“全球能源領(lǐng)域正面臨新一輪深刻變革，其中電力的轉(zhuǎn)型升級(jí)是能源變革的核心與關(guān)鍵。”日前，以“能源轉(zhuǎn)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(shù)國(guó)際會(huì)議在廣州召開(kāi)，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)鄭寶森在發(fā)言中指出，推動(dòng)能源發(fā)展清潔化、低碳化、智能化成為世界能源變革轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略方向。

推進(jìn)電力轉(zhuǎn)型升級(jí)，電力行業(yè)任重道遠(yuǎn)。近年來(lái)，我國(guó)電力行業(yè)積極落實(shí)國(guó)家戰(zhàn)略部署，不斷加大科技投入，并聯(lián)合相關(guān)科研院所開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研合作，提升自身科技創(chuàng)新能力和整體技術(shù)水平，孕育出一大批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和世界先進(jìn)水平的科技成果。

如今，以中國(guó)科學(xué)院電工研究所等為代表的科研機(jī)構(gòu)和華南理工大學(xué)等高校正與以國(guó)家電網(wǎng)為首的電力企業(yè)尋求進(jìn)一步深入合作，將更多實(shí)驗(yàn)室里的前沿技術(shù)引入市場(chǎng)。

電力轉(zhuǎn)型新路徑

能源工業(yè)是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力和血脈，無(wú)論發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)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(dāng)前宏觀經(jīng)濟(jì)正面臨著轉(zhuǎn)型升級(jí)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(guó)已經(jīng)成為全球最大的清潔能源生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。來(lái)自國(guó)家能源局發(fā)布的全國(guó)電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2018年9月底，中國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量18.65億千瓦，其中風(fēng)電1.76億千瓦、太陽(yáng)能發(fā)電1.65億千瓦，核電0.39億千瓦，清潔能源總計(jì)7.45億千瓦，占比約40%。

隨著全球新一輪科技革命、產(chǎn)業(yè)革命的加速推進(jìn)，用戶端分布式能源和能源互聯(lián)網(wǎng)的興起，構(gòu)建新一代電力系統(tǒng)成為新時(shí)期的要求。華南理工大學(xué)副校長(zhǎng)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(bǔ)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(shù)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(jié)合、主干電網(wǎng)與局域網(wǎng)和微網(wǎng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)的綜合能源電力發(fā)展新模式。

當(dāng)前，推動(dòng)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型是世界各國(guó)普遍選擇，為此，國(guó)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(zhuǎn)型的重要路徑。鄭寶森表示，在能源轉(zhuǎn)型中，充分而深入的電氣化是關(guān)鍵要素。而再電氣化體現(xiàn)為風(fēng)電、太陽(yáng)能等新能源電力供應(yīng)占一次能源供應(yīng)比重加快提升，化石能源轉(zhuǎn)化為電力的比重進(jìn)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(fèi)更泛在、更深入、更智慧替代化石能源消費(fèi)等。

朱敏還表示，當(dāng)前構(gòu)建美好家園要求低碳產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型是電力工程師面臨的現(xiàn)實(shí)任務(wù)，許多課題、難題和未知的領(lǐng)域都需要研究解決。

層出不窮新技術(shù)

美國(guó)國(guó)家工程院院士、伊利諾伊理工大學(xué)教授Mohammad Shahidehpour認(rèn)為，現(xiàn)代電力系統(tǒng)本質(zhì)上是典型的物理控制系統(tǒng)，其進(jìn)程越來(lái)越依賴于先進(jìn)的信息和通信技術(shù)，用來(lái)管理分散的資源和負(fù)載。其中，先進(jìn)的信息通信技術(shù)將有助于電力系統(tǒng)更加智能化發(fā)展。

中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司副總經(jīng)理劉啟宏談及公司主要技術(shù)進(jìn)展和創(chuàng)新成果表示：“電力系統(tǒng)創(chuàng)新已進(jìn)入新的發(fā)展階段，加強(qiáng)電力系統(tǒng)技術(shù)前沿領(lǐng)域的國(guó)際交流與合作，推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型與電力可持續(xù)發(fā)展是我們共同的選擇。”

近年來(lái)，南方電網(wǎng)已建成全國(guó)首個(gè)風(fēng)光柴儲(chǔ)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(yīng)用變電站巡檢機(jī)器人、全自動(dòng)巡檢大型無(wú)人機(jī)等“機(jī)器代替人”技術(shù)。“未來(lái)，我們還將繼續(xù)推動(dòng)科技創(chuàng)新，構(gòu)建綠色低碳與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展協(xié)同的電力能源系統(tǒng)。”劉啟宏說(shuō)。

