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中科院院士院士周孝信：能源轉型中我國新一代電力系統技術發展趨勢

2017-12-01 14:30:23 電力頭條APP　點擊量：評論 (0)

2017城市能源互聯網發展（北京）論壇暨能源互聯網示范項目建設與合作研討會于2017年12月1日在北京裕龍國際酒店一層宴會廳舉辦。主題報告環節主持人：中關村能源互聯網產業技術聯盟秘書長王百升主題報告演講者：

2017城市能源互聯網發展（北京）論壇暨能源互聯網示范項目建設與合作研討會于2017年12月1日在北京裕龍國際酒店一層宴會廳舉辦。

主題報告環節主持人：中關村能源互聯網產業技術聯盟秘書長王百升

主題報告演講者：中科院院士院士周孝信

演講主題：能源轉型中我國新一代電力系統技術發展趨勢

下面為您帶來周孝信院士的精彩演講

周孝信：

我今天題目叫做“能源轉型中我國新一代電力系統技術發展趨勢”。主要內容有幾個：

第一，能源轉型與電力系統轉型。搞了一輩子電力系統，電力系統要不要轉型。

我國能源轉型與革命的目標。習總書記2014年提出了能源發展戰略思想，從那時候開始，給我們指明了方向。

我個人理解，以可再生能源逐步替代化石能源，實現可再生能源，清潔、低碳、高效能源體系，在一次能源生產和消費中占更大份額。它是新一代的能源系統，是我們能源革命核心目標。

能源轉型主要指標在我們國家發改委和能源局，他們在去年發布的一些規劃和戰略里面，2020年一次能源消費總量是50億噸標準煤，非化石能源占一次能源消費15%以上。電力也有相應的目標，在“十三五”里提出來。

2030年，能源消費革命的戰略進一步的明確這樣一個思路。特別提到2030年初步構建現在的能源體系，還有很重要特征，非化石能源發電量在2030年，力爭達到50%，2050年非化石能源占比超過一半，要建成這樣一個現代能源體系，就是清潔低碳安全高效這樣一個體系。

關于一次能源的消費，消費結構情況，這個現在看來有不同的一些想法，一個情景一一個情景二，整個一次能源消費里面到2050，煤占20%，油氣占30%，非化石能源占50%。煤占得比較多，2050年，煤占40%，油氣30%和化石能源30%，這個戰略和國家戰略不符。

2050年的情況還比較遠，2030年，大家一件基本上是一致的。

能源轉型過程里邊，我們電力系統起什么樣的作用？剛才講非化石能源在一次能源消費中占比，比重，這個指標是非常核心的指標。指標要依靠什么來完成？事實上是依靠電力系統發電來完成，什么發電？非化石能源發電完成，占比要占整個非化石能源90%以上，主要是水電、核電、太陽能發電、風電、生物質這些加起來。要想實現國家能源轉型目標，電力系統首先要轉型。

我們用一個很簡單的模型做的計算，基于國家能源發展戰略目標來估算電力怎么辦。算下來的情況，就是這張圖。2020年的情況，2030年和2050年的情況。2020年，戰略聯盟，提出能源消費總量是50億噸標煤，非化石能源占比按15%，人均用電按5千度，非化石能源的電量占比34.5%，這些完全可以實現。

2030年的情況，能源消費60億噸標煤，非化石能源占比20%，人均年用電量按6千度算。算的結果，裝機容量要到27億千瓦/時，非化石能源發電量占比接近50%，剛才提到那個指標，戰略報告里邊提出要50%，我這算下來48%，也都差不多50%。

2050年的情況，人均消費總量還要降低，按55億噸標煤，我們很大提高能源利用效率，效率增長使能源消費總量可以降低，我們最近做過一些分析，認為完全是沒問題的。非化石能源占比25%，人均用電量按9千度算。裝機容量到50億千瓦。還有非化石能源電量占比，占78%，扣除核電10%，剩下70%左右是由可再生能源來提供的，包括水、電、風電、太陽能。要想達到我們國家的戰略目標，就必須這樣做。2050年這樣一個情況，高比例可再生能源能不能在電力系統里運行，我們最近也做了研究，模擬往下算，應該是可以的，但是條件是什么？需要更多的儲能，網間的傳輸線路要加強，另外我們發電資源靈活性要更高，包括火電。在這樣的情況下是可以運行的。我們也有個數，今天沒有說，因為報告還沒出來。

這是剛才算的結果，做的一個趨勢。能源轉型和電力系統轉型，從國家標來看我們電力系統必須轉型。

第二，新一代電力系統及其主要技術特征。

哪幾個技術特征，歸納四條。一條，高比例可再生能源，電力系統里面將來是高比例再生能源，發電量要達到70%，裝機容量就更高了。第二，高比例的電力電子裝備，這是和可再生能源相關，西部清潔能源東輸，直流輸電。第三，多能互補的綜合能源電力系統，以電力系統為中心，多種能源協調、互補，提高能源利用效率。第四，信息物理融合的智能電力系統，在智能電網的基礎上擴充，所謂深度融合比原來那個想法可能更進一步。

