創(chuàng)新驅(qū)動智能電網(wǎng)傳承發(fā)展

　　4月19日?20日，第三屆中國電力發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新院士論壇在北京召開。兩年一屆的院士論壇由中國電力科學(xué)研究院主辦，論壇以交流電力科學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)新成果，凝聚學(xué)術(shù)合力，搭建合作平臺為目的，云集電力科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者專家，交流最新學(xué)術(shù)動向及展望行業(yè)未來發(fā)展趨勢。本屆論壇的與會代表在“電力系統(tǒng)及自動化”“能源與發(fā)電”“輸變電工程”“電工材料與用電”等領(lǐng)域展開探討。本刊推出專題報道，以反映論壇上的創(chuàng)新思想和院士們的真知灼見。

　　創(chuàng)新驅(qū)動電網(wǎng)傳承發(fā)展

　　“當(dāng)前，全球能源短缺、資源緊張、氣候變化等問題日益突出，我國在能源安全、能源效率、能源環(huán)境等方面也面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。要從根本上解決這些問題，必須走創(chuàng)新發(fā)展道路，大力轉(zhuǎn)變能源發(fā)展方式。”4月19日，國家電網(wǎng)公司總經(jīng)理劉振亞在第三屆中國電力發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新院士論壇上作主旨發(fā)言時強調(diào)。

　　周孝信、盧強、鄭健超、薛禹勝、潘垣、饒芳權(quán)等32位中國科學(xué)院、中國工程院院士齊聚第三屆中國電力發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新院士論壇。為期一天半的會議圍繞“創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展”主題探討國內(nèi)外能源與電力科研的最新進(jìn)展、最新成就和前沿技術(shù)，展望中國能源和電力技術(shù)的發(fā)展趨勢。

　　特高壓實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展

　　黨的十八大指出，科技創(chuàng)新是提高社會生產(chǎn)力和綜合國力的戰(zhàn)略支撐，必須擺在國家發(fā)展全局的核心位置。習(xí)近平總書記強調(diào)，實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略是立足全局、面向未來的重大戰(zhàn)略。中央今年年初發(fā)布了《關(guān)于強化企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新主體地位，全面提升企業(yè)創(chuàng)新能力的意見》，對大力培育創(chuàng)新型企業(yè)提出了更高要求。

　　劉振亞總經(jīng)理在19日的發(fā)言中指出：“作為全球最大的公用事業(yè)企業(yè)、作為關(guān)系國家能源安全的國有重要骨干企業(yè)，我們深切體會到，創(chuàng)新決定企業(yè)的核心競爭力，引領(lǐng)企業(yè)的發(fā)展方向，提高創(chuàng)新能力是國家電網(wǎng)公司做強做優(yōu)的關(guān)鍵。”

　　取得的科技創(chuàng)新成績是公司多年來堅持創(chuàng)新發(fā)展的直接反映。今年1月18日，“特高壓交流輸電關(guān)鍵技術(shù)、成套設(shè)備及工程應(yīng)用”榮獲國家科技進(jìn)步獎特等獎。多位專家在本次論壇上闡述了特高壓推動全國能源資源優(yōu)化配置，促進(jìn)清潔能源加快發(fā)展，帶動裝備制造產(chǎn)業(yè)升級，構(gòu)建洲際輸電大通道的重要意義。我國能源資源與生產(chǎn)力逆向分布，能源結(jié)構(gòu)以煤為主，能源開發(fā)加速向西部和北部轉(zhuǎn)移，風(fēng)電、太陽能發(fā)電等大規(guī)模、集約化發(fā)展，決定了全國優(yōu)化能源配置的重要性和加快發(fā)展特高壓的必要性。加快發(fā)展特高壓，實現(xiàn)“以電代煤、以電代油、電從遠(yuǎn)方來”，是解決我國能源問題的必然選擇。

　　“我們經(jīng)過深入研究、反復(fù)論證，提出了加快建設(shè)‘三華’特高壓同步電網(wǎng)，構(gòu)建強交強直、緊密耦合、優(yōu)勢互補，實現(xiàn)‘西電東送’、‘北電南供’輸電格局。計算結(jié)果表明，‘三華’特高壓同步電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移能力強，安全穩(wěn)定水平高，能夠抵御重大自然災(zāi)害和各類嚴(yán)重故障的沖擊。特高壓的全面突破，對于解決中國能源乃至世界能源可持續(xù)發(fā)展問題，意義十分重大。”劉振亞說。

　　在4月19日上午論壇開幕式上，大會名譽主席、中國工程院副院長謝克昌在其題為《能源生產(chǎn)和消費革命及電力在其中的主體作用》的主旨報告中談到，國家電網(wǎng)在特高壓設(shè)備、設(shè)計、試驗制造方面打破壟斷，解決了世界輸電難題，攻克了大容量（百兆瓦級）風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)。

