周孝信：我國新一代電力系統(tǒng)的發(fā)展前景

編者按：2018年1月12日，由中國科學院科技戰(zhàn)略咨詢研究院、國際能源署(IEA)、聯(lián)合國項目事務(wù)署(UNOPS)指導，中國能源研究會分布式能源專業(yè)委員會、中國能源網(wǎng)等聯(lián)合主辦，國家電網(wǎng)公司、漢能控股集團等協(xié)辦的“2018未來能源大會”在北京隆重召開。中國科學院院士、IEEE院士周孝信做了題為《我國新一代電力系統(tǒng)的發(fā)展前景》的主題演講，本文系根據(jù)他的發(fā)言進行整理，并略有刪節(jié)!

各位專家、各位領(lǐng)導大家上午好!我從大電網(wǎng)的發(fā)展講一下《我國新一代電力系統(tǒng)的發(fā)展前景》。

主要內(nèi)容包括以下幾點：

第一，三代電網(wǎng)與新一代電力系統(tǒng)。

第二，新一代電力系統(tǒng)的主要技術(shù)特征。

第三，幾類技術(shù)突破的全局性影響。

第四，總結(jié)。

這是我?guī)啄昵疤岢鰜淼囊粋€理念。我們縱觀全世界，電力系統(tǒng)與發(fā)展根據(jù)其主要特征，包括技術(shù)特征及其他宏觀的一些特征，可以分成三個階段：

第一階段，上個世紀50年代以前，叫第一代電網(wǎng)。第一代電力系統(tǒng)，主要的特點是輸電特別低，另外電網(wǎng)規(guī)模很小，小機組，這是一系列的特征。

第二階段，上世紀后50年，實際上從全世界來講，是二次大戰(zhàn)以后，電力發(fā)展很快。面對這樣一個情況，整個電力系統(tǒng)的發(fā)展從小規(guī)模向大規(guī)模發(fā)展，技術(shù)越大越精密，電壓等級越高能力越強，大電網(wǎng)也是一樣。所以總的特點就是大機組、超高壓、大電網(wǎng)、交直流與互聯(lián)電網(wǎng)。大家以前也都很自豪，我們有這么大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。但實際上它是不可持續(xù)的，因為它主要還是以化石能源為主，包括資源問題，包括環(huán)境問題，所以被認為是一個不可持續(xù)的發(fā)展模式。

第三階段，新一代電力系統(tǒng)。我們調(diào)研的結(jié)果，事實上國外上世紀90年代開始有這樣一個發(fā)展的趨勢，我們國內(nèi)還是新世紀中葉，應(yīng)該是以可再生能源和石油發(fā)電為主，2020年我們希望這個份額能達到70-80%。另外還有一個就是網(wǎng)絡(luò)的問題，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是骨干電網(wǎng)和局部電網(wǎng)及微電網(wǎng)的結(jié)合，再有就是電源，電源就是主力電源，對中國來說還是要主力，分布式電源要結(jié)合。

總的來說，它是一個基于可再生能源和清潔能源，是一種可再生發(fā)展的綜合電力的發(fā)展模式。

我們最近做了一個很簡單的模型分析，在國家宏觀目標的指引下，宏觀目標一個是“十三五”規(guī)劃，再一個就是能源局、發(fā)改委公布的2016-2030年能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略，事實上它也展望了2050年的情況。根據(jù)這些目標，我們算了一下，應(yīng)該說是估算，不是從最底層的需求來做起，把整個電力的結(jié)構(gòu)，包括裝機容量，包括發(fā)電量。但是它的前提條件是有一些技術(shù)條件，比如說規(guī)劃性能源占能源市場的百分之多少?還有根據(jù)人口和人均用電量的數(shù)據(jù)來進行的推算。

剛才講了能源轉(zhuǎn)型以及戰(zhàn)略目標，“十三五”規(guī)劃提出來2020年的目標，2016-2030年的戰(zhàn)略。根據(jù)模型分析的結(jié)果，我們做了幾種情景，其中有一種情景，我們認為還是比較合理的，但也不一定，這個大家再探討。

