周孝信：我國新一代電力系統的發(fā)展前景

編者按：2018年1月12日，由中國科學(xué)院科技戰略咨詢(xún)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(huì )分布式能源專(zhuān)業(yè)委員會(huì )、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(lái)能源大會(huì )”在北京隆重召開(kāi)。中國科學(xué)院院士、IEEE院士周孝信做了題為《我國新一代電力系統的發(fā)展前景》的主題演講，本文系根據他的發(fā)言進(jìn)行整理，并略有刪節!

各位專(zhuān)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的發(fā)展前景》。

主要內容包括以下幾點(diǎn)：

第一，三代電網(wǎng)與新一代電力系統。

第二，新一代電力系統的主要技術(shù)特征。

第三，幾類(lèi)技術(shù)突破的全局性影響。

第四，總結。

這是我幾年前提出來(lái)的一個(gè)理念。我們縱觀(guān)全世界，電力系統與發(fā)展根據其主要特征，包括技術(shù)特征及其他宏觀(guān)的一些特征，可以分成三個(gè)階段：

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

第二階段，上世紀后50年，實(shí)際上從全世界來(lái)講，是二次大戰以后，電力發(fā)展很快。面對這樣一個(gè)情況，整個(gè)電力系統的發(fā)展從小規模向大規模發(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(diǎn)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，我們有這么大規模的網(wǎng)絡(luò )系統。但實(shí)際上它是不可持續的，因為它主要還是以化石能源為主，包括資源問(wèn)題，包括環(huán)境問(wèn)題，所以被認為是一個(gè)不可持續的發(fā)展模式。

第三階段，新一代電力系統。我們調研的結果，事實(shí)上國外上世紀90年代開(kāi)始有這樣一個(gè)發(fā)展的趨勢，我們國內還是新世紀中葉，應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)份額能達到70-80%。另外還有一個(gè)就是網(wǎng)絡(luò )的問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò )應該是骨干電網(wǎng)和局部電網(wǎng)及微電網(wǎng)的結合，再有就是電源，電源就是主力電源，對中國來(lái)說(shuō)還是要主力，分布式電源要結合。

總的來(lái)說(shuō)，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，在國家宏觀(guān)目標的指引下，宏觀(guān)目標一個(gè)是“十三五”規劃，再一個(gè)就是能源局、發(fā)改委公布的2016-2030年能源生產(chǎn)和消費革命戰略，事實(shí)上它也展望了2050年的情況。根據這些目標，我們算了一下，應該說(shuō)是估算，不是從最底層的需求來(lái)做起，把整個(gè)電力的結構，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(shuō)規劃性能源占能源市場(chǎng)的百分之多少?還有根據人口和人均用電量的數據來(lái)進(jìn)行的推算。

剛才講了能源轉型以及戰略目標，“十三五”規劃提出來(lái)2020年的目標，2016-2030年的戰略。根據模型分析的結果，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(gè)大家再探討。

另外，我們還對電力方面做了一個(gè)分析，比如說(shuō)做了年均用電量，這個(gè)是給定的，這也是“十三五”規劃的是五千度，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2035年是七千度，2050年九千度。非化石能源電量比重2030年應該是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(lái)看。

另外還做了其他的，比如能源系統二氧化碳的排放。算的結果，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?這里都有一些數據，這是供給大家參考的，并不是一個(gè)科學(xué)的、嚴謹的預測。

剛才說(shuō)了總結，從電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，我們覺(jué)得一個(gè)是大規模西電東送，2020年到2.7億千瓦，這么一個(gè)數，未來(lái)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，但是現在還不太好說(shuō)。再一個(gè)是分布式能源的發(fā)展，分布式發(fā)展應該是互為補充、優(yōu)化組合。

新一代電力系統的主要技術(shù)特征，從技術(shù)來(lái)說(shuō)，我們歸納了四個(gè)：

第一，高比例可再生能源電力系統。

第二，高比例電力電子裝備電力系統。這是輸電和配電，不再展開(kāi)。

第三，多能互補的綜合能源電力系統。這里特別注意的是我們用戶(hù)側用電用能要綜合利用，降低能源消費，這是非常重要的一點(diǎn)，電力系統應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。

甘肅現在這個(gè)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(gè)很高了，將來(lái)全國都要這樣，可能比這個(gè)還高，它現在遇到的問(wèn)題是它的電網(wǎng)比較薄弱，當然還有棄風(fēng)、棄光，這個(gè)不多說(shuō)了，這是第一點(diǎn)。

