為廣泛探討新能源革命背景下我國電網(wǎng)發(fā)展面臨的各種挑戰(zhàn)，展望未來電網(wǎng)模式和發(fā)展趨勢，探究影響電網(wǎng)發(fā)展的關鍵因素和科學問題，評價新技術在電網(wǎng)發(fā)展中的應用前景并通過不同學科、專業(yè)的交叉融合引導深層次的電網(wǎng)科技創(chuàng)新，推動相關的學科發(fā)展，香山科學會議于2012年9月27日~29日在北京召開了以“未來電網(wǎng)及電網(wǎng)技術發(fā)展預測和對策”為主題的第436次學術討論會。
會議聘請中國電力科學研究院周孝信院士、華中科技大學程時杰院士、中國電力科學研究院郭劍波教授、清華大學梁曦東教授、中科院電工所肖立業(yè)研究員擔任會議執(zhí)行主席。周孝信院士作了題為“未來電網(wǎng)和電網(wǎng)技術的發(fā)展前景”的主題評述報告。來自國內20多個單位的40余名專家學者圍繞未來電網(wǎng)模式、新型輸電方式、超導和先進儲能技術以及新型材料、器件和輸變電設備等中心議題進行了深入討論。
與會專家首先聽取中國電力科學研究院周孝信院士作的題為“未來電網(wǎng)和電網(wǎng)技術的發(fā)展前景”的主題評述報告，并對一些熱點問題展開討論。專家們首先對我國2050年預計人均年用電量8000千瓦時這個指標開展熱烈討論。華北電力大學劉吉臻教授提出要從根本上改變生活習慣和消費觀點，采用一種更加節(jié)能環(huán)保的生活模式，人均用電量應當控制下來，從而遠小于這個數(shù)值。武漢大學孫元章教授、湖南大學曹一家教授附議這個觀點。另外一些專家認為這個指標是合理的，甚至還可以更高一點。中國電力科學研究院郭劍波教授指出，根據(jù)多年的電力規(guī)劃經(jīng)驗，我國“補課式”消費會促使人均用電量大幅度提高，甚至不用到2050年就會突破8000千瓦時。中國電力科學研究院李柏青教授、中科院電工所肖立業(yè)研究員附議這個觀點。
大家一致認為，人均用電量指標應聯(lián)合社會科學專家和電力專家進行深入研究。第二個熱點問題是關于煤電和可再生能源發(fā)展比例。中科院電工所嚴陸光院士認為，40%的煤電比例可行性不高，風電、光電、核電的未來發(fā)展可能比預期要緩慢，因此煤電比例應該考慮為50%甚至60%更實際。第三個熱點是關于輸電規(guī)模問題。華北電力大學崔翔教授概算指出，7.1億千瓦的輸電容量，按現(xiàn)有輸電技術來估算，需要100多條輸電通道，但資源環(huán)境的限制使得建設如此多的輸電通道是不可能的，因此必須有一個調整發(fā)展規(guī)模、改變發(fā)展模式和尋求新技術革命的過程。
一、未來電網(wǎng)模式和電力系統(tǒng)
中國電力科學研究院湯涌教授在題為“未來中國電網(wǎng)模式的分析與展望”的中心議題評述報告中指出，影響電網(wǎng)發(fā)展模式的主要因素包括電力流格局和電網(wǎng)技術兩個方面。他提出了我國未來電網(wǎng)的發(fā)展模式，給出了2020年的電網(wǎng)場景，以及2020～2030年、2030～2050年的電網(wǎng)發(fā)展模式預測。
郭劍波教授在題為“超/特高壓交直流輸電系統(tǒng)”的報告中分析了我國電力發(fā)展現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)，提出未來大容量遠距離輸電技術的科學問題并建議開展合理的電源結構配比及前瞻性的送/受端電網(wǎng)規(guī)劃研究工作；研究超大規(guī)模交直流混聯(lián)電網(wǎng)深入的機理研究和分析方法；研究跨大區(qū)、強交互影響、分層分區(qū)、安全可靠、協(xié)調優(yōu)化控制。肖立業(yè)研究員在題為“構建統(tǒng)一的新能源電網(wǎng)”的報告中指出，可再生能源具有時間、空間、資源、源—荷互補特性，未來電網(wǎng)的變革態(tài)勢是從交流模式到直流模式。他提出了我國未來多層次直流環(huán)形電網(wǎng)的構想。國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院湯廣福研究員在題為“多端直流輸電和直流電網(wǎng)技術”的報告中指出，基于現(xiàn)代直流輸電技術的多端直流輸電和直流電網(wǎng)將成為解決這些問題的有效技術手段之一。
