面對(duì)化石能源日漸枯竭和全球氣候、環(huán)境變化的現(xiàn)實(shí)壓力，一場(chǎng)新能源革命在全球范圍內(nèi)悄然興起，我國(guó)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)和電源結(jié)構(gòu)也將在今后幾十年內(nèi)逐步改變。隨著可再生能源、核能、天然氣等清潔能源發(fā)電在未來(lái)有望成為主力電源，電網(wǎng)的發(fā)展也將經(jīng)歷重大轉(zhuǎn)型

推進(jìn)電能替代加快電網(wǎng)創(chuàng)新

2009年，我國(guó)向國(guó)際社會(huì)承諾，2020年單位GDP二氧化碳排放比2005年降低40%至45%，非化石能源比重達(dá)15%。而2020年全面建成小康社會(huì)，要實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值和城鄉(xiāng)人均收入比2010年翻一番，這意味著我們的能源消費(fèi)也將快速增長(zhǎng)。因此，必須大力發(fā)展可再生能源，調(diào)整現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)。

電是優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的二次能源，電能占終端能源消費(fèi)的比重每提升1個(gè)百分點(diǎn)，單位GDP能耗可下降4%左右。實(shí)施以電代煤、以電代油，對(duì)于控制能源總量、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、提高能源效率、促進(jìn)節(jié)能減排、解決霧霾問(wèn)題都具有重要意義。電動(dòng)汽車作為清潔的交通工具，也將是未來(lái)汽車工業(yè)發(fā)展的重要方向。除航空和軍事等領(lǐng)域外，其他方面的能源供應(yīng)大部分可用電能替代。而目前廣泛應(yīng)用的可再生能源主要包括水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能和生物質(zhì)能等，大部分也以發(fā)電形式進(jìn)行利用。推進(jìn)電能替代，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，可能是未來(lái)解決能源需求快速增長(zhǎng)與環(huán)境壓力的日益增大矛盾的重要出路。

當(dāng)前，我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量和電網(wǎng)規(guī)模均已居世界首位。在能源革命的大背景下，電網(wǎng)的重要性日益突出。未來(lái)大規(guī)模電能的利用，要求電網(wǎng)科技創(chuàng)新必須加快。近年來(lái)，我國(guó)開展了以特高壓為框架的智能電網(wǎng)的科技創(chuàng)新和建設(shè)，在特高壓研發(fā)和建設(shè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了“中國(guó)創(chuàng)造”和“中國(guó)引領(lǐng)”。當(dāng)前，世界范圍能源技術(shù)開發(fā)日益向綠色、低碳、智能的方向發(fā)展。從電能利用結(jié)構(gòu)來(lái)看，我國(guó)可再生能源發(fā)展已經(jīng)具備了良好的基礎(chǔ)，水電、風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模均位居世界第一位。電網(wǎng)將成為大規(guī)模新能源電力的輸送和分配網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)對(duì)未來(lái)大規(guī)模分布式電源并網(wǎng)帶來(lái)的技術(shù)挑戰(zhàn)與沖擊迫在眉睫。面對(duì)世界范圍的新一輪能源技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，我們必須把握第三代電網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)，加快研究和建設(shè)，力爭(zhēng)取得新的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

國(guó)家電網(wǎng)：

特高壓引領(lǐng)電網(wǎng)科技創(chuàng)新

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(guó)家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)。消息傳來(lái)，電力科技界一片歡騰。

“建設(shè)世界一流電網(wǎng)是一個(gè)與時(shí)俱進(jìn)、不懈奮斗的過(guò)程。特高壓的成功，標(biāo)志著我國(guó)電網(wǎng)進(jìn)入了以特高壓為引領(lǐng)、以智能化為方向，全面創(chuàng)新發(fā)展的新階段。”國(guó)家電網(wǎng)公司總經(jīng)理劉振亞說(shuō)。

2004年特高壓發(fā)展之初，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)、缺乏標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)鍵設(shè)備更是一片空白，困難和挑戰(zhàn)極大。國(guó)家電網(wǎng)開展了310項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)研究，經(jīng)過(guò)不懈努力，攻克了電壓控制、外絕緣配置等技術(shù)難關(guān)，掌握了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的特高壓核心技術(shù)和全套設(shè)備制造能力。國(guó)家電網(wǎng)已先后建成3個(gè)世界上電壓最高、容量最大、技術(shù)領(lǐng)先的特高壓交、直流工程，累計(jì)送電超過(guò)800億千瓦時(shí)。

特高壓的全面突破，一是促進(jìn)了能源配置方式由輸煤為主向輸煤輸電并舉轉(zhuǎn)變，電力發(fā)展方式由就地平衡為主向全國(guó)范圍優(yōu)化配置轉(zhuǎn)變，有效解決煤電運(yùn)矛盾。二是促進(jìn)清潔能源加快發(fā)展。通過(guò)建設(shè)特高壓大電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電與火電聯(lián)合運(yùn)行、打捆外送，解決清潔能源送出和消納難題。三是帶動(dòng)裝備制造業(yè)升級(jí)。為中國(guó)輸變電設(shè)備制造企業(yè)的“金色名片”，改變了國(guó)內(nèi)外輸變電設(shè)備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的整體格局。四是構(gòu)建洲際輸電大通道。為構(gòu)建跨國(guó)、跨洲輸電通道、建立洲際電力市場(chǎng)，推動(dòng)全球能源資源優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)全球能源可持續(xù)發(fā)展，提供了戰(zhàn)略選擇。

