2018年3月7-8日，由中國電工技術學會和國家自然科學基金委電工學科主辦的“第五屆電工學科青年學者學科前沿研討會”，在福州舉辦，會議由福州大學電氣工程與自動化學院承辦。

中國科學院院士、中國電力科學研究院名譽院長周孝信應邀在會上發(fā)表演講，報告題目為“能源轉型中我國新一代電力系統(tǒng)的發(fā)展前景”。

經我刊編輯征求周院士同意后，特將該報告整理發(fā)布在本微信號上，以饗讀者。

一、能源轉型與新一代電力系統(tǒng)

習近平總書記2014年6月在中央財經領導小組第六次會議上發(fā)表重要講話，提出了推動能源消費革命、能源供給革命、能源技術革命、能源體制革命和全方位加強國際合作等重大戰(zhàn)略思想，為我國能源發(fā)展改革指明了方向。

以可再生能源逐步替代化石能源，實現(xiàn)可再生能源等清潔能源在一次能源生產和消費中占更大份額，實現(xiàn)能源轉型，建設清潔低碳、安全高效的新一代能源系統(tǒng)是我國新一輪能源革命的核心目標。

我國能源轉型的主要指標

能源轉型中我國一次能源消費結構演化趨勢

基于國家能源生產和消費戰(zhàn)略的能源系統(tǒng)發(fā)展目標估算匯總表

電力系統(tǒng)轉型是實現(xiàn)能源轉型的主要支撐

我國三代電力系統(tǒng)(三代電網)的發(fā)展及階段特征

基于國家能源發(fā)展戰(zhàn)略目標估算的中長期能源電力發(fā)展模型示意圖

2017年電力裝機容量和用電量

我國(2020-2030-2050)發(fā)電裝機容量和年發(fā)電量情景模型估算

我國(2020-2035-2050)發(fā)電裝機容量和年發(fā)電量情景估算

能源轉型中發(fā)電裝機和電量結構演化趨勢

二、新一代電力系統(tǒng)的主要技術特征

新一代電力系統(tǒng)的主要技術特征是：1）高比例可再生能源電力系統(tǒng)；2）高比例電力電子裝備電力系統(tǒng)；3）多能互補的綜合能源電力系統(tǒng)；4）信息物理融合的智能電力系統(tǒng)。

1）高比例可再生能源電力系統(tǒng)

2017年底,全國并網風電裝機達到1.6367億kW,太陽能發(fā)電裝機達到1.3025億kW。新能源裝機容量占全國總量17%。但我國西部北部省份新能源裝機占比可達20-30%以上。

我國新能源開發(fā)在西北部省份主要采取大規(guī)模集中開發(fā)模式。西部北部省份風電開發(fā)占全國開發(fā)總量80%，太陽能光伏占50%。我國東部光伏發(fā)電主要采取分布開發(fā)模式。

2016年甘肅省的風電和太陽能光伏發(fā)電開發(fā)

大規(guī)模風電太陽能發(fā)電接入電網

2）高比例電力電子裝備電力系統(tǒng)

我國電力系統(tǒng)中直流輸電的快速發(fā)展

2016年我國的超/特高壓直流輸電工程

柔性直流輸電技術和直流電網

大量風電光伏電力電子變換器接入電網

安徽金寨縣光伏扶貧

江蘇常州孟河5MW農光互補

浙江嘉興秀洲光伏小鎮(zhèn)和光伏科創(chuàng)園

高比例電力電子裝備電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性問題

3）多能互補的綜合能源電力系統(tǒng)

面向用戶的綜合能源系統(tǒng)

4）信息物理融合的智能電力系統(tǒng)

三、幾類技術突破的全局性影響

幾類技術突破的全局性影響：1）高效低成本太陽能風能發(fā)電技術；2）高效低成本長壽命儲能技術；3）高可靠性低損耗電力電子技術；4）高強度絕緣技術和超導輸電技術；5）新一代人工智能技術。

1）高效低成本太陽能、風能發(fā)電和電網友好技術：其大規(guī)模開發(fā)應用，將有可能顛覆傳統(tǒng)發(fā)電方式，告別化石能源主導電力生產的時代。

2000年至今，7年來大型地面光伏全生命周期平準成本（LCOE）下降了85%。美國能源部（DOE）預計光伏發(fā)電成本2030年前降至3美分/kwh。與火電、水電、核電機組相比，新能源建設周期短，50MW風電項目建設周期約為幾個月，MW級光伏電站建設周期不到半年，新能源裝機占比可迅速提高。