討論中，嚴陸光教授指出，直流電網(wǎng)的概念是不夠準確的，直流輸電網(wǎng)可行但直流配網(wǎng)是否可行要研究。湯涌教授提出要結合需求、考慮技術發(fā)展，進一步研究建設直流電網(wǎng)的必要性。郭劍波教授認為，我國的直流輸電已經(jīng)占據(jù)國際主要地位，一方面交直流交互影響問題突出，但另一方面直流的協(xié)調控制對交流電網(wǎng)的穩(wěn)定是有好處的。華南理工大學吳青華教授認為，應該更深入電力系統(tǒng)的本源來研究問題，不要簡單斷言直流或交流的發(fā)展模式。清華大學梁曦東教授認為，應該更多關注如何由現(xiàn)狀過渡到未來電網(wǎng)的過程，而不是僅僅關注最后的場景。李柏青教授認為，目前直流電網(wǎng)的認識還不夠清晰，需要梳理其技術邏輯。東北電力大學穆鋼教授指出，我國電網(wǎng)的發(fā)展長期是以搭積木的模式滾動建設的，會不會存在數(shù)學上的“沙堆模型”的臨界點，值得深入研究。上海交通大學程浩忠教授指出，在分析未來電網(wǎng)模式問題時，一定要充分考慮技術經(jīng)濟綜合分析。孫元章教授提出要建立一套指標體系來評價電網(wǎng)模式，從而有利于電網(wǎng)模式的優(yōu)化發(fā)展。
二、新型輸電方式和輸電技術
梁曦東教授在題為“新型輸電方式與輸電線路”的中心議題評述報告中指出，在未來二三十年內架空線路由于其綜合性價比優(yōu)勢，仍將是輸電的主要方式。
崔翔教授在題為“輸電線路的電磁環(huán)境”的報告中，分析了以架空線路為載體的開放式輸電線路對人類及其他人造物理系統(tǒng)帶來的電磁環(huán)境問題。清華大學周遠翔教授在題為“未來電網(wǎng)中的大容量電纜輸電與氣體絕緣管道輸電”的報告中，介紹了大容量電纜輸電與氣體絕緣管道輸電的技術特點和應用場合，提出了未來混合模式輸電網(wǎng)絡模式構想。華中科技大學文勁宇教授在題為“無線能量傳輸技術及其應用”的報告中指出，電力中繼衛(wèi)星是一種解決遠距離傳輸?shù)男录夹g。
討論中，吳青華教授指出，應該鼓勵輸電技術相關的基礎研究并加大支持。周孝信教授指出，未來架空線研究中的關鍵問題就是降損。嚴陸光教授認為，輸電線路的電暈問題需要更透徹的研究。李柏青教授建議，明確無線能量傳輸?shù)募夹g需求，在輸電方式有關導線研究中加入對電力系統(tǒng)影響因素的考慮。郭劍波教授強調，要關注電纜劣化和失效的判斷、預報及評價指標研究。
三、超導和先進儲能技術
中科院電工所林良真研究員在題為“超導電力技術及其發(fā)展前景”的中心議題評述報告中指出，超導電力技術是電力工業(yè)的高技術儲備，超導電力技術在應對未來電網(wǎng)的重大挑戰(zhàn)方面將發(fā)揮重大或不可替代的作用。華中科技大學程時杰院士在題為“未來電力系統(tǒng)中的儲能技術”的中心議題評述報告中給出了儲能技術的定義并指出，儲能技術在電力系統(tǒng)中的廣泛應用將在發(fā)、輸、配、用電的各個環(huán)節(jié)對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)帶來根本性影響。
嚴陸光教授在題為“關于發(fā)展高溫超導輸電的建議”的報告中強調，大力促進高溫超導輸電技術的研究和應用，并建議在國家層面快速推動高溫超導輸電的實際應用和商業(yè)化發(fā)展。上海電纜所魏東研究員在題為“商業(yè)化超導電纜的研制”的報告中，對超導電纜商業(yè)化的若干問題進行了探討。中國電力科學研究院來小康教授在題為“儲能技術現(xiàn)狀與發(fā)展方向”的報告中介紹了儲能技術的發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢，指出儲能技術可使間歇性的、低密度的可再生能源得以廣泛、有效地利用。中科院工程熱物理所陳海生副研究員在題為“壓縮空氣儲能系統(tǒng)研究進展”的報告中指出，壓縮空氣儲能是一項能夠實現(xiàn)大規(guī)模和長時間電能存儲的成熟儲能技術，是目前大規(guī)模儲能技術的研發(fā)熱點。