頻發(fā)的各種自然災(zāi)害和人為襲擊正威脅著電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，恢復(fù)力已經(jīng)成為電力系統(tǒng)發(fā)展的必然要求。具有恢復(fù)力的電網(wǎng)被稱為“彈性電網(wǎng)”，其以應(yīng)對(duì)小概率—高風(fēng)險(xiǎn)極端事件為目標(biāo)，在事前可以預(yù)防，事中能及時(shí)抵御，事后能夠迅速恢復(fù)。

為此，西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院副教授李更豐團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了應(yīng)對(duì)極端災(zāi)害事件的彈性電力系統(tǒng)研究，并建立了故障模型。在主動(dòng)配電網(wǎng)快速恢復(fù)方面，團(tuán)隊(duì)制定了以快速恢復(fù)為目標(biāo)的微網(wǎng)劃分策略、多微網(wǎng)運(yùn)行策略以及考慮人為攻擊的元件強(qiáng)化策略;在主網(wǎng)層面，團(tuán)隊(duì)提出了三階段恢復(fù)力評(píng)估體系，全面反映電力系統(tǒng)事前、事中、事后的不同響應(yīng)能力。

“‘彈性電網(wǎng)’還面臨著許多技術(shù)上的挑戰(zhàn)。”李更豐指出，配電自動(dòng)化、保護(hù)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(guó)科學(xué)院電工研究所海洋能發(fā)電研究部研究員彭愛(ài)武團(tuán)隊(duì)成功研制了世界上第一臺(tái)點(diǎn)吸收式液態(tài)金屬磁流體波浪能發(fā)電海試樣機(jī)，在南海完成了實(shí)海況測(cè)試。“該技術(shù)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(guān)鍵問(wèn)題，具有高效、緊湊、經(jīng)濟(jì)和快速移動(dòng)的顯著特點(diǎn)。”研究部成員劉保林告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。

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

應(yīng)用市場(chǎng)新嘗試

“液態(tài)金屬磁流體波浪能發(fā)電機(jī)雖然已經(jīng)過(guò)海上試驗(yàn)，但投入市場(chǎng)應(yīng)用還有不少工作需要做。”劉保林指出，一是可靠性問(wèn)題，目前的試驗(yàn)樣機(jī)沒(méi)有考慮復(fù)雜的海洋環(huán)境，團(tuán)隊(duì)正努力提高產(chǎn)品的可靠性，尤其是解決臺(tái)風(fēng)下的生存能力;二是技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，團(tuán)隊(duì)將通過(guò)技術(shù)改進(jìn)延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命，降低成本，提高產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性以更好地面對(duì)市場(chǎng)。

每年的電力系統(tǒng)技術(shù)國(guó)際會(huì)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(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，也搭建了一個(gè)精誠(chéng)合作的平臺(tái)，讓更多電力領(lǐng)域的科研成果可以早日投入應(yīng)用市場(chǎng)。

11月24日，南方電網(wǎng)建設(shè)的世界首個(gè)千米深井接地極驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)束，經(jīng)過(guò)全方位測(cè)試，對(duì)比分析各項(xiàng)性能參數(shù)，試驗(yàn)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(lái)擴(kuò)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(xué)研究院董事長(zhǎng)饒宏說(shuō)，“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(yùn)行方式。”

饒宏表示，南方電網(wǎng)世界首個(gè)千米深井接地極驗(yàn)證試驗(yàn)，有效檢驗(yàn)了工程設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量，更實(shí)現(xiàn)了技術(shù)工程應(yīng)用的轉(zhuǎn)化，為后續(xù)直流工程設(shè)計(jì)提供了一種新的技術(shù)方案。此外，團(tuán)隊(duì)還研發(fā)出一套光纖在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下電氣設(shè)備周邊的溫度變化，有效解決測(cè)溫光纜的密封問(wèn)題并實(shí)時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控，保障設(shè)備運(yùn)行安全。

傳統(tǒng)電網(wǎng)以交流電為主導(dǎo)，但未來(lái)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(shù)上需要進(jìn)行升級(jí)，這給電力行業(yè)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，南方電網(wǎng)率先作出了嘗試。