创新驱动智能电网传承发展

　　4月19日?20日，第三届中国电力发展和技术创新院士论坛在北京召开。两年一届的院士论坛由中国电力科学研究院主办，论坛以交流电力科学领域创新成果，凝聚学术合力，搭建合作平台为目的，云集电力科学相关领域的学者专家，交流最新学术动向及展望行业未来发展趋势。本届论坛的与会代表在“电力系统及自动化”“能源与发电”“输变电工程”“电工材料与用电”等领域展开探讨。本刊推出专题报道，以反映论坛上的创新思想和院士们的真知灼见。

　　创新驱动电网传承发展

　　“当前，全球能源短缺、资源紧张、气候变化等问题日益突出，我国在能源安全、能源效率、能源环境等方面也面临严峻挑战。要从根本上解决这些问题，必须走创新发展道路，大力转变能源发展方式。”4月19日，国家电网公司总经理刘振亚在第三届中国电力发展和技术创新院士论坛上作主旨发言时强调。

　　周孝信、卢强、郑健超、薛禹胜、潘垣、饶芳权等32位中国科学院、中国工程院院士齐聚第三届中国电力发展和技术创新院士论坛。为期一天半的会议围绕“创新驱动发展”主题探讨国内外能源与电力科研的最新进展、最新成就和前沿技术，展望中国能源和电力技术的发展趋势。

　　特高压实现能源可持续发展

　　党的十八大指出，科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，必须摆在国家发展全局的核心位置。习近平总书记强调，实施创新驱动发展战略是立足全局、面向未来的重大战略。中央今年年初发布了《关于强化企业技术创新主体地位，全面提升企业创新能力的意见》，对大力培育创新型企业提出了更高要求。

　　刘振亚总经理在19日的发言中指出：“作为全球最大的公用事业企业、作为关系国家能源安全的国有重要骨干企业，我们深切体会到，创新决定企业的核心竞争力，引领企业的发展方向，提高创新能力是国家电网公司做强做优的关键。”

　　取得的科技创新成绩是公司多年来坚持创新发展的直接反映。今年1月18日，“特高压交流输电关键技术、成套设备及工程应用”荣获国家科技进步奖特等奖。多位专家在本次论坛上阐述了特高压推动全国能源资源优化配置，促进清洁能源加快发展，带动装备制造产业升级，构建洲际输电大通道的重要意义。我国能源资源与生产力逆向分布，能源结构以煤为主，能源开发加速向西部和北部转移，风电、太阳能发电等大规模、集约化发展，决定了全国优化能源配置的重要性和加快发展特高压的必要性。加快发展特高压，实现“以电代煤、以电代油、电从远方来”，是解决我国能源问题的必然选择。

　　“我们经过深入研究、反复论证，提出了加快建设‘三华’特高压同步电网，构建强交强直、紧密耦合、优势互补，实现‘西电东送’、‘北电南供’输电格局。计算结果表明，‘三华’特高压同步电网潮流转移能力强，安全稳定水平高，能够抵御重大自然灾害和各类严重故障的冲击。特高压的全面突破，对于解决中国能源乃至世界能源可持续发展问题，意义十分重大。”刘振亚说。

　　在4月19日上午论坛开幕式上，大会名誉主席、中国工程院副院长谢克昌在其题为《能源生产和消费革命及电力在其中的主体作用》的主旨报告中谈到，国家电网在特高压设备、设计、试验制造方面打破垄断，解决了世界输电难题，攻克了大容量（百兆瓦级）风光储联合发电关键技术。

　　谢克昌说：“弘扬‘努力超越、追求卓越’的国家电网公司是强大的国家能源配置平台，是国家综合运输体系的重要组成部分，是推动能源生产和消费革命、促进国家能源结构调整，服务能源产业做强做优的重要动力。在特高压领域实现了中国创造和中国引领的国家电网公司为我国能源电力可持续发展、电力技术和装备走向世界奠定了坚实基础，也一定会为我国能源生产和消费革命做出新的贡献。”

　　第三代电网兴起

　　自上世纪末以来，面对世界范围内化石能源日渐枯竭，以及全球气候变化和环境恶化的现实威胁，一场新的能源革命在世界范围内悄然兴起。

　　在中国科学院院士周孝信看来，新形势下，我国能源和电力的发展面临着空前的发展机遇和转型挑战。我国以煤为主的能源结构和电源结构将在今后几十年内逐步转变；可再生能源、核能、天然气等清洁能源发电（与煤电一起）将逐步成为主力电源；电网的发展也将经历重大转型，以清洁化（接纳大规模可再生能源电力）和智能化为主要特征的下一代电网将成为未来电网发展的趋势和方向。

