2018年3月7-8日，由中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)和國(guó)家自然科學(xué)基金委電工學(xué)科主辦的“第五屆電工學(xué)科青年學(xué)者學(xué)科前沿研討會(huì)”，在福州舉辦，會(huì)議由福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院承辦。

中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)電力科學(xué)研究院名譽(yù)院長(zhǎng)周孝信應(yīng)邀在會(huì)上發(fā)表演講，報(bào)告題目為“能源轉(zhuǎn)型中我國(guó)新一代電力系統(tǒng)的發(fā)展前景”。

經(jīng)我刊編輯征求周院士同意后，特將該報(bào)告整理發(fā)布在本微信號(hào)上，以饗讀者。

一、能源轉(zhuǎn)型與新一代電力系統(tǒng)

習(xí)近平總書記2014年6月在中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第六次會(huì)議上發(fā)表重要講話，提出了推動(dòng)能源消費(fèi)革命、能源供給革命、能源技術(shù)革命、能源體制革命和全方位加強(qiáng)國(guó)際合作等重大戰(zhàn)略思想，為我國(guó)能源發(fā)展改革指明了方向。

以可再生能源逐步替代化石能源，實(shí)現(xiàn)可再生能源等清潔能源在一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)中占更大份額，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，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)。

我國(guó)能源轉(zhuǎn)型的主要指標(biāo)

能源轉(zhuǎn)型中我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)演化趨勢(shì)

基于國(guó)家能源生產(chǎn)和消費(fèi)戰(zhàn)略的能源系統(tǒng)發(fā)展目標(biāo)估算匯總表

電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的主要支撐

我國(guó)三代電力系統(tǒng)(三代電網(wǎng))的發(fā)展及階段特征

基于國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)估算的中長(zhǎng)期能源電力發(fā)展模型示意圖

2017年電力裝機(jī)容量和用電量

我國(guó)(2020-2030-2050)發(fā)電裝機(jī)容量和年發(fā)電量情景模型估算

我國(guó)(2020-2035-2050)發(fā)電裝機(jī)容量和年發(fā)電量情景估算

能源轉(zhuǎn)型中發(fā)電裝機(jī)和電量結(jié)構(gòu)演化趨勢(shì)

二、新一代電力系統(tǒng)的主要技術(shù)特征

新一代電力系統(tǒng)的主要技術(shù)特征是：1）高比例可再生能源電力系統(tǒng)；2）高比例電力電子裝備電力系統(tǒng)；3）多能互補(bǔ)的綜合能源電力系統(tǒng)；4）信息物理融合的智能電力系統(tǒng)。

1）高比例可再生能源電力系統(tǒng)

2017年底,全國(guó)并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)達(dá)到1.6367億kW,太陽能發(fā)電裝機(jī)達(dá)到1.3025億kW。新能源裝機(jī)容量占全國(guó)總量17%。但我國(guó)西部北部省份新能源裝機(jī)占比可達(dá)20-30%以上。

我國(guó)新能源開發(fā)在西北部省份主要采取大規(guī)模集中開發(fā)模式。西部北部省份風(fēng)電開發(fā)占全國(guó)開發(fā)總量80%，太陽能光伏占50%。我國(guó)東部光伏發(fā)電主要采取分布開發(fā)模式。

2016年甘肅省的風(fēng)電和太陽能光伏發(fā)電開發(fā)

大規(guī)模風(fēng)電太陽能發(fā)電接入電網(wǎng)

2）高比例電力電子裝備電力系統(tǒng)

我國(guó)電力系統(tǒng)中直流輸電的快速發(fā)展

2016年我國(guó)的超/特高壓直流輸電工程

柔性直流輸電技術(shù)和直流電網(wǎng)

大量風(fēng)電光伏電力電子變換器接入電網(wǎng)

安徽金寨縣光伏扶貧

江蘇常州孟河5MW農(nóng)光互補(bǔ)

浙江嘉興秀洲光伏小鎮(zhèn)和光伏科創(chuàng)園

高比例電力電子裝備電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性問題

3）多能互補(bǔ)的綜合能源電力系統(tǒng)

面向用戶的綜合能源系統(tǒng)

4）信息物理融合的智能電力系統(tǒng)

三、幾類技術(shù)突破的全局性影響

幾類技術(shù)突破的全局性影響：1）高效低成本太陽能風(fēng)能發(fā)電技術(shù)；2）高效低成本長(zhǎng)壽命儲(chǔ)能技術(shù)；3）高可靠性低損耗電力電子技術(shù)；4）高強(qiáng)度絕緣技術(shù)和超導(dǎo)輸電技術(shù)；5）新一代人工智能技術(shù)。