2）高效低成本長壽命儲能技術：它的規(guī)?；瘡V泛應用，將有可能顛覆傳統(tǒng)電力系統(tǒng)運行方式，開啟全新的電力生產分配新模式。

磷酸鐵鋰電池成本價2015年約3000元/kwh，2020年預計達到1000元/kwh；2016年鋰離子電池綜合度電成本接近0.65元/kwh，2030年預計0.12元/kwh，儲能系統(tǒng)成本的顯著下降將解決新能源發(fā)電波動不平衡問題；預計到2030年，以鋰空氣電池為代表的超高比能電池，比能量有望達到8-10kwh/kg（汽油熱值5.94kwh/kg），超高比能儲能技術將有望改變電網發(fā)/輸/配/用的形態(tài)；儲熱、儲氫技術的發(fā)展。

3）高可靠性低損耗電力電子技術：它的推廣應用，將推動電網中電力電子裝備升級換代，促進新一代直流輸配電網的形成和發(fā)展。

SiC和GaN等寬禁帶電力電子器件的發(fā)展，將推動高壓直流輸電和直流電網具有更大容量、更高效率和更高可靠性；以此為基礎的高壓直流斷路器也是直流電網的主要組成部分

采用新型電力電子元件的交流FACTS裝置和交直流能量路由器直接接入電網，具有更高功率體積比和更低損耗，適用于構建直流配電網或作為微網功率轉換裝置，將給中低壓主動配網和微電網帶來革命性變化。

4）高強度絕緣技術和超導輸電技術：它們的開發(fā)應用將顛覆傳統(tǒng)輸電線路，成就輸配電線路新形態(tài)。

高擊穿場強、高非線性、耐高低溫、耐電痕化等絕緣材料技術的發(fā)展，可以提高設備長期安全性，實現(xiàn)電氣設備小型化、大容量化，顯著提高電氣設備的工作性能。

超導輸電將為未來電網提供一種全新的低損耗、大容量、遠距離直流輸電，以及有可能實現(xiàn)輸送電力和基于天然氣混合氣體燃料的一體化能源管道。

5）新一代人工智能技術: 探索應用于電網的設備管理、運行調度、市場交易等領域，開啟自主互動新模式。

2016年5月，美國白宮科學和技術政策辦公室宣布成立機器學習和人工智能國家科學技術委員會，并編制《國家人工智能研究和發(fā)展戰(zhàn)略計劃》

人工智能首次超越人類表現(xiàn)的主要里程碑包括：國際象棋（1997年）、Atari游戲（2013年）、圖像識別（2015年）、語音識別（2015年）、圍棋（2016年AlphaGo，2017年AlphaGoZero自我強化學習）；2017年年7月我國發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出2020、2025、2050三步走的戰(zhàn)略。

在智能電網發(fā)展的基礎上，基于先進傳感、物聯(lián)網、大數據、云計算、深度學習、區(qū)塊鏈等信息通信、互聯(lián)網和人工智能技術，應用于電網的智能設備、智能調度、智能交易，有可能顛覆傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的設備管理、系統(tǒng)調度、能量管理和交易方式，促進新一代電力系統(tǒng)的經濟性和安全可靠性較傳統(tǒng)系統(tǒng)有大幅度提高。

四、總結

1）建設清潔低碳、安全高效的新一代能源系統(tǒng)是我國新一輪能源革命的核心目標，能源轉型是實現(xiàn)這一目標的關鍵步驟；

2）電力系統(tǒng)由以化石能源為主向低碳可再生能源為主轉型，將對能源轉型目標的實現(xiàn)起關鍵作用；

3）第三代電力系統(tǒng)是100多年來第一、二代電力系統(tǒng)的傳承和發(fā)展，是推動能源轉型發(fā)展、構成新一代能源系統(tǒng)核心的新一代電力系統(tǒng)；

4）高比例可再生能源、高比例電力電子裝備接入電網，多能互補綜合能源以及信息物理深度融合智能化電網，是新一代電力系統(tǒng)的顯著技術特征；

5）幾類技術的突破有可能對未來能源電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的發(fā)展形態(tài)、系統(tǒng)整體效率、運行控制方式和運營模式帶來全局性、變革性甚至顛覆性影響。