另外，我們還對電力方面做了一個分析，比如說做了年均用電量，這個是給定的，這也是“十三五”規(guī)劃的是五千度，2030年是六千千瓦時，后面多少?2035年是多少?2050年是多少?估計2035年是七千度，2050年九千度。非化石能源電量比重2030年應(yīng)該是50%，那么到2050年是多少?這個大家也有不同的看法，我做的情景是2035年是55%，2050年是78%，其中核能占10%幾，所以其他的可再生能源大概是不到70%的樣子，這是從電量來看。

另外還做了其他的，比如能源系統(tǒng)二氧化碳的排放。算的結(jié)果，目前的情況大概是80多億噸，2030年90多億噸，這個是完全能源系統(tǒng)的二氧化碳排放量，不包括全部。所以煤炭的排放占比多少?這里都有一些數(shù)據(jù)，這是供給大家參考的，并不是一個科學的、嚴謹?shù)念A(yù)測。

剛才說了總結(jié)，從電網(wǎng)來說，我們覺得一個是大規(guī)模西電東送，2020年到2.7億千瓦，這么一個數(shù)，未來我們希望還會有大的發(fā)展，可能到4.5億-5.5億千瓦，這是最大的，但是現(xiàn)在還不太好說。再一個是分布式能源的發(fā)展，分布式發(fā)展應(yīng)該是互為補充、優(yōu)化組合。

新一代電力系統(tǒng)的主要技術(shù)特征，從技術(shù)來說，我們歸納了四個：

第一，高比例可再生能源電力系統(tǒng)。

第二，高比例電力電子裝備電力系統(tǒng)。這是輸電和配電，不再展開。

第三，多能互補的綜合能源電力系統(tǒng)。這里特別注意的是我們用戶側(cè)用電用能要綜合利用，降低能源消費，這是非常重要的一點，電力系統(tǒng)應(yīng)該義不容辭地參與到這里頭去，為大家提供綜合能源服務(wù)。各地都是這么做的，這是一個正確的方向。

第四，信息物理融合的智能電力系統(tǒng)。

甘肅現(xiàn)在這個比例就比較高，它的比例是多少?裝機容量比全省的總裝機是41%，這個很高了，將來全國都要這樣，可能比這個還高，它現(xiàn)在遇到的問題是它的電網(wǎng)比較薄弱，當然還有棄風、棄光，這個不多說了，這是第一點。

第二個是電子裝備，我們畫了一張圖，2016年我國的超特高壓直流輸電工程，還有進一步發(fā)展，包括剛才講的西部的直流輸電網(wǎng)的一個設(shè)想。

第三個是多能互補，我們可以將綜合能源系統(tǒng)分成兩部分，一個叫源端基地綜合能源電力系統(tǒng)區(qū)域，我們說了希望在區(qū)域形成一個網(wǎng)絡(luò)。第二個將來這么多的可再生能源不能全靠電網(wǎng)來輸送，還要就地消納，就地轉(zhuǎn)化，把它變成可儲存、可運輸?shù)囊恍┠芰俊Ｈ绻@個問題靠常規(guī)的儲能是解決不了的，要靠運輸氫，首先要生產(chǎn)氫，要用多余的電力，甚至不只是多余的電力，做風能、太陽能就是為了轉(zhuǎn)化。所以我們叫源端基地綜合能源電力。

還有一個就是終端綜合能源電力系統(tǒng)，我覺得中國秦嶺淮河以南的冬天非常難過，我也深有體會。要解決，怎么解決?我也是覺得用地熱。我曾經(jīng)在北京郊區(qū)問零下15度怎么樣?他說效果可以，北京冬天有熱供嘛。這個終端綜合能源解決大有可為，包括示范，包括地方自發(fā)做，這些東西多得很，希望我們能源網(wǎng)，我們分布式專委會能夠加大關(guān)注類似這樣的問題。

第四就是信息物理融合的智能電力系統(tǒng)，現(xiàn)在又發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)，能源互聯(lián)網(wǎng)我的理解有這么三點：

第一點，是以電力系統(tǒng)為核心和紐帶，多種能源互聯(lián)互通的能源網(wǎng)絡(luò)。通過多能協(xié)同互補，大幅度提高能源綜合利用效率。我們現(xiàn)在的效率是多少?總的效率只有20%幾，如果這個能夠提高的話，整個效率會到40%-50%可以替代，所以能源互聯(lián)網(wǎng)要通過多能互補大幅度提升效率。

