以500 kV（西北330 kV）為骨干網架的六大區域電網[4]。

進入21世紀[6]，中國工業化、城鎮化進程加快，資源、環境對經濟社會發展的制約日益突出，電力發展面臨保障電力供應與優化能源結構雙重任務，我國全面推進能源的可持續、協調發展，目前已成為能源利用效率提升最快的國家。

由1985年的獲獎項目“電力系統分析綜合程序的開發及其推廣利用”、2003年的“大型電力系統中電力電子與FACTS裝置仿真軟件包EMTPE的研究與開發”“大電網大機組安全穩定控制的研究”“全國電力二次系統安全防護體系的研究及實施”，直到2009年國家科技進步一等獎項目“電力系統全數字實時仿真關鍵技術研究、裝置研制和應用”、2013年的一等獎獲獎項目“特大電網一體化調度控制系統關鍵技術及規?；瘧谩?、2016年的一等獎獲獎項目“互聯電網動態過程安全防御關鍵技術及應用”及2018年的“交直流電力系統連鎖故障主動防御關鍵技術與應用”等，我國已全面掌握國際領先的大電網仿真技術、大電網調度及安全穩定運行技術，為保障大電網安全運行提供了強有力的技術支撐。同時也在防災、減災領域取得了重大理論和技術創新，多次獲授國家科學技術獎。可見，國家獎所要求的技術創新、行業進步以及經濟效益為不斷推進電網領域科技創新、有效解決國家重大需求指明了方向，充分發揮了科學技術的社會功能，對促進行業和社會進步具有重要價值。

2012年，“電力系統廣域監測分析與控制系統的研發及應用”獲國家科學技術進步獎二等獎，該項目構建了電力系統廣域監測分析與控制體系，實現了廣域空間中電網安全穩定各道防線內的控制決策自適應優化，協調優化了各類控制決策的控制時機，實現了電網安全穩定的閉環自適應緊急控制和校正控制，完成輔助決策和實時預警。

2013年，“特大電網一體化調度控制系統關鍵技術及規?；瘧谩睒s獲國家科技進步獎二等獎，該項目研發了適用于特大電網調度的分布式實時數據庫、圖形界面遠程瀏覽和大電網統一建模等關鍵技術，建立了“橫向集成、縱向貫通”的一體化調度業務支撐平臺；攻克了事件觸發與周期觸發相結合的全網在線聯合安全預警、多級調度協同的大電網協調控制與智能告警、安全約束下的經濟調度和日前安全約束機組組合等重大技術難題，建立一套完整的電網調度控制技術支撐體系。

2013年，“電網大范圍冰凍災害預防與治理關鍵技術及成套裝備”獲國家科學技術進步獎一等獎。由于2008年年初中國電網因冰災遭受了最嚴重的損害，倒塔70萬余基，直接經濟損失250億元。1億多人口停電、停水，京廣鐵路停運7天，嚴重影響了正常的社會秩序。獲獎成果攻克了電網覆冰數值預測技術、在線覆冰監測與決策系統、高效大容量直流融冰技術與裝備、高可靠防冰閃技術，具有實質性創新和重大突破，成果集理論、技術、裝備于一體，為電網安全運行提供了有效的技術手段。后續國內未發生冰凍災害造成的大面積停電事件。

2015年，“電網雷擊防護關鍵技術與應用”獲國家科學技術進步獎二等獎。研制了覆蓋全國電網的廣域雷電地閃監測系統，實現了20個省的輸電線路雷擊監測系統應用、27個省級電網的雷擊風險評估模型與軟件應用及全國各電壓等級線路、通道的雷擊差異化防護技術深度應用。2017—2019年國網公司輸電系統雷擊故障率的平均值較2014—2016年的平均值下降40%；近10年兩大監測系統已指導處置輸電線路雷擊故障超萬次；京?滬高鐵及城市軌道交通雷擊故障率降低70%以上。