討論中，李柏青教授指出，儲能技術和超導技術都要有明確的服務對象和應用場景，才能取得突破和被采用。穆鋼教授認為，很多隱性的儲能手段也需要引起關注。華北電力大學趙書強教授認為，化學儲能裝置因為能量密度低，大規(guī)模使用后需要考慮其后期處理的問題。周孝信教授強調，應認真分析電力系統(tǒng)需要的儲能技術及儲能規(guī)模。
與會專家認為：超導和儲能技術的突破將對電力生產、傳輸和運行各環(huán)節(jié)產生革命性的影響；對于超導和儲能技術，不僅要關注其諸多優(yōu)勢，而且要充分考慮其成本和代價問題；儲能技術可以有多種形式，不僅可以儲電，還可以儲熱、儲氫等，而壓縮空氣儲能則是一個值得關注的方向；超導技術的健康發(fā)展離不開國家戰(zhàn)略的支持，同時也需要商業(yè)化的運作模式。
四、新型材料、器件和輸變電設備
西安交通大學李盛濤教授在題為“新型輸變電設備”的中心議題評述報告中指出，直流輸變電設備的設計制造方法尚不成熟，具有固體絕緣的特高壓干式直流套管和直流電力電纜是技術瓶頸，其關鍵是電氣絕緣。
國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院于坤山教授在題為“新型電力電子材料和器件”的報告中，介紹了國內外廣泛研究的幾種新型電力電子材料的特性和研究進展，介紹了新型功率器件技術的最新進展和未來發(fā)展，分析了材料和器件技術進步對未來電網(wǎng)應用的影響。中科院電工所李耀華研究員在題為“直流電網(wǎng)的新型電力電子裝置”的報告中，分析了未來直流電網(wǎng)應用的幾種新型電力電子裝置的主要關鍵技術及未來發(fā)展趨勢。西安交通大學榮明哲教授在題為“新型高壓直流輸電裝備”的報告中，分析了現(xiàn)有高壓直流開斷技術中存在的關鍵科學問題，強調要通過自主創(chuàng)新解決高壓多端電壓源直流輸電技術推廣中的瓶頸問題。
討論中，湯廣福教授指出，材料技術發(fā)展會對電力系統(tǒng)帶來變革。湯涌教授建議，要關注電力系統(tǒng)發(fā)展中有迫切需求的關鍵器件、設備的研究。上海交通大學程浩忠教授指出，我國的制造業(yè)比較大，但不夠強。材料、設備、器件的技術比較弱，終端系統(tǒng)卻比較強，建議加大研究力度，資助制造業(yè)的發(fā)展。林良真教授建議，要加強絕緣材料在低溫下絕緣機理和絕緣特性的研究。
五、會議總結與專家建議
與會專家經(jīng)過充分討論，對未來電網(wǎng)的發(fā)展形成以下基本共識：
1.20世紀末至本世紀初，伴隨著全球氣候變化加劇和傳統(tǒng)能源日漸枯竭，一場新的能源革命悄然興起。以可再生能源逐步替代化石能源，實現(xiàn)可再生能源和核能等清潔能源在一次能源生產和消費中占更大份額，建立可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng)是這一新能源革命的主要目標。
2.在新能源革命條件下電網(wǎng)的重要性日益突出。電網(wǎng)將成為大規(guī)模新能源電力輸送和分配網(wǎng)絡；與分布式電源、儲能裝置、能源綜合高效利用系統(tǒng)有機融合，成為靈活、高效的智能能源網(wǎng)絡；具有極高的供電可靠性，基本排除大面積停電風險；與信息通信系統(tǒng)廣泛結合，建成能源、電力、信息綜合服務體系。
3.按不同發(fā)展階段的主要技術經(jīng)濟特征，電網(wǎng)可分為三代。未來電網(wǎng)是第三代電網(wǎng)，是一代電網(wǎng)、二代電網(wǎng)在新能源革命條件下的傳承和發(fā)展，支持大規(guī)模新能源電力，大幅降低大電網(wǎng)的安全風險并廣泛融合信息通信技術，是電網(wǎng)的可持續(xù)化、智能化發(fā)展階段。從現(xiàn)在起到2050年將是我國電網(wǎng)由第二代向第三代轉型的過渡期。與電源的轉型相配合，電網(wǎng)發(fā)展的總體趨勢將是國家骨干輸電網(wǎng)與地方輸配電網(wǎng)、微網(wǎng)相結合的發(fā)展模式。
