“全球能源領域正面臨新一輪深刻變革，其中電力的轉型升級是能源變革的核心與關鍵。”日前，以“能源轉型與電力可持續(xù)發(fā)展”為主題的第十一屆電力系統(tǒng)技術國際會議在廣州召開，中國電機工程學會理事長鄭寶森在發(fā)言中指出，推動能源發(fā)展清潔化、低碳化、智能化成為世界能源變革轉型的戰(zhàn)略方向。

推進電力轉型升級，電力行業(yè)任重道遠。近年來，我國電力行業(yè)積極落實國家戰(zhàn)略部署，不斷加大科技投入，并聯(lián)合相關科研院所開展產學研合作，提升自身科技創(chuàng)新能力和整體技術水平，孕育出一大批具有自主知識產權和世界先進水平的科技成果。

如今，以中國科學院電工研究所等為代表的科研機構和華南理工大學等高校正與以國家電網(wǎng)為首的電力企業(yè)尋求進一步深入合作，將更多實驗室里的前沿技術引入市場。

電力轉型新路徑

能源工業(yè)是經(jīng)濟發(fā)展的動力和血脈，無論發(fā)達國家還是發(fā)展中國家都把能源發(fā)展和安全擺在重要的戰(zhàn)略位置。特別是當前宏觀經(jīng)濟正面臨著轉型升級的重大挑戰(zhàn)，建立清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系意義重大。

目前，中國已經(jīng)成為全球最大的清潔能源生產國和消費國。來自國家能源局發(fā)布的全國電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2018年9月底，中國發(fā)電裝機容量18.65億千瓦，其中風電1.76億千瓦、太陽能發(fā)電1.65億千瓦，核電0.39億千瓦，清潔能源總計7.45億千瓦，占比約40%。

隨著全球新一輪科技革命、產業(yè)革命的加速推進，用戶端分布式能源和能源互聯(lián)網(wǎng)的興起，構建新一代電力系統(tǒng)成為新時期的要求。華南理工大學副校長朱敏指出，電力系統(tǒng)中高比例可再生能源、高比例電力電子裝備、多能互補綜合能源、物理信息深度融合的智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)是新一代電力系統(tǒng)的主要技術特征。基于可再生能源和清潔能源、骨干電網(wǎng)與分布式電源相結合、主干電網(wǎng)與局域網(wǎng)和微網(wǎng)結合，實現(xiàn)了可持續(xù)的綜合能源電力發(fā)展新模式。

當前，推動能源清潔低碳轉型是世界各國普遍選擇，為此，國家電網(wǎng)有限公司也將“再電氣化+新一代電力系統(tǒng)”作為電力轉型的重要路徑。鄭寶森表示，在能源轉型中，充分而深入的電氣化是關鍵要素。而再電氣化體現(xiàn)為風電、太陽能等新能源電力供應占一次能源供應比重加快提升，化石能源轉化為電力的比重進一步增加，高效配置清潔能源的智能電網(wǎng)快速發(fā)展，電能消費更泛在、更深入、更智慧替代化石能源消費等。

朱敏還表示，當前構建美好家園要求低碳產業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)能源轉型是電力工程師面臨的現(xiàn)實任務，許多課題、難題和未知的領域都需要研究解決。

層出不窮新技術

美國國家工程院院士、伊利諾伊理工大學教授Mohammad Shahidehpour認為，現(xiàn)代電力系統(tǒng)本質上是典型的物理控制系統(tǒng)，其進程越來越依賴于先進的信息和通信技術，用來管理分散的資源和負載。其中，先進的信息通信技術將有助于電力系統(tǒng)更加智能化發(fā)展。

中國南方電網(wǎng)有限責任公司副總經(jīng)理劉啟宏談及公司主要技術進展和創(chuàng)新成果表示：“電力系統(tǒng)創(chuàng)新已進入新的發(fā)展階段，加強電力系統(tǒng)技術前沿領域的國際交流與合作，推動能源轉型與電力可持續(xù)發(fā)展是我們共同的選擇。”

近年來，南方電網(wǎng)已建成全國首個風光柴儲中壓海島智能微電網(wǎng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧用電能源綜合示范小區(qū)，成功研制和推廣應用變電站巡檢機器人、全自動巡檢大型無人機等“機器代替人”技術。“未來，我們還將繼續(xù)推動科技創(chuàng)新，構建綠色低碳與經(jīng)濟社會發(fā)展協(xié)同的電力能源系統(tǒng)。”劉啟宏說。