2016年，“互聯電網動態過程安全防御關鍵技術及應用”獲國家科學技術進步獎一等獎[6]。該成果解決了電網故障導致的互聯電網輸電斷面連鎖斷開、受端電網電壓崩潰問題。在輸電斷面功率動態控制與分析、動態全過程仿真建模、受端電網電壓穩定控制技術與評估方面取得重大創新成果，大幅提升了互聯電網的動態過程安全防御能力，已在34個省級及以上電網規劃調度運行和高校科研教學中應用，提升了中國復雜大電網的安全運行可靠性，提升了供電質量。

中國電網發展至今，一直安全穩定運行，已成為世界上規模最大、電壓等級最高、結構最復雜、資源配置能力最強的交直流混聯電網。

4.3 新能源技術領域

氣候變化已是國際核心議題，對中國而言，改變以煤炭為主的高碳能源結構，轉向清潔能源為主的低碳能源結構是大勢所趨和必由之路[7]，2010—2020年風電裝機容量如圖4所示。中國迎來了能源結構轉型、電力體制改革、電力供需變化。毫無疑問，未來風、光等新能源將從配角上升為主角，這給傳統電力系統帶來了從技術、成本、市場、安全等多方面的挑戰。

圖4 2010—2020年風電裝機容量

（數據來源：《中國能源大數據報告（2020）》）

新能源發電的隨機性、波動性、不確定性致使大規模地消納新能源成為世界性難題。相比國外，我國新能源發展規模更大、速度更快，資源稟賦與分布、電源屬性與結構以及市場條件存在較大差異，因此新能源消納的相關問題更為突出。在2016年前后，風能棄風率一度超過30%。但是后來依托眾多獲獎項目成果的具體應用和國家制定的大量有效政策，2017年之后棄風現象迅速緩解，2017年以后棄風率下降趨勢如圖5所示，成果加速促進了高比例清潔能源的消納。

2013年，“大型風電并網運行與試驗檢測關鍵技術及應用”獲得國家科技進步獎二等獎，在世界上首次提出了風電機組電網適應性試驗方法，建成了具有國際領先水平的張北風電試驗基地，建成世界上規模最大、檢測能力最強、檢測項目最全的新能源檢測中心，完成國內200多個型號機組的試驗檢測，有效促進后續國產風機技術水平不斷提高。

圖5 2017年以后棄風率下降趨勢

應用獲獎項目成果，張北國家風光儲輸示范工程實現集光伏、風電發電、儲能、智能輸電于一體，成為世界上規模最大、運行方式最靈活、綜合控制水平最高的新能源綜合利用項目，是中國新能源技術和設備的試驗基地，已接待60多個國家、28個國際組織及1 000多位專家到此參觀，成為中國新能源建設的“國家名片”。

2016年，“新能源發電調度運行關鍵技術及應用”榮獲國家科技進步獎二等獎，項目成果促進了電網互聯互通、構建了完善統一的調度系統，在提升系統平衡調節能力的同時，緩解了新能源消納矛盾，推動了新能源大規模開發和大范圍配置；設立了國網公司數值天氣預報中心，基于實時觀測數據，實現高分辨率數值預報，預測精度達到國際先進水平。項目成果有效促進了后續新能源進一步消納問題。

2019年，“千萬千瓦級風光電集群源網協調控制關鍵技術及應用”獲國家科技進步獎二等獎。酒泉是世界首個千萬千瓦級風電基地，是西部大開發的又一標志性工程。獲獎項目突破了千萬千瓦級風光電集群的預測評估、源源控制、網源控制、裝備研制、系統集成等系列關鍵技術難題，取得了一系列創新性成果，研制了“有功?無功?安全穩定”一體化的控制裝置，在河西走廊首次建成了千萬千瓦級風光電集群源網協調控制系統示范工程，填補了國際千萬千瓦級風光電集群源網協調控制技術的空白；相關科技創新成果持續支撐新能源消納難題，是新能源與特高壓輸電技術、大電網調度和安全運行協同創新的典范工程。世界首個新能源遠距離輸送大通道青?！幽稀?00 kV特高壓直流工程，太陽能發電規模達10億kW、風電規模達4億kW。截至2019年年底，青?？稍偕茉囱b機為2 776萬kW。該工程可滿足青海千萬千瓦級新能源基地的開發外送需要，每年可向華中地區輸送400億kW·h清潔電能，將河南全社會用電量的1/8轉變為綠電。