　　謝克昌說：“弘揚‘努力超越、追求卓越’的國家電網(wǎng)公司是強大的國家能源配置平臺，是國家綜合運輸體系的重要組成部分，是推動能源生產(chǎn)和消費革命、促進(jìn)國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，服務(wù)能源產(chǎn)業(yè)做強做優(yōu)的重要動力。在特高壓領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了中國創(chuàng)造和中國引領(lǐng)的國家電網(wǎng)公司為我國能源電力可持續(xù)發(fā)展、電力技術(shù)和裝備走向世界奠定了堅實基礎(chǔ)，也一定會為我國能源生產(chǎn)和消費革命做出新的貢獻(xiàn)?！?/P>

　　第三代電網(wǎng)興起

　　自上世紀(jì)末以來，面對世界范圍內(nèi)化石能源日漸枯竭，以及全球氣候變化和環(huán)境惡化的現(xiàn)實威脅，一場新的能源革命在世界范圍內(nèi)悄然興起。

　　在中國科學(xué)院院士周孝信看來，新形勢下，我國能源和電力的發(fā)展面臨著空前的發(fā)展機遇和轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)。我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)和電源結(jié)構(gòu)將在今后幾十年內(nèi)逐步轉(zhuǎn)變；可再生能源、核能、天然氣等清潔能源發(fā)電（與煤電一起）將逐步成為主力電源；電網(wǎng)的發(fā)展也將經(jīng)歷重大轉(zhuǎn)型，以清潔化（接納大規(guī)模可再生能源電力）和智能化為主要特征的下一代電網(wǎng)將成為未來電網(wǎng)發(fā)展的趨勢和方向。

　　“能源革命帶來的發(fā)電能源清潔化和一定程度的分散化，以及信息技術(shù)發(fā)展帶來的智能化兩大因素，促使電網(wǎng)開始轉(zhuǎn)型?！敝苄⑿耪f。

　　謝克昌院士與周孝信院士觀點近似，他認(rèn)為能源生產(chǎn)和消費革命將帶來新型的能源供需協(xié)調(diào)模式和資源保障模式；通過資本投入和技術(shù)創(chuàng)新會驅(qū)動傳統(tǒng)化石能源（含非常規(guī)油、氣）生產(chǎn)和消費方式的根本轉(zhuǎn)變；會大力科學(xué)發(fā)展新能源和可再生能源，提高其在一次能源中的比例。

　　謝克昌提出了IDDD+N的供需協(xié)調(diào)模式，即轉(zhuǎn)換整合化（Integration of systems）、需求精細(xì)化（Differentiation of demands）、供給多樣化（Diversification of supply）、布局分布化（Decentralization），加上協(xié)調(diào)、控制、管理網(wǎng)絡(luò)化（Network）。他把這套方法總結(jié)為全生命周期分析，而其背后蘊含的“哲理”則是把合適的能源用在合適的地方。

　　在新能源革命的背景下，電網(wǎng)具有了新使命，將成為接收大規(guī)模集中式和分布式新能源電力的輸送和分配網(wǎng)絡(luò)；成為靈活、高效的智能能源電網(wǎng)；成為安全可靠的電力供應(yīng)系統(tǒng)，具有極高的供電可靠性；與信息通信系統(tǒng)廣泛結(jié)合，成為能源、電力、信息綜合服務(wù)體系。

　　當(dāng)前，世界范圍內(nèi)大規(guī)模展開可再生能源開發(fā)應(yīng)用和智能電網(wǎng)建設(shè)，開啟了第三代電網(wǎng)發(fā)展和建設(shè)的進(jìn)程。周孝信說：“我國未來第三代電網(wǎng)的構(gòu)成，將遵循國家主干輸電網(wǎng)與地方輸配電網(wǎng)、微網(wǎng)相結(jié)合的模式。主干輸電網(wǎng)能滿足風(fēng)能、太陽能、水電等大規(guī)?？稍偕茉春颓鍧嵜弘姷却笮统Ｒ?guī)能源基地的大容量、遠(yuǎn)距離電力輸送，以及大范圍優(yōu)化配置和間歇性功率相互補償?shù)刃枰瑢崿F(xiàn)輸電網(wǎng)的安全、高效運行。配電網(wǎng)能適應(yīng)中小型分布式電源的開放接入和電力需求側(cè)互動管理的需求，配電網(wǎng)終端將較多采用微網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)潮流的雙向控制，提高供電可靠性和終端能源利用率，并形成多網(wǎng)合一的能源信息綜合服務(wù)體系?！?/P>