什么叫新一代電力系統？在幾年前我曾提出三代電網，第三代電網是新情況下，電力系統發展和原來是不一樣的，和上個世紀前50年，小機組小電壓的情況，和后幾十年大機組超高壓的情況不一樣，化石能源講日漸枯竭，環境要求越來越高，全球氣候變化等等原因，第二代電力系統，依靠大電網超高壓，不可持續的模式，要轉型，轉為第三代電力系統，可再生能源和清潔能源發電為主，骨干電源分布式電源結合，主干電網和局域網結合。一句話，基于可再生能源和清潔能源可持續發展綜合能源電力發展的模式。

高比例可再生能源系統，實際上目前西部、北部一些省份是高比例了，像新疆已經超過了35%，像甘肅，41%，這些都是比較高的。即便是內地的省份，它的比例不高，但是絕對值也是很大，像山東、江蘇這些。看未來情況，這個比例還要高，未來的方向，從技術來看一定是高比例，可再生能源系統，帶來一些問題。包括未來還要繼續發展，風電成本逐步降低，光伏成本逐步降低等等還有光熱發電，當然也面臨系統著大挑戰，在西部面臨可再生能源進入弱電網的挑戰，還有棄風棄光這些技術問題，我們希望通過技術問題解決，重要的還是體制問題。

第二個，高比例電力電子裝備。首先我看直流輸電。右邊這張圖，把特高壓直流發電放在這個圖上，這個都有數據，不細說了。這個發展還是很大很快，有一些工程在建設之中。還有新發展，柔性直流輸電。它有很多的優點，傳統的直流輸電遇到一些困擾，比如換相失敗等等問題，柔性直流輸電，通過新一代的輸電，已經在一些地方做一些示范的工程，而且現在正在對于一個張北到北京四端柔性直流輸電工程，也算示范工程，核準開始建設，據說是很快。

大電網，像風能、太陽能、光伏接入電網都是里邊變流器接入。

高比例電力電子裝備電力系統的運行穩定性問題，還有慣性減小，傳統電力系統中等干擾不怕，因為有慣性，發電機的轉子，里邊儲存的能量可以對系統頻率擾動抑制變化，接入電網都是變流器逆變器，使整個慣性大大減小，對我們是很大的挑戰，現在正在想辦法解決。包括逆變器、變流器里邊能不能加以控制，和儲能配合。

第三個特點，多能互補的綜合能源電力系統。

我們分成兩類，一個是源端基地綜合能源電力系統，我們國家從可再生能源發展，最豐富的資源還是在我們國家西部，從未來2050年發展，我們需要幾十億千瓦的風能、太陽能，純粹依靠東部的分布式發展還是不行不夠，還是要在西部大規模的發展，發展，你就得當地怎么把它利用起來，一部分輸送出來。這個就是搞一個綜合能源系統。首先西部可再生能源包括一部分常規的能源，把它互聯起來，相互補充，實現多能互補，中東部的輸電，很大程度上提高東部線路上的利用率。另外一個，我就地利用，這個事以后做？為什么？我們沒有那么多能力，把幾十億千瓦的電往東送，是不可能的，我們做了一個簡單的分析，幾年前，西電東送到底你有多大的可能性？你送多大的容量就差不多了，我們是4.5到5.5億千瓦，目前是多少？目前1.7億，我們十三五是2.7億，在西部還是要就地轉化，轉化成不同能量的形式，保證儲能、氫能，還有金屬空氣電池等等，多種多樣的辦法，我認為是必須的。儲能我們眼界要寬一點，還要考慮別的，我們國家能源確實需要西部的能源往東部輸送，純輸電是做不到的，我們做電力系統，不要把這些都壓到電力系統身上，它做不完。

還有一個，終端消費綜合能源消費系統。這個大家都很清楚，用戶的多能互補，包括區域、城市、園區等等，熱電能聯產，多種能源的互補，最大的好處能源利用效率可以大幅度提供。