頻發(fā)的各種自然災害和人為襲擊正威脅著電力系統(tǒng)的安全可靠運行，恢復力已經(jīng)成為電力系統(tǒng)發(fā)展的必然要求。具有恢復力的電網(wǎng)被稱為“彈性電網(wǎng)”，其以應對小概率—高風險極端事件為目標，在事前可以預防，事中能及時抵御，事后能夠迅速恢復。

為此，西安交通大學電氣工程學院副教授李更豐團隊開展了應對極端災害事件的彈性電力系統(tǒng)研究，并建立了故障模型。在主動配電網(wǎng)快速恢復方面，團隊制定了以快速恢復為目標的微網(wǎng)劃分策略、多微網(wǎng)運行策略以及考慮人為攻擊的元件強化策略;在主網(wǎng)層面，團隊提出了三階段恢復力評估體系，全面反映電力系統(tǒng)事前、事中、事后的不同響應能力。

“‘彈性電網(wǎng)’還面臨著許多技術上的挑戰(zhàn)。”李更豐指出，配電自動化、保護系統(tǒng)的更新、極端事件下穩(wěn)定的控制與通信系統(tǒng)等都有待提升。

2018年，中國科學院電工研究所海洋能發(fā)電研究部研究員彭愛武團隊成功研制了世界上第一臺點吸收式液態(tài)金屬磁流體波浪能發(fā)電海試樣機，在南海完成了實海況測試。“該技術解決了傳統(tǒng)波浪能發(fā)電系統(tǒng)中波浪和發(fā)電系統(tǒng)阻抗特性不匹配的關鍵問題，具有高效、緊湊、經(jīng)濟和快速移動的顯著特點。”研究部成員劉保林告訴《中國科學報》記者。

不難發(fā)現(xiàn)，電力企業(yè)在努力開拓新技術，相關高校和科研院所也在以自己的方式破解電力技術難題，而市場則是技術最好的“檢測場”。

應用市場新嘗試

“液態(tài)金屬磁流體波浪能發(fā)電機雖然已經(jīng)過海上試驗，但投入市場應用還有不少工作需要做。”劉保林指出，一是可靠性問題，目前的試驗樣機沒有考慮復雜的海洋環(huán)境，團隊正努力提高產品的可靠性，尤其是解決臺風下的生存能力;二是技術經(jīng)濟性，團隊將通過技術改進延長產品的使用壽命，降低成本，提高產品的技術經(jīng)濟性以更好地面對市場。

每年的電力系統(tǒng)技術國際會議不僅為廣大電力科技工作者提供了與全球工程師交流學習的機會，也搭建了一個精誠合作的平臺，讓更多電力領域的科研成果可以早日投入應用市場。

11月24日，南方電網(wǎng)建設的世界首個千米深井接地極驗證試驗結束，經(jīng)過全方位測試，對比分析各項性能參數(shù)，試驗正式宣布成功。

“接地極是直流輸電系統(tǒng)的重要組成部分，在特定方式下系統(tǒng)需要將大地作為回路來擴散電流，而接地極則是電流輸入大地的通道。傳統(tǒng)的接地極一般采用水平布置，占地接近一平方公里。”南方電網(wǎng)科學研究院董事長饒宏說，“我們把水平接地極變成垂直的，向地下深入千米，既可以大規(guī)模節(jié)約土地資源，又能提供更為安全可靠、環(huán)境友好的運行方式。”

饒宏表示，南方電網(wǎng)世界首個千米深井接地極驗證試驗，有效檢驗了工程設計與施工質量，更實現(xiàn)了技術工程應用的轉化，為后續(xù)直流工程設計提供了一種新的技術方案。此外，團隊還研發(fā)出一套光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測井下電氣設備周邊的溫度變化，有效解決測溫光纜的密封問題并實時對溫度進行監(jiān)控，保障設備運行安全。

傳統(tǒng)電網(wǎng)以交流電為主導，但未來需要接受直流、高頻等不同物理形態(tài)的電流，為此，電網(wǎng)從技術上需要進行升級，這給電力行業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)，南方電網(wǎng)率先作出了嘗試。