第二個(gè)是電子裝備，我們畫(huà)了一張圖，2016年我國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)設想。

第三個(gè)是多能互補，我們可以將綜合能源系統分成兩部分，一個(gè)叫源端基地綜合能源電力系統區域，我們說(shuō)了希望在區域形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò )。第二個(gè)將來(lái)這么多的可再生能源不能全靠電網(wǎng)來(lái)輸送，還要就地消納，就地轉化，把它變成可儲存、可運輸的一些能量。如果這個(gè)問(wèn)題靠常規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(fēng)能、太陽(yáng)能就是為了轉化。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，我覺(jué)得中國秦嶺淮河以南的冬天非常難過(guò)，我也深有體會(huì )。要解決，怎么解決?我也是覺(jué)得用地熱。我曾經(jīng)在北京郊區問(wèn)零下15度怎么樣?他說(shuō)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(zhuān)委會(huì )能夠加大關(guān)注類(lèi)似這樣的問(wèn)題。

第四就是信息物理融合的智能電力系統，現在又發(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)，是以電力系統為核心和紐帶，多種能源互聯(lián)互通的能源網(wǎng)絡(luò )。通過(guò)多能協(xié)同互補，大幅度提高能源綜合利用效率。我們現在的效率是多少?總的效率只有20%幾，如果這個(gè)能夠提高的話(huà)，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(guò)多能互補大幅度提升效率。

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

第三點(diǎn)，是以用戶(hù)為中心的能源電力運營(yíng)商業(yè)模式和服務(wù)業(yè)態(tài)，向用戶(hù)提供便捷互動(dòng)的能源電力信息綜合平臺。我曾經(jīng)提出來(lái)我們的能源電力如何提供一個(gè)綜合服務(wù)?因為我們的光纖系統很發(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(lái)那是非常高的，當時(shí)我還是體會(huì )不到，但現在我覺(jué)得這個(gè)可以打破。

再來(lái)說(shuō)一下幾類(lèi)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的電力還便宜，而且容易推廣，更接近用戶(hù)，這就是我們未來(lái)可期待的。

2、高效低成本長(cháng)壽命儲能技術(shù)。這個(gè)進(jìn)步也很快，但是總的來(lái)說(shuō)不理想。目前來(lái)說(shuō)電動(dòng)汽車(chē)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(jià)格要便宜，不需要太強的電力動(dòng)能，但是總的來(lái)說(shuō)電動(dòng)汽車(chē)的資源應該充分利用。

再一個(gè)我在這里確實(shí)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(gè)常規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(lái)代替傳統的，難度也確實(shí)很大。

4、高強度絕緣技術(shù)和超導輸電技術(shù)?，F在我們輸電都是架空輸電線(xiàn)，但是輸電也有環(huán)境問(wèn)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(diǎn)的攻關(guān)計劃提出一個(gè)超導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，特別是大數據時(shí)代的人工智能，基于超強的數據獲取能力和計算能力，基于無(wú)所不在的傳感網(wǎng)，計算能力也是超強，這樣我們就可以實(shí)現淺層到深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)。另外從算法來(lái)說(shuō)，從單純依賴(lài)數據驅動(dòng)的模型到與知識引導相結合。作為電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，還是可以考慮這個(gè)問(wèn)題的，能源系統可以考慮，基于先進(jìn)傳感、物聯(lián)網(wǎng)、大數據、云計算、深度學(xué)習、區塊鏈等信息通信、互聯(lián)網(wǎng)化人工智能技術(shù)，應用于電網(wǎng)的智能設備、智能調度、智能交易，有可能顛覆傳統電力系統的設備管理、系統調度、能量管理和交易方式。

最后，建設清潔低碳、安全高效的新一代能源系統是我國新一輪能源革命的核心目標，能源轉型是實(shí)現這一目標的關(guān)鍵步驟。這個(gè)新一代電力系統實(shí)際上是新一代能源系統的核心，電力系統以化石能源為主，向可再生能源為主轉型，將對能源轉型目標的實(shí)現起關(guān)鍵作用。

第三代電力系統是100多年來(lái)第一、二代電力系統的傳承和發(fā)展，是推動(dòng)能源轉型發(fā)展、構成新一代能源系統核心的新一代電力系統。

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)，是新一代電力系統的顯著(zhù)技術(shù)特征。