第四，信息物理融合智能電力系統。

智能電網基礎上，我們進一步到能源互聯網，這個能源互聯網，核心的意思是三個層次，一個是以電力系統核心和紐帶，多種能源互補互聯互通的能源網，我認為能源互聯網首先是一個能源網不是單純的信息網。通過多能互補，大幅提高能源綜合利用效率。第二點，能源系統與互聯網技術深度融合的信息物理系統。這兩方面的含義，一個以互聯網思維和技術改造傳統電力系統。電力系統的思維是垂直，我發電你用電，現在看來需要互聯網這個思維，要辨別，以用戶為中心，它也可以提供一部分能源等等，供能單位還要為它創造價值。這個是改造電力系統，廣泛應用物聯網、云計算、大數據，大幅提升能源電力系統的靈活性、適應性、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，助力能源轉型。我們電力要學習互聯網的做法，另外互聯網也要學習我們，早期互聯網就是學習電力系統，電力系統能做到的事它做不到，十幾年前，你們電力系統太好了，電機插電就有了，我們不行，我們不能一插計算能力就有了，分析信息就來了，現在都可以做到，所以我覺得這兩種網一個信息網一個是我們的電力網、能源網，相互之間深度融合，首先是理念深度融合，完了是技術深度融合。第三，以用戶為中心能源電力運營商業模式和業務業態，向用戶提供便捷互動的能源、電力綜合服務，助力能源市場化和相關產業發展，提高人民生活質量。

下面幾類技術突破和全局性影響，我把它歸結五條。

第一，高效低成本太陽能風能發電技術。真是說達到這樣一個高比例的水平，你的成本必須降低，而且效率要提高。現在看來還達不到這點，這些年進步非常快，特別是太陽能發電進步非常快，真正說實現我們最后的目標，實現轉型必須要做到。

有重點突破的技術，一個是光伏電池要提高效率，現在實驗室做效率可以很高，工業化的生產還實現不了，聽說是20%不到的水平。

第二，寬禁帶半導體電力電子器件。現在半導體比較脆弱，電力電子比較脆弱，一個是體積也大，頻率高，效率損害就比較大，波載能力也比較低，怎么辦？要新一代的電力電子，就是寬禁帶半導體的電力電子器件。但是難度也很大，但是我覺得，也是必須突破的。

第三，儲能技術。我們在現有的儲能、儲電技術進步基礎上要進一步的發展，而且擴展我們的儲能的視野，不僅僅儲電還有儲熱還有儲別的，儲金屬。使我們的儲能在未來電力系統中發揮一個非常關鍵的作用，沒有它是不行的，這個技術上還要進一步突破。

第四，先進輸電線路技術。大家去過西北沒有，河西走廊，最窄的地方十幾公里寬，那里邊密集排列了西能東輸各種各樣的線，包括高壓輸電線包括輸油管道、輸氣管道都在那兒過，將來大量西電東送，我走廊是不夠的，怎么辦？想辦法，技術突破，一個突破高強度低成本絕緣技術，使我們的線路，不一定用架通線，我們底下走電纜，成本要低、強度要高，這是有可能做到的。還有一個，我們用超導輸電。最近有一個項目要進行研究，就是管道又輸電又輸燃料，每鋼人超導輸電管子里邊也輸氫，也是一個輸能管道。電壓是直流輸電，里邊還送一部分氫氣，液態氫。當然這僅僅是一個設想，十幾年前，我把它圖拿來，但現在這么多年沒有進展。現在超導技術也有進步，我們很有想法，也是專家幾年前提出來，我這管道不要通氫氣，可不可以直接通液化天然氣，它的溫度是110度K，溫度比較高，這么高的溫度，超導材料還沒做到這么高，高溫超導沒高這程度，現在是93K五，我如果把超導天然氣液化溫度降到這樣一個范圍，提了25度到90K，這個時候兩個就配起來，又能輸液化天然氣混合氣體又能輸電，這是最近發布的重點專項，《行動指南》里有，這是前幾年專家提出來的設想，如果能實現當然非常好，目前還是一個理念能不能實現的問題，能實現成本到底怎么樣，是下一步的問題。

第五，人工智能。人工智能大家談得很多也很關注。到底會起什么作用？工業部門、電力系統、能源部門起什么作用，這個還是要繼續探討，電科院準備做這個工作，在準備進行研討了。但是這個事要關注。首先要做大數據，大數據分析。話說大數據，數據從哪兒里，曾嶸教授講的，芯片，就是傳感通信兩功能都有，價格很便宜，叫做無所不在的傳感器，把我們裝備信息全部收集起來，也不耗能，或者耗能耗得很少，又很便宜，這樣的話大數據就有基礎了，就叫物聯網。還有深度學習，神經網絡，這都是反應。最近一個新發展，叫阿爾法狗 Zero，不需要你這些經驗，都可以自主來學習，進步，這些東西不太好說，我們能不能用，不能知道，但是這些事大家要關注。

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，實現這一目標的關鍵作用。

電力系統以化石能源為主向低半可再生能源轉型，將對能源轉型目標的實現起關鍵作用。

第三代電力系統100多年來第一第二電力系統的傳承和發展，是推動能源轉型發展、構成新一代能源核心系統的電力系統。

高比例可再生能源、高比例電力電子裝備，以及信息物理深度融合智能化是新一代的顯著技術。

幾類技術的突破有可能對未來能源電力系統的發展帶來全局性、變革性甚至顛覆性的影響。謝謝大家！

（發言為現場速記整理，未經本人審核）