風電、光伏產業對未來十年年均新增裝機規模預測分別為5 000萬～6 000萬kW和7 000萬～9 000萬kW。這一預測下，屆時新能源裝機規模將大大超過12億kW的國家承諾下限，達到17億kW以上，增速也將顯著超過“十三五”時期。過去5年，風電年均新增約3 000萬kW（其中，2020年新增超過7 000萬kW），光伏年均新增約5 000萬kW。

中國正在加快構建安全高效、清潔低碳的能源體系，堅定不移地推行綠色發展理念，正面應對碳排放帶來的全球氣候變化問題，持續推進碳減排，引領全球化治理行動。各項技術的協同創新發展才是中國實現“碳達峰、碳中和”的重要支撐力量[8]。

5 結束語

本文圍繞電力行業，以獲獎項目為例，闡述了科技創新驅動電力行業高質量快速發展情況，選取特高壓輸電技術、大電網安全運行、新能源技術領域，論證了項目獲獎后的持續影響力及其對國家能源發展戰略實施、加快促進科技與經濟深度融合所持續發揮的巨大作用，國家科技創新戰略正成為推動中國高質量發展、盡早實現“碳達峰、碳中和”的強大基礎動力。

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State Grid Corporation. “carbon peak, carbon neutral” action plan[N]. The State Grid Newspaper, 2021.

Technological innovation drives the high-quality development of the power industry

ZHANG Suxiang1, LIU Wenjing1, ZHAO Ziyan1, CAO Jinping1, ZHANG Na2, TENG Wei3, WU Xiangyu4

1. State Grid Information & Telecommunication Technology Branch, Beijing 100761, China 2. State Grid Shanxi Electric Power Research Institute, Taiyuan 030000, China 3. State Grid Shandong Electric Power Research Institute, Jinan 250002, China 4. Beijing Kedong Electric Power Control System Co., Ltd., Beijing 100092, China

The power industry is a basic industry related to the national economy and people’s livelihood and has important strategic value. It has obvious characteristics of technology and capital intensiveness. In recent years, there has been fruitful scientific and technological achievements which have won many national science and technology awards in this industry. Three typical areas were selected: the UHV transmission technology, the safety and operation technology of the large power grid and the new energy technologyto elaborate the strong technical vitality, the international influence, the talent cultivation ability and the industrial driving capabilities of the award-winning projects. It was fully verified the National Awards have a strong role in promoting the power industry and the technological innovation can effectively promote the collaborative innovation and development of power grid technology, and it is of great significance to support China to achieve “carbon peak and carbon neutrality” as soon as possible.

national science and technology awards, UHV transmission technology, safety and operation technology of the large power grid, new energy technology

G311

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2021274

2021?05?15；

2021?12?14

張素香，zsuxiang@163.com

國家科技獎勵工作辦公室項目“國家科技獎勵促進電力科技發展影響力研究”

The Project of National Office for Science and Technology Awards “Research on the Influence of National Science and Technology Awards to Promote the Development of Electric Power Science and Technology”

張素香（1973? ），女，國家電網有限公司信息通信分公司教授級高級工程師，主要研究方向為科技管理、人工智能、電力信息通信等。

劉雯靜（1984? ），女，博士，國家電網有限公司信息通信分公司高級工程師，主要研究方向為科技成果培育管理、電力通信等。

趙子巖（1975? ），男，博士，國家電網有限公司信息通信分公司高級工程師，主要研究方向為電力系統及其自動化研究。

曹津平（1977? ），女，博士，國家電網有限公司信息通信分公司高級工程師，主要研究方向為電力系統自動化研究。

張娜（1990? ），女，國網山西省電力公司電力科學研究院工程師，主要研究方向為電力系統人工智能成像及圖像識別研究。

滕瑋（1990? ），男，國網山東省電力公司電力科學研究院工程師，主要研究方向為大規模新能源、智能配電網研究。

吳翔宇（1989? ），女，北京科東電力控制系統有限責任公司工程師，主要研究方向為科技管理。