　　周孝信預(yù)見，我國將始終存在大容量遠(yuǎn)距離輸送電力的基本需求。我國西部水電、西部和北部超大規(guī)?；哪柲茈娬?、北部和西北部大規(guī)模風(fēng)電等將有很大發(fā)展。他解釋說：“未來，西電東送輸電網(wǎng)將由目前滿足水電和煤電的大容量遠(yuǎn)距離外送為主，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樗?、煤電、風(fēng)電和光伏發(fā)電外送并重，輸電網(wǎng)的功能將由單純輸送電能轉(zhuǎn)變?yōu)檩斔碗娔芘c實現(xiàn)各種電源相互補償調(diào)節(jié)相結(jié)合。”

　　新一代電網(wǎng)設(shè)備的革命性影響

　　新型電網(wǎng)設(shè)備的研發(fā)方向取決于電網(wǎng)發(fā)展的趨勢和需求。傳統(tǒng)電網(wǎng)設(shè)備的工程應(yīng)用已有上百年歷史，而超導(dǎo)材料、納米技術(shù)、新型電力電子器件等新材料、新技術(shù)、新器件的出現(xiàn)，為研發(fā)面向未來的新一代電網(wǎng)設(shè)備創(chuàng)造了條件。中國工程院院士鄭健超預(yù)見，新一代電網(wǎng)設(shè)備的工程應(yīng)用將對電網(wǎng)的未來產(chǎn)生革命性的影響。

　　變壓器是電網(wǎng)中量大面廣的設(shè)備，近年來，由于智能電網(wǎng)的需要，固態(tài)變壓器（又稱智能萬用變壓器）成為了研究熱點。它傳輸?shù)墓β拭芏缺葌鹘y(tǒng)變壓器大兩個數(shù)量級，因而重量和尺寸也相應(yīng)降低了兩個數(shù)量級。鄭健超把其比喻為“把8000磅重的傳統(tǒng)配電變壓器變成75磅重的固態(tài)變壓器裝進(jìn)手提箱”。這為建設(shè)高度緊湊化、全封閉、電磁環(huán)境影響小的智能變電站創(chuàng)造了條件。

　　除變壓功能外，固態(tài)變壓器還具有連續(xù)快速調(diào)壓、變頻、動態(tài)無功補償、電能質(zhì)量控制等功能，把原來多種設(shè)備的功能融合為一體。鄭健超說：“這是未來智能電網(wǎng)最基礎(chǔ)的設(shè)備?，F(xiàn)在，大家對用交流還是直流有爭議，如果以后采用了這樣的設(shè)備，則由控制系統(tǒng)說了算，既可同步又可異步，這個問題就迎刃而解了。”

　　固態(tài)變壓器將首先在配電網(wǎng)應(yīng)用，包括高層樓宇供電、電力機車供電、電動車快速充電、風(fēng)電光伏發(fā)電等間歇式電源直接接入最終用戶等。這種設(shè)備以后還有可能進(jìn)入輸電網(wǎng)使用，屆時將對同步/異步聯(lián)網(wǎng)、系統(tǒng)穩(wěn)定控制、大型風(fēng)電站接入、動態(tài)無功控制產(chǎn)生重要影響。

　　院士論壇上還預(yù)測，隨著現(xiàn)代信息、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，電網(wǎng)的傳感—測量系統(tǒng)在向著傳感器網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。具體可分為供電企業(yè)對電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行實施監(jiān)測和控制的傳感器網(wǎng)絡(luò)，如廣域監(jiān)測系統(tǒng)（WAMS）、電網(wǎng)故障定位重要設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測等，和智能配電網(wǎng)中側(cè)重電力客戶的傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括智能電表、客戶負(fù)荷自動調(diào)查、電纜故障定位、樓宇能量管理等。從長遠(yuǎn)來看，除了電力、電量準(zhǔn)確測量和計量的設(shè)備，現(xiàn)有的電網(wǎng)測量設(shè)備和信息通信系統(tǒng)可能要演變?yōu)樾乱淮娋W(wǎng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)。其中，無線傳感器會得到日益廣泛的應(yīng)用。

　　電網(wǎng)建設(shè)的大規(guī)模發(fā)展，也為科研創(chuàng)新提供了更優(yōu)良的土壤，加速了新一代電網(wǎng)設(shè)備的面世。鄭健超說：“我們的交流特高壓工程核心設(shè)備都是中國制造了。去年錦屏—蘇南特高壓直流工程投運，我們自主知識產(chǎn)權(quán)的換流閥研制成功而且應(yīng)用性能非常好?！?/P>