“長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，特高壓與智能電網(wǎng)、新能源、儲(chǔ)能相結(jié)合，將有效解決能源供應(yīng)問(wèn)題。”國(guó)家電網(wǎng)公司總經(jīng)理劉振亞說(shuō)。公司已新建并投運(yùn)220座智能變電站，目前正在研發(fā)集成度高、結(jié)構(gòu)合理、節(jié)能高效、國(guó)際領(lǐng)先的新一代智能變電站。同時(shí)還建成了世界上覆蓋范圍最大的電動(dòng)汽車充換電服務(wù)設(shè)施。“下一步，我們將圍繞大電網(wǎng)控制、大容量?jī)?chǔ)能等關(guān)鍵技術(shù)開展攻關(guān)，爭(zhēng)取在核心技術(shù)研發(fā)和關(guān)鍵設(shè)備制造方面取得新突破。同時(shí)，依托大電網(wǎng)，支持大水電、大核電與大型可再生能源基地開發(fā)，實(shí)現(xiàn)清潔能源大范圍優(yōu)化配置和消納。”劉振亞說(shuō)。

現(xiàn)狀：新能源發(fā)展要求電網(wǎng)盡快轉(zhuǎn)型

來(lái)自國(guó)網(wǎng)能源研究院的研究報(bào)告顯示，我國(guó)清潔能源資源豐富，具備大規(guī)模開發(fā)潛力。其中，水力資源總量位居世界第一，技術(shù)可開發(fā)量5.7億千瓦;核電現(xiàn)有廠址資源可支撐1.6億千瓦的核電裝機(jī);進(jìn)一步選址可滿足未來(lái)3至4億千瓦的核電裝機(jī)需求;風(fēng)電全國(guó)僅陸上50米高度3級(jí)以上風(fēng)能資源潛在開發(fā)量約23.8億千瓦;太陽(yáng)能發(fā)電開發(fā)潛力可達(dá)30億千瓦左右。

“無(wú)論是風(fēng)能等清潔能源的大范圍優(yōu)化配置與消納，還是分布式能源的靈活接入與雙向計(jì)量，都需要并網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。”國(guó)網(wǎng)能源研究院副總經(jīng)濟(jì)師白建華對(duì)記者說(shuō)。

隨著我國(guó)新能源開發(fā)力度不斷加大，新能源并網(wǎng)對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)日益提出挑戰(zhàn)。記者了解到，以風(fēng)電為例，我國(guó)已成為世界上風(fēng)電裝機(jī)容量最大的國(guó)家，但棄風(fēng)限電成制約風(fēng)電發(fā)展的重要因素。數(shù)據(jù)顯示，2012年全國(guó)棄風(fēng)電量從2011年的120多億千瓦時(shí)增至約200億千瓦時(shí)，占全年風(fēng)力發(fā)電量的1/5。主要原因是現(xiàn)有的電網(wǎng)建設(shè)還不足以把不能就地消納的電大規(guī)模輸送出去。

白建華認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)清潔能源集中式、基地式大規(guī)模高效開發(fā)，關(guān)鍵是通過(guò)大電網(wǎng)建立大范圍配置平臺(tái)。而分布式清潔能源發(fā)電并網(wǎng)會(huì)給電網(wǎng)的規(guī)劃和運(yùn)行帶來(lái)一些技術(shù)難題和影響，主要涉及負(fù)荷預(yù)測(cè)、電源結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)擴(kuò)展、電能質(zhì)量、保護(hù)整定、頻率控制、電壓調(diào)節(jié)、供電可靠性等內(nèi)容。

探索：未來(lái)電網(wǎng)清潔化和智能化

中國(guó)工程院副院長(zhǎng)謝克昌認(rèn)為，大規(guī)模新能源利用將催生能源供需模式向雙向協(xié)調(diào)適應(yīng)模式轉(zhuǎn)型，即把合適的能源用在合適的地方。這就需要新的基礎(chǔ)設(shè)施和儲(chǔ)運(yùn)配方式的支撐，如汽車充電樁、儲(chǔ)能、分布式能源系統(tǒng)等，而能夠?qū)崿F(xiàn)消費(fèi)者和生產(chǎn)者互動(dòng)的新一代電網(wǎng)是核心環(huán)節(jié)。

“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)也就是第三代電網(wǎng)將成為未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)和方向。”中國(guó)科學(xué)院院士周孝信說(shuō)。他認(rèn)為，提供單一的電力服務(wù)的第二代電網(wǎng)，高度依賴大規(guī)模使用化石能源，是不可持續(xù)的電力發(fā)展模式。而能源革命帶來(lái)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(lái)的智能化促使電網(wǎng)開始轉(zhuǎn)型。

