能源開發(fā)與高效利用、電網(wǎng)安全與輸變電技術(shù)、電工新技術(shù)與未來電網(wǎng)，每個關(guān)鍵詞都緊扣能源電力行業(yè)未來發(fā)展脈搏。這些關(guān)鍵詞出自第四屆中國電力發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新院士論壇的三場分論壇，論壇的主旨報告“構(gòu)建新一代能源系統(tǒng)的設(shè)想”由中國電科院名譽(yù)院長、中國科學(xué)院院士周孝信帶來。中國科學(xué)院、中國的20名院士匯集于此，用頂尖智慧探討未來能源利用技術(shù)的各種可能性。
未來電網(wǎng)：靈活智能、與互聯(lián)網(wǎng)融合
電網(wǎng)作為未來重要的能源傳輸渠道，具備怎樣的特性才能適應(yīng)各種新能源發(fā)展和日益多樣的用能需求?
中國科學(xué)院院士盧強(qiáng)和中國院士鄭健超分別從微電網(wǎng)和大電網(wǎng)整體兩個方面提出了未來電網(wǎng)智能化的研究方向。
盧強(qiáng)認(rèn)為，建立智能微電網(wǎng)群將使電網(wǎng)的靈活性大幅提升。他表示，未來電網(wǎng)將是大電網(wǎng)與微電網(wǎng)的結(jié)合體，即超大型骨干網(wǎng)架和分布式微電網(wǎng)的結(jié)合體。大電網(wǎng)的堅強(qiáng)架構(gòu)是微電網(wǎng)發(fā)展的前提條件。而微電網(wǎng)具有污染物零排放、接納清潔能源、超強(qiáng)調(diào)節(jié)能力的特征，恰好為大電網(wǎng)提供補(bǔ)充。
而微電網(wǎng)要想更好地與大電網(wǎng)融合，解決接入問題非常重要。因此他提出了智能微電網(wǎng)群的概念。智能微電網(wǎng)群能自動實現(xiàn)發(fā)電、儲電、自用電以及與外部配電網(wǎng)交互電量的趨優(yōu)化控制，優(yōu)化微電網(wǎng)內(nèi)部的保護(hù)系統(tǒng)，與此同時，控制系統(tǒng)還能實現(xiàn)微電網(wǎng)與外部配電網(wǎng)“并網(wǎng)”與“離網(wǎng)”的干擾極小化。
鄭健超對未來電網(wǎng)的特征描述是：抵抗自然災(zāi)害和防止人工失誤的能力將大幅增強(qiáng);占地面積將變得更小，造價更低更具有競爭力，對環(huán)境的影響也將降低到公眾可接受的程度;更加靈活，允許更多的可再生能源輕松接入，適應(yīng)更多的運(yùn)行方式與用戶需求，并將電力轉(zhuǎn)換效率與資源利用效率大化幾方面特征。
鄭健超認(rèn)為未來電網(wǎng)發(fā)展趨勢是現(xiàn)代電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的融合。從技術(shù)的角度講，是現(xiàn)代電網(wǎng)技術(shù)與現(xiàn)代信息通信技術(shù)的融合、高電壓技術(shù)與微電子技術(shù)的融合。比如交流和直流技術(shù)的融合將兩種輸電方式的優(yōu)缺點進(jìn)行互補(bǔ)，智能化的無線傳感器將為未來電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集提供極大便利，還有換流器和傳統(tǒng)變壓器技術(shù)融合產(chǎn)生的固態(tài)智能電力變壓器，傳輸功率密度比常規(guī)變壓器大2個數(shù)量級，重量卻只有75磅(約34公斤)，甚至能被裝進(jìn)手提箱里，這些新技術(shù)和新產(chǎn)品都是未來電子技術(shù)和電網(wǎng)技術(shù)融合的產(chǎn)物，協(xié)同增效將成為判斷新技術(shù)或新產(chǎn)品是否適應(yīng)未來趨勢的重要依據(jù)。
長期從事電網(wǎng)工程與直流輸電技術(shù)研究的中國院士李立浧，結(jié)合頁巖氣開發(fā)，油氣資源深度開發(fā)，煤炭清潔利用，風(fēng)能和太陽能技術(shù)開發(fā)以及電動汽車、儲能技術(shù)、智能電網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，從能源技術(shù)革命的角度展望了我國能源利用的未來。
李立浧表示，在高度信息化的今天，未來能源的發(fā)展勢必與互聯(lián)網(wǎng)的開放性思維相碰撞，依靠大數(shù)據(jù)云計算平臺的分析，在能源生產(chǎn)、能源傳輸、能源消費(fèi)方面進(jìn)行突破，以實現(xiàn)能源清潔、互聯(lián)的均衡發(fā)展。在能源生產(chǎn)方面，應(yīng)大力推進(jìn)煤炭等化石能源的清潔高效利用，著力發(fā)展綠色新能源，形成以清潔能源為主動力的多輪驅(qū)動能源供應(yīng)體系。在能源傳輸方面，打破傳統(tǒng)能源傳輸介質(zhì)束縛，更新能源傳輸方式。在能源消費(fèi)方面，實現(xiàn)能源形式之間的相互轉(zhuǎn)換，為消費(fèi)端因地制宜地地選擇能源消費(fèi)類型提供可能。同時，能源消費(fèi)流量及狀態(tài)數(shù)據(jù)可以被實時采集，便于能源間的協(xié)調(diào)控制與均衡發(fā)展。
如何提升電力系統(tǒng)可靠性?
