周孝信：我國(guó)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(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院、國(guó)際能源署(IEA)、聯(lián)合國(guó)項(xiàng)目事務(wù)署(UNOPS)指導(dǎo)，中國(guó)能源研究會(huì)分布式能源專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)能源網(wǎng)等聯(lián)合主辦，國(guó)家電網(wǎng)公司、漢能控股集團(tuán)等協(xié)辦的“2018未來能源大會(huì)”在北京隆重召開。中國(guó)科學(xué)院院士、IEEE院士周孝信做了題為《我國(guó)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(jìn)行整理，并略有刪節(jié)!

各位專家、各位領(lǐng)導(dǎo)大家上午好!我從大電網(wǎng)的發(fā)展講一下《我國(guó)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(diǎn)：

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€(gè)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(gè)階段：

第一階段，上個(gè)世紀(jì)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(diǎn)是輸電特別低，另外電網(wǎng)規(guī)模很小，小機(jī)組，這是一系列的特征。

第二階段，上世紀(jì)后50年，實(shí)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(duì)這樣一個(gè)情況，整個(gè)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(jí)越高能力越強(qiáng)，大電網(wǎng)也是一樣。所以總的特點(diǎn)就是大機(jī)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(shí)際上它是不可持續(xù)的，因?yàn)樗饕€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(rèn)為是一個(gè)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(shí)上國(guó)外上世紀(jì)90年代開始有這樣一個(gè)發(fā)展的趨勢(shì)，我們國(guó)內(nèi)還是新世紀(jì)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(gè)份額能達(dá)到70-80%。另外還有一個(gè)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(duì)中國(guó)來說還是要主力，分布式電源要結(jié)合。

總的來說，它是一個(gè)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(gè)很簡(jiǎn)單的模型分析，在國(guó)家宏觀目標(biāo)的指引下，宏觀目標(biāo)一個(gè)是“十三五”規(guī)劃，再一個(gè)就是能源局、發(fā)改委公布的2016-2030年能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略，事實(shí)上它也展望了2050年的情況。根據(jù)這些目標(biāo)，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(gè)電力的結(jié)構(gòu)，包括裝機(jī)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(chǎng)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(jìn)行的推算。

剛才講了能源轉(zhuǎn)型以及戰(zhàn)略目標(biāo)，“十三五”規(guī)劃提出來2020年的目標(biāo)，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(rèn)為還是比較合理的，但也不一定，這個(gè)大家再探討。

另外，我們還對(duì)電力方面做了一個(gè)分析，比如說做了年均用電量，這個(gè)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(shí)，后面多少?2035年是多少?2050年是多少?估計(jì)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(gè)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(gè)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(gè)科學(xué)的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)念A(yù)測(cè)。

剛才說了總結(jié)，從電網(wǎng)來說，我們覺得一個(gè)是大規(guī)模西電東送，2020年到2.7億千瓦，這么一個(gè)數(shù)，未來我們希望還會(huì)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(gè)是分布式能源的發(fā)展，分布式發(fā)展應(yīng)該是互為補(bǔ)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(gè)：

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(bǔ)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(fèi)，這是非常重要的一點(diǎn)，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(gè)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(gè)比例就比較高，它的比例是多少?裝機(jī)容量比全省的總裝機(jī)是41%，這個(gè)很高了，將來全國(guó)都要這樣，可能比這個(gè)還高，它現(xiàn)在遇到的問題是它的電網(wǎng)比較薄弱，當(dāng)然還有棄風(fēng)、棄光，這個(gè)不多說了，這是第一點(diǎn)。

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

第三個(gè)是多能互補(bǔ)，我們可以將綜合能源系統(tǒng)分成兩部分，一個(gè)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(gè)網(wǎng)絡(luò)。第二個(gè)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(chǔ)存、可運(yùn)輸?shù)囊恍┠芰?。如果這個(gè)問題靠常規(guī)的儲(chǔ)能是解決不了的，要靠運(yùn)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(fēng)能、太陽(yáng)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(gè)就是終端綜合能源電力系統(tǒng)，我覺得中國(guó)秦嶺淮河以南的冬天非常難過，我也深有體會(huì)。要解決，怎么解決?我也是覺得用地?zé)帷Ｎ以?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(gè)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(huì)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(diǎn)：

第一點(diǎn)，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(bǔ)，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(gè)能夠提高的話，整個(gè)效率會(huì)到40%-50%可以替代，所以能源互聯(lián)網(wǎng)要通過多能互補(bǔ)大幅度提升效率。

第二點(diǎn)，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(jì)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(yùn)營(yíng)管理水平，大幅度提高接收波動(dòng)性可再生能源的能力，助力能源轉(zhuǎn)型。

第三點(diǎn)，是以用戶為中心的能源電力運(yùn)營(yíng)商業(yè)模式和服務(wù)業(yè)態(tài)，向用戶提供便捷互動(dòng)的能源電力信息綜合平臺(tái)。我曾經(jīng)提出來我們的能源電力如何提供一個(gè)綜合服務(wù)?因?yàn)槲覀兊墓饫w系統(tǒng)很發(fā)達(dá)，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(dāng)時(shí)我還是體會(huì)不到，但現(xiàn)在我覺得這個(gè)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(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電和電網(wǎng)友好技術(shù)。這個(gè)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(zhǎng)壽命儲(chǔ)能技術(shù)。這個(gè)進(jìn)步也很快，但是總的來說不理想。目前來說電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能和我們電力電網(wǎng)的儲(chǔ)能要求不盡相同，我們要求低，而且價(jià)格要便宜，不需要太強(qiáng)的電力動(dòng)能，但是總的來說電動(dòng)汽車的資源應(yīng)該充分利用。

再一個(gè)我在這里確實(shí)要呼吁一下，儲(chǔ)熱、儲(chǔ)氫要發(fā)展，不僅僅是儲(chǔ)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(gè)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(shí)很大。

4、高強(qiáng)度絕緣技術(shù)和超導(dǎo)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(duì)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(guó)家重點(diǎn)的攻關(guān)計(jì)劃提出一個(gè)超導(dǎo)的液化天然氣共同輸送的一個(gè)能源管道，這是很好的一個(gè)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(shí)代的人工智能，基于超強(qiáng)的數(shù)據(jù)獲取能力和計(jì)算能力，基于無(wú)所不在的傳感網(wǎng)，計(jì)算能力也是超強(qiáng)，這樣我們就可以實(shí)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(dòng)的模型到與知識(shí)引導(dǎo)相結(jié)合。作為電網(wǎng)來說，還是可以考慮這個(gè)問題的，能源系統(tǒng)可以考慮，基于先進(jìn)傳感、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、深度學(xué)習(xí)、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(guó)新一輪能源革命的核心目標(biāo)，能源轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵步驟。這個(gè)新一代電力系統(tǒng)實(shí)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(duì)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)的實(shí)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(dòng)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(bǔ)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。