1）高效低成本太陽能、風(fēng)能發(fā)電和電網(wǎng)友好技術(shù)：其大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用，將有可能顛覆傳統(tǒng)發(fā)電方式，告別化石能源主導(dǎo)電力生產(chǎn)的時(shí)代。

2000年至今，7年來大型地面光伏全生命周期平準(zhǔn)成本（LCOE）下降了85%。美國(guó)能源部（DOE）預(yù)計(jì)光伏發(fā)電成本2030年前降至3美分/kwh。與火電、水電、核電機(jī)組相比，新能源建設(shè)周期短，50MW風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)周期約為幾個(gè)月，MW級(jí)光伏電站建設(shè)周期不到半年，新能源裝機(jī)占比可迅速提高。

2）高效低成本長(zhǎng)壽命儲(chǔ)能技術(shù)：它的規(guī)模化廣泛應(yīng)用，將有可能顛覆傳統(tǒng)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式，開啟全新的電力生產(chǎn)分配新模式。

磷酸鐵鋰電池成本價(jià)2015年約3000元/kwh，2020年預(yù)計(jì)達(dá)到1000元/kwh；2016年鋰離子電池綜合度電成本接近0.65元/kwh，2030年預(yù)計(jì)0.12元/kwh，儲(chǔ)能系統(tǒng)成本的顯著下降將解決新能源發(fā)電波動(dòng)不平衡問題；預(yù)計(jì)到2030年，以鋰空氣電池為代表的超高比能電池，比能量有望達(dá)到8-10kwh/kg（汽油熱值5.94kwh/kg），超高比能儲(chǔ)能技術(shù)將有望改變電網(wǎng)發(fā)/輸/配/用的形態(tài)；儲(chǔ)熱、儲(chǔ)氫技術(shù)的發(fā)展。

3）高可靠性低損耗電力電子技術(shù)：它的推廣應(yīng)用，將推動(dòng)電網(wǎng)中電力電子裝備升級(jí)換代，促進(jìn)新一代直流輸配電網(wǎng)的形成和發(fā)展。

SiC和GaN等寬禁帶電力電子器件的發(fā)展，將推動(dòng)高壓直流輸電和直流電網(wǎng)具有更大容量、更高效率和更高可靠性；以此為基礎(chǔ)的高壓直流斷路器也是直流電網(wǎng)的主要組成部分

采用新型電力電子元件的交流FACTS裝置和交直流能量路由器直接接入電網(wǎng)，具有更高功率體積比和更低損耗，適用于構(gòu)建直流配電網(wǎng)或作為微網(wǎng)功率轉(zhuǎn)換裝置，將給中低壓主動(dòng)配網(wǎng)和微電網(wǎng)帶來革命性變化。

4）高強(qiáng)度絕緣技術(shù)和超導(dǎo)輸電技術(shù)：它們的開發(fā)應(yīng)用將顛覆傳統(tǒng)輸電線路，成就輸配電線路新形態(tài)。

高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高非線性、耐高低溫、耐電痕化等絕緣材料技術(shù)的發(fā)展，可以提高設(shè)備長(zhǎng)期安全性，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備小型化、大容量化，顯著提高電氣設(shè)備的工作性能。

超導(dǎo)輸電將為未來電網(wǎng)提供一種全新的低損耗、大容量、遠(yuǎn)距離直流輸電，以及有可能實(shí)現(xiàn)輸送電力和基于天然氣混合氣體燃料的一體化能源管道。

5）新一代人工智能技術(shù): 探索應(yīng)用于電網(wǎng)的設(shè)備管理、運(yùn)行調(diào)度、市場(chǎng)交易等領(lǐng)域，開啟自主互動(dòng)新模式。

2016年5月，美國(guó)白宮科學(xué)和技術(shù)政策辦公室宣布成立機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)，并編制《國(guó)家人工智能研究和發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃》

人工智能首次超越人類表現(xiàn)的主要里程碑包括：國(guó)際象棋（1997年）、Atari游戲（2013年）、圖像識(shí)別（2015年）、語音識(shí)別（2015年）、圍棋（2016年AlphaGo，2017年AlphaGoZero自我強(qiáng)化學(xué)習(xí)）；2017年年7月我國(guó)發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出2020、2025、2050三步走的戰(zhàn)略。

在智能電網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)上，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)和人工智能技術(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，促進(jìn)新一代電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性較傳統(tǒng)系統(tǒng)有大幅度提高。

四、總結(jié)

1）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；

2）電力系統(tǒng)由以化石能源為主向低碳可再生能源為主轉(zhuǎn)型，將對(duì)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)起關(guān)鍵作用；

3）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)；

4）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；

5）幾類技術(shù)的突破有可能對(duì)未來能源電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的發(fā)展形態(tài)、系統(tǒng)整體效率、運(yùn)行控制方式和運(yùn)營(yíng)模式帶來全局性、變革性甚至顛覆性影響。