第二點，是能源系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深度融合的信息物理系統(tǒng)。以互聯(lián)思維和技術(shù)改造傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用網(wǎng)鏈、大數(shù)據(jù)、云計算，大幅度提升能源電力系統(tǒng)的靈活性、適應(yīng)性、智能化和運營管理水平，大幅度提高接收波動性可再生能源的能力，助力能源轉(zhuǎn)型。

第三點，是以用戶為中心的能源電力運營商業(yè)模式和服務(wù)業(yè)態(tài)，向用戶提供便捷互動的能源電力信息綜合平臺。我曾經(jīng)提出來我們的能源電力如何提供一個綜合服務(wù)?因為我們的光纖系統(tǒng)很發(fā)達，包括輸電，包括發(fā)電。為什么是光纖呢?光纖的利用率很低，它的量還很小，充分利用起來那是非常高的，當時我還是體會不到，但現(xiàn)在我覺得這個可以打破。

再來說一下幾類技術(shù)突破的全局性影響：

1、高效低成本太陽能、風能發(fā)電和電網(wǎng)友好技術(shù)。這個還是要真正做到能夠比常規(guī)的電力還便宜，而且容易推廣，更接近用戶，這就是我們未來可期待的。

2、高效低成本長壽命儲能技術(shù)。這個進步也很快，但是總的來說不理想。目前來說電動汽車的儲能和我們電力電網(wǎng)的儲能要求不盡相同，我們要求低，而且價格要便宜，不需要太強的電力動能，但是總的來說電動汽車的資源應(yīng)該充分利用。

再一個我在這里確實要呼吁一下，儲熱、儲氫要發(fā)展，不僅僅是儲電，鋰電池已經(jīng)研究很多了。

3、高可靠性低損耗電力電子技術(shù)。其中主要以所謂寬禁帶電力電子器件的發(fā)展。這個常規(guī)的電源比性能還是稍差一些，所以用新一代的電力電子器件來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的，難度也確實很大。

4、高強度絕緣技術(shù)和超導輸電技術(shù)?，F(xiàn)在我們輸電都是架空輸電線，但是輸電也有環(huán)境問題，特別對環(huán)境的限制，我們幾十公里又要送電，又要送石油，高度集中在這一條很窄的走廊通道里面，是很不安全的，也是很難保證的。所以把電纜做得小，精度高，氣體地下管道的輸電要做得好，國家重點的攻關(guān)計劃提出一個超導的液化天然氣共同輸送的一個能源管道，這是很好的一個概念。

5、新一代人工智能技術(shù)。人工智能大家看了很多，特別是大數(shù)據(jù)時代的人工智能，基于超強的數(shù)據(jù)獲取能力和計算能力，基于無所不在的傳感網(wǎng)，計算能力也是超強，這樣我們就可以實現(xiàn)淺層到深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。另外從算法來說，從單純依賴數(shù)據(jù)驅(qū)動的模型到與知識引導相結(jié)合。作為電網(wǎng)來說，還是可以考慮這個問題的，能源系統(tǒng)可以考慮，基于先進傳感、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、深度學習、區(qū)塊鏈等信息通信、互聯(lián)網(wǎng)化人工智能技術(shù)，應(yīng)用于電網(wǎng)的智能設(shè)備、智能調(diào)度、智能交易，有可能顛覆傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的設(shè)備管理、系統(tǒng)調(diào)度、能量管理和交易方式。

最后，建設(shè)清潔低碳、安全高效的新一代能源系統(tǒng)是我國新一輪能源革命的核心目標，能源轉(zhuǎn)型是實現(xiàn)這一目標的關(guān)鍵步驟。這個新一代電力系統(tǒng)實際上是新一代能源系統(tǒng)的核心，電力系統(tǒng)以化石能源為主，向可再生能源為主轉(zhuǎn)型，將對能源轉(zhuǎn)型目標的實現(xiàn)起關(guān)鍵作用。

第三代電力系統(tǒng)是100多年來第一、二代電力系統(tǒng)的傳承和發(fā)展，是推動能源轉(zhuǎn)型發(fā)展、構(gòu)成新一代能源系統(tǒng)核心的新一代電力系統(tǒng)。

高比例可再生能源、高比例電力電子裝備接入電網(wǎng)，多能互補綜合能源以及信息物理深度融合智能化電網(wǎng)，是新一代電力系統(tǒng)的顯著技術(shù)特征。