目前，我國(guó)以特高壓為骨干框架的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)取得積極進(jìn)展，晉東南—荊門1000千伏交流試驗(yàn)示范工程等相繼投運(yùn)，實(shí)現(xiàn)水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電與火電聯(lián)合運(yùn)行、打捆外送，促進(jìn)了大煤電、大水電、大核電和大型可再生能源基地集約化開發(fā)。而智能電力系統(tǒng)建設(shè)也在緊鑼密鼓地進(jìn)行中。220座智能變電站已經(jīng)建成。智能電表正在許多地區(qū)得到運(yùn)用。到2015年，除邊遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)外，將全部實(shí)現(xiàn)用戶用電信息自動(dòng)采集。

“智能電網(wǎng)有望解決可再生能源面臨的最大問(wèn)題，是因天氣變化而造成的供電不穩(wěn)定問(wèn)題。”中國(guó)電力科學(xué)研究院電力電子應(yīng)用技術(shù)研究所所長(zhǎng)湯廣福說(shuō)。

“從現(xiàn)在至2030年的中期階段，我國(guó)輸電主干網(wǎng)仍將基本保持超/特高壓交、直流輸電網(wǎng)模式，但新的輸電技術(shù)會(huì)不斷涌現(xiàn)，推動(dòng)著新輸電方式的突破。從2031年到2050年的遠(yuǎn)期階段，技術(shù)發(fā)展的積累和突破有可能實(shí)現(xiàn)多端高壓直流輸電網(wǎng)模式。”周孝信院士說(shuō)，我國(guó)未來(lái)第三代電網(wǎng)的構(gòu)成將遵循國(guó)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)能適應(yīng)大規(guī)模能源的大容量遠(yuǎn)距離電力輸送、大范圍優(yōu)化配置和間歇性功率相互補(bǔ)償?shù)刃枰?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(dòng)管理的需求，它的終端將多采用微網(wǎng)結(jié)構(gòu)，形成多網(wǎng)合一的能源信息綜合服務(wù)體系。

周孝信院士還認(rèn)為，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(shí)現(xiàn)各種電源相互補(bǔ)償調(diào)節(jié)相結(jié)合。未來(lái)的配電網(wǎng)將采用交、直流并存的多樣化配電模式，與通信信息技術(shù)廣泛結(jié)合，逐步形成適宜接納大規(guī)模分布式能源、能夠向用戶提供差異化服務(wù)的主動(dòng)智能配電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與終端用戶能源高效利用系統(tǒng)結(jié)合，提高能源利用效率。

挑戰(zhàn)：重大技術(shù)需要有所突破

根據(jù)國(guó)家《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，2015年—2020年風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到5000萬(wàn)千瓦至2億千瓦的水平，而且主要是位于西部的集中開發(fā)模式，這需要在大規(guī)模可再生能源接入電網(wǎng)的技術(shù)上有所突破。

我國(guó)資源分布不均衡，煤炭資源主要集中在西部和北部，水電資源80%分布在西部，風(fēng)能、太陽(yáng)能資源也主要分布在西部;而電力負(fù)荷主要集中在中東部地區(qū)。從電力流預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)看，我國(guó)將始終存在大容量遠(yuǎn)距離輸電的基本需求。

當(dāng)前電網(wǎng)的線損率為6%—7%，大量電能被損耗在輸配電線路和變壓器等輸配電設(shè)備中，因此降低線損、提高能源利用效率對(duì)第三代電網(wǎng)的建設(shè)尤為重要。

“通過(guò)智能傳感網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)，在用戶端實(shí)現(xiàn)分布式能源、儲(chǔ)能裝置、電動(dòng)汽車充放電、能源綜合高效利用系統(tǒng)與電網(wǎng)的融合，形成智能能源網(wǎng)絡(luò)，能大幅度提高終端能源利用效率。”周孝信說(shuō)。

另外，電力系統(tǒng)在滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)電力需求的同時(shí)，也面臨風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)大停電事故，特別是10年來(lái)美國(guó)、歐洲、印度、巴西等國(guó)家和地區(qū)電網(wǎng)大停電事故的教訓(xùn)表明，電網(wǎng)的安全和供電的可靠性始終是電網(wǎng)第一位要關(guān)注的問(wèn)題。

周孝信院士指出，基于對(duì)電網(wǎng)和電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的判斷，建設(shè)未來(lái)電網(wǎng)將面臨大規(guī)?？稍偕茉唇尤腚娋W(wǎng)、大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸電、提高電網(wǎng)和終端用戶能源電力利用效率、提高電網(wǎng)安全性和供電可靠性這4項(xiàng)重大技術(shù)需求。而近期必須開展研究的10項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，主要包括大規(guī)模新能源與可再生能源電力友好接入技術(shù)、大容量輸電技術(shù)、大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)、電力通信與信息技術(shù)、智能配電網(wǎng)和微網(wǎng)技術(shù)、智能用電技術(shù)等。