　　“能源革命带来的发电能源清洁化和一定程度的分散化，以及信息技术发展带来的智能化两大因素，促使电网开始转型。”周孝信说。

　　谢克昌院士与周孝信院士观点近似，他认为能源生产和消费革命将带来新型的能源供需协调模式和资源保障模式；通过资本投入和技术创新会驱动传统化石能源（含非常规油、气）生产和消费方式的根本转变；会大力科学发展新能源和可再生能源，提高其在一次能源中的比例。

　　谢克昌提出了IDDD+N的供需协调模式，即转换整合化（Integration of systems）、需求精细化（Differentiation of demands）、供给多样化（Diversification of supply）、布局分布化（Decentralization），加上协调、控制、管理网络化（Network）。他把这套方法总结为全生命周期分析，而其背后蕴含的“哲理”则是把合适的能源用在合适的地方。

　　在新能源革命的背景下，电网具有了新使命，将成为接收大规模集中式和分布式新能源电力的输送和分配网络；成为灵活、高效的智能能源电网；成为安全可靠的电力供应系统，具有极高的供电可靠性；与信息通信系统广泛结合，成为能源、电力、信息综合服务体系。

　　当前，世界范围内大规模展开可再生能源开发应用和智能电网建设，开启了第三代电网发展和建设的进程。周孝信说：“我国未来第三代电网的构成，将遵循国家主干输电网与地方输配电网、微网相结合的模式。主干输电网能满足风能、太阳能、水电等大规模可再生能源和清洁煤电等大型常规能源基地的大容量、远距离电力输送，以及大范围优化配置和间歇性功率相互补偿等需要，实现输电网的安全、高效运行。配电网能适应中小型分布式电源的开放接入和电力需求侧互动管理的需求，配电网终端将较多采用微网结构，可实现潮流的双向控制，提高供电可靠性和终端能源利用率，并形成多网合一的能源信息综合服务体系。”

　　周孝信预见，我国将始终存在大容量远距离输送电力的基本需求。我国西部水电、西部和北部超大规模荒漠太阳能电站、北部和西北部大规模风电等将有很大发展。他解释说：“未来，西电东送输电网将由目前满足水电和煤电的大容量远距离外送为主，逐步转变为水电、煤电、风电和光伏发电外送并重，输电网的功能将由单纯输送电能转变为输送电能与实现各种电源相互补偿调节相结合。”

　　新一代电网设备的革命性影响

　　新型电网设备的研发方向取决于电网发展的趋势和需求。传统电网设备的工程应用已有上百年历史，而超导材料、纳米技术、新型电力电子器件等新材料、新技术、新器件的出现，为研发面向未来的新一代电网设备创造了条件。中国工程院院士郑健超预见，新一代电网设备的工程应用将对电网的未来产生革命性的影响。

　　变压器是电网中量大面广的设备，近年来，由于智能电网的需要，固态变压器（又称智能万用变压器）成为了研究热点。它传输的功率密度比传统变压器大两个数量级，因而重量和尺寸也相应降低了两个数量级。郑健超把其比喻为“把8000磅重的传统配电变压器变成75磅重的固态变压器装进手提箱”。这为建设高度紧凑化、全封闭、电磁环境影响小的智能变电站创造了条件。

　　除变压功能外，固态变压器还具有连续快速调压、变频、动态无功补偿、电能质量控制等功能，把原来多种设备的功能融合为一体。郑健超说：“这是未来智能电网最基础的设备。现在，大家对用交流还是直流有争议，如果以后采用了这样的设备，则由控制系统说了算，既可同步又可异步，这个问题就迎刃而解了。”

　　固态变压器将首先在配电网应用，包括高层楼宇供电、电力机车供电、电动车快速充电、风电光伏发电等间歇式电源直接接入最终用户等。这种设备以后还有可能进入输电网使用，届时将对同步/异步联网、系统稳定控制、大型风电站接入、动态无功控制产生重要影响。

　　院士论坛上还预测，随着现代信息、通信技术的飞速发展，电网的传感—测量系统在向着传感器网络方向发展。具体可分为供电企业对电网安全、经济运行实施监测和控制的传感器网络，如广域监测系统（WAMS）、电网故障定位重要设备状态监测等，和智能配电网中侧重电力客户的传感器网络，包括智能电表、客户负荷自动调查、电缆故障定位、楼宇能量管理等。从长远来看，除了电力、电量准确测量和计量的设备，现有的电网测量设备和信息通信系统可能要演变为新一代电网的传感器网络。其中，无线传感器会得到日益广泛的应用。

　　电网建设的大规模发展，也为科研创新提供了更优良的土壤，加速了新一代电网设备的面世。郑健超说：“我们的交流特高压工程核心设备都是中国制造了。去年锦屏—苏南特高压直流工程投运，我们自主知识产权的换流阀研制成功而且应用性能非常好。”