4.在未來相當長時間內我國仍有大容量遠距離輸電的需求。對我國未來（2020～2050年）電力發(fā)展和輸電需求的初步估算結果表明，按未來達到中等發(fā)達國家人均年用電8000千瓦時的水平計算，全國年用電量12萬億千瓦時，按滿負荷下年運行5000小時計，全國發(fā)電等價裝機容量為24億千瓦。若考慮其中煤電占10億千瓦（裝機比例為41.6%），四分之一容量西電東送，再加上西部水電、風電和光電，西電東送的整體規(guī)模依然很大。
5.從現(xiàn)在到2030年我國輸電骨干網(wǎng)仍將基本保持超/特高壓交直流輸電網(wǎng)模式，但在基礎研究和前沿高科技研發(fā)的支持帶動下，將有可能出現(xiàn)新的輸電方式突破。從2030年到2050年的遠期階段，技術發(fā)展的積累和突破有可能對輸電網(wǎng)模式產生革命性的影響。根據(jù)技術突破程度的不同可能有兩種模式：即超/特高壓交直流輸電網(wǎng)模式（延續(xù)目前發(fā)展模式）、多端高壓直流輸電網(wǎng)和超/特高壓交流輸電網(wǎng)的混合模式，后者更依賴于相關先進技術的重大突破、必要性和技術經(jīng)濟的優(yōu)越性。
6.電網(wǎng)發(fā)展模式與電力系統(tǒng)；輸電方式和輸電技術；超導電力技術；電力系統(tǒng)儲能技術；新型電力電子材料、器件和裝備；直流輸電裝備是支撐未來電網(wǎng)發(fā)展的6個關鍵技術領域。上述6個關鍵領域的重大問題和關鍵技術如下：
（1）電網(wǎng)發(fā)展模式與電力系統(tǒng)。未來20～30年我國輸電骨干網(wǎng)仍將基本保持超/特高壓交直流輸電網(wǎng)模式，為適應未來接納大規(guī)?？稍偕茉措娏透鞣N電源大范圍電能傳輸、互補的需求，多端直流輸電和直流輸電網(wǎng)技術將會得到發(fā)展。基于我國大容量遠距離輸電的需求和上述電網(wǎng)技術發(fā)展趨勢的判斷，電網(wǎng)發(fā)展模式與電力系統(tǒng)領域近期必須開展重大關鍵技術研究：包括適應我國能源發(fā)展的電網(wǎng)發(fā)展模式、特征及電網(wǎng)構建的基礎理論與關鍵技術；超大規(guī)模交直流電網(wǎng)結構優(yōu)化的數(shù)學方法和關鍵技術；大規(guī)模新能源與可再生能源接入電網(wǎng)的規(guī)劃與運行控制技術；大規(guī)模交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)的保護與控制技術；基于實時廣域信息的交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術；交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)多尺度精細化建模和先進仿真技術；電網(wǎng)的模式演化及未來直流電網(wǎng)的構造；直流電網(wǎng)的安全穩(wěn)定控制；直流電網(wǎng)協(xié)調調度與優(yōu)化運行，以及數(shù)學和系統(tǒng)科學、最優(yōu)化理論與控制科學、信息與計算科學在電力系統(tǒng)的應用。
（2）輸電方式和輸電技術。該領域的關鍵科學問題主要包括圍繞輸電線路、輸電管道、電纜用的各種電工材料及其組合，在恒定或交變或瞬變的電氣應力、機械應力、溫度梯度作用下的綜合性能研究以及長年的性能穩(wěn)定研究。未來二三十年內，架空輸電線路仍將是各種輸電方式中最主要的方式。架空線路輸電的制約因素主要是輸電走廊、電磁環(huán)境、大氣環(huán)境和可靠性。架空線路智能化監(jiān)測、綜合利用或提升已有走廊輸電能力的技術值得研究。高電壓大容量電纜輸電、尤其是高電壓大容量氣體絕緣管道輸電作為架空線路的補充在解決局部地段輸電走廊瓶頸的問題上有一定優(yōu)勢，值得大力研究。架空線路、電纜和管道輸電的研究應主要集中在各種新型、高性能電工材料及其性能提升和長期穩(wěn)定性方面。