電能是聯(lián)系一次能源及終端能源消費(fèi)的高效、靈活而綠色的紐帶。安全可靠的電力是能源安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障。
如何才能提升電力系統(tǒng)可靠性?
中國院士薛禹勝認(rèn)為，電網(wǎng)是電力傳輸及電力市場的物理平臺，電力系統(tǒng)的可靠性直接關(guān)系到安全，這其中包括系統(tǒng)的安全性和充裕性。中國在電力安全預(yù)防御技術(shù)上世界，但還有一些需求不能滿足。
薛禹勝認(rèn)為應(yīng)該在大能源層次上研究充裕性和穩(wěn)定性的風(fēng)險。利用風(fēng)險觀點協(xié)調(diào)安全與經(jīng)濟(jì)性，安全約束不再單獨需要。而量化分析是電力系統(tǒng)約束優(yōu)化及控制優(yōu)化的基礎(chǔ)。自然環(huán)境、能源環(huán)境、經(jīng)濟(jì)環(huán)境、社會環(huán)境、人才環(huán)節(jié)、創(chuàng)新環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施、政策與監(jiān)管的擾動都會影響供電可靠性。反之，電力系統(tǒng)的充裕性與穩(wěn)定性也影響各外部環(huán)節(jié)。要從大能源觀出發(fā)研究電力流的上下游，考慮電力與一次能源及終端電源的交互，以及在大能源變革過程中能源轉(zhuǎn)換及儲能技術(shù)的影響，同時要考慮到針對大規(guī)模可再生能源、分布式發(fā)電及儲能，需要哪些外延等問題。
基于對電力可靠性研究的思考，薛禹勝提出了一個新的名詞——綜合能源網(wǎng)。
綜合能源網(wǎng)概念不同于智能電網(wǎng)，也有別于“EnergyInternet”(能源互聯(lián)網(wǎng))。在此觀點下，針對現(xiàn)有電力可靠性研究不足之處，大能源觀下電力系統(tǒng)監(jiān)控與分析的概念也需要延伸，如電廠與電網(wǎng)，設(shè)備與系統(tǒng)，博弈與機(jī)理的交互影響，技術(shù)措施、經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域與管理決策，能源、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的綜合分析與控制，多領(lǐng)域、跨學(xué)科的系統(tǒng)工程等。
綜合能源網(wǎng)的可靠性研究的重要方向是提高多道防線的自適應(yīng)能力，應(yīng)提升應(yīng)對高風(fēng)險極端事件的能力，“按風(fēng)險的準(zhǔn)則”來權(quán)衡可靠性與經(jīng)濟(jì)性，而不是“按多少年不遇的準(zhǔn)則”來確定所必須關(guān)注的災(zāi)害場景。
提升電網(wǎng)的安全系數(shù)，除了對電網(wǎng)整體的思考外，提高相關(guān)設(shè)備的安全性也是重要一環(huán)。
論壇上，中國院士陳予恕就結(jié)合“中國制造2025”分析了“特高壓輸電裝備”保障安全運(yùn)行的行業(yè)基礎(chǔ)和共性關(guān)鍵技術(shù)。
陳予恕認(rèn)為，我國在特高壓輸變電裝備領(lǐng)域已經(jīng)創(chuàng)造了世界先進(jìn)技術(shù)。輸電線路的優(yōu)化設(shè)計和安全運(yùn)行，其理論基礎(chǔ)是動力學(xué)，對影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的危害之一——輸電線路導(dǎo)線舞動的分析與防治就屬于動力學(xué)范疇，對動力學(xué)的足夠重視能夠更好地為我國特高壓輸電線路技術(shù)領(lǐng)先世界先進(jìn)水平創(chuàng)造條件。
此外，陳予恕還建議，目前電網(wǎng)在設(shè)計輸電線路時多數(shù)是對桿塔、基礎(chǔ)和導(dǎo)線分別進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和振動等計算分析，以便確定其結(jié)構(gòu)參數(shù)的大小。但是在輸電線路送電過程中，它們是互相聯(lián)系耦合的一個整體，要作為一個整體系統(tǒng)進(jìn)行建模分析，并將理論結(jié)果與線路實驗結(jié)果互相驗證，以便做到安全、經(jīng)濟(jì)和可靠的運(yùn)行。
中國科學(xué)院院士王錫凡則從大眾并不熟悉的電磁脈沖輻射(EMP)對電網(wǎng)危害的角度詳細(xì)講解了EMP威脅的應(yīng)對策略。
相比其他干擾，電磁脈沖造成的大停電難以恢復(fù)，大量一次、二次設(shè)備同時被干擾損壞，電磁脈沖輻射會首先破壞通信系統(tǒng)和控制設(shè)備，使處理事故和恢復(fù)供電更加困難，其他基礎(chǔ)設(shè)施如交通、通信、供水、金融等系統(tǒng)癱瘓，都給電力系統(tǒng)恢復(fù)帶來困難，包括燃料供應(yīng)等。