（3）超導電力技術。該領域的關鍵問題主要包括：高性能超導材料的電磁特性及其與多物理場的相互作用機理與規(guī)律；交流高溫超導線圈的穩(wěn)定性及動態(tài)特性；低溫高電壓放電規(guī)律與機理；超導電力應用的新原理與新型拓撲結構；超導電力裝置的動態(tài)特性及其與電網(wǎng)的相互作用機理；超導直流骨干網(wǎng)的結構及其運行特性。超導材料的突破是超導電力技術得以規(guī)?；瘧玫年P鍵，應推動超導材料及相關科學的研究。建議國家持續(xù)支持超導電力的應用基礎和關鍵技術研究、試驗和示范，積極推動有需求、有效益的實際應用。
（4）電力系統(tǒng)儲能。該領域的關鍵問題主要包括：儲能在電力系統(tǒng)中的應用耦合機制及能量管理控制理論，滿足長壽命、低成本、高安全及高效率要求的儲能裝置本體技術。電力系統(tǒng)儲能技術的突破將帶來電力系統(tǒng)的變革，它可提高電網(wǎng)接納可再生能源發(fā)電的能力，提高現(xiàn)有電網(wǎng)設備的利用率和電網(wǎng)運行效率，提高供電可靠性和電能質量。多種儲能方式、載體和規(guī)模在電力系統(tǒng)中都有應用前景。應開展電力系統(tǒng)中儲能應用需求的系統(tǒng)研究，針對當前及未來的突出需求開展基礎研究和關鍵技術攻關，組織先進裝備制造業(yè)、新能源發(fā)電行業(yè)和電力系統(tǒng)開展儲能應用技術的研究和試驗示范。
（5）新型電力電子材料、器件和裝備。該領域的關鍵問題主要包括高性能碳化硅材料、器件理論，尤其是新型器件結構和制備工藝問題；高性能碳化硅功率器件產業(yè)化過程中的長期可靠性問題；基于新型功率器件的新裝置及其應用系統(tǒng)。新型電力電子器件及其裝備是支撐未來電網(wǎng)的關鍵，其中以碳化硅為代表的寬禁帶半導體材料及器件可望大幅度提高未來電力電子裝置的性能；以電壓源型直流輸電裝置等為代表的新型電力電子裝置在電力系統(tǒng)中具有廣泛的應用前景。應組織材料、器件、電力電子裝置、電力系統(tǒng)等學科開展基礎研究和聯(lián)合攻關，取得突破；應盡快開展從新型電力電子材料、器件到裝置的全面基礎性研究，突破材料和器件關鍵工藝和技術、創(chuàng)新電壓源換流裝置拓撲和控制技術，支撐電網(wǎng)技術發(fā)展。
（6）直流輸電裝備。該領域的關鍵問題主要包括：高壓直流絕緣的狀態(tài)表征和絕緣特性演變規(guī)律及新型絕緣材料、直流斷路器的拓撲和短路電流限流機理及標準等?；陔妷涸粗绷鬏旊姡╒SC-HVDC）在可再生能源電力接入電網(wǎng)和分布式電力系統(tǒng)中具有廣泛的應用前景，應著重開展VSC-HVDC中主要電力設備如高壓直流套管、直流電纜、直流斷路器的相關基礎理論研究和聯(lián)合技術攻關。
與會專家建議：為保障國家電力能源安全供應的重大需求，應推動重大電工裝備、電網(wǎng)技術和電工材料的重大專項基礎研究，促進關鍵電力技術的突破及其在電力系統(tǒng)的早日應用。建議近期的研究項目：
1.建議設立“直流輸電裝備和系統(tǒng)相關基礎科學問題研究”國家“973”研究計劃項目，著重解決新型電壓源型直流輸電系統(tǒng)、新型直流斷路器和高壓直流套管、直流電纜等相關重要基礎科學問題，為我國新型電壓源直流輸電系統(tǒng)和新型直流斷路器等的研制與應用打下理論基礎。
2.建議設立“電力系統(tǒng)先進儲能系統(tǒng)的關鍵基礎科學問題研究”國家“973”研究計劃項目，著重解決電力系統(tǒng)（含電動汽車）中急需應用的新型蓄能電池、大規(guī)模壓縮空氣等儲能系統(tǒng)的集成機理與設計優(yōu)化，滿足長壽命、低成本、高安全及高效率要求的儲能裝置本體技術，儲能系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的耦合和集成控制機理與能量管理控制，為儲能系統(tǒng)在可再生能源的大規(guī)模發(fā)展、提高電力系統(tǒng)效率和發(fā)展智能電網(wǎng)等方面發(fā)揮積極作用奠定理論基礎。
