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    我国未来电网及电网技术发展预测和对策

    发布日期:2013-10-18 15:20

    在转变旧的能源生产与消费模式、实现更大范围内能源资源的优化配置中,作为主要能源传输载体的电网模式将发生哪些变化?未来的电网将采用哪些新的输电方式和控制方式?哪些新的科学技术可以满足新的能源供应和消费模式下电网安全、高效、智能运行要求?这些问题正是当前能源和电力领域专家最为关注的问题之一。国际上多个国家和机构已开始相关研究,并致力于电网和电网技术发展路线图的研究和制定。

    为了广泛探讨在新能源革命背景下我国电网发展面临的各种挑战,展望未来电网模式和发展趋势,探究影响电网发展的关键因素和科学问题,评价新技术在电网发展中的应用前景,香山科学会议于2012年9月27~29日,在北京召开了以“未来电网及电网技术发展预测和对策”为主题的学术讨论会。中国电力科学研究院周孝信教授、华中科技大学程时杰教授、中国电力科学研究院郭剑波教授、清华大学电机系梁曦东教授和中科院电工所肖立叶研究员担任会议执行主席,多学科跨领域的50余名专家学者应邀参加了会议,与会专家围绕(1)未来电网模式和电力系统;(2)新型输电方式和输电技术;(3)超导和先进储能技术和(4)新型材料、器件和输变电设备等中心议题进行深入讨论。

    周孝信教授作了题为“未来电网和电网技术的发展前景”主题评述报告,指出新能源革命的主要驱动力在于化石能源短缺和全球气候变化的威胁,而其使命是构建新能源电力输配网络、灵活高效的能源网络、能源电力和信息综合服务系统和安全可靠的电力供应系统。从发展前景来看,若按人均用电量8000kWh、15亿人口估算,我国未来(2020~2050)的全国总装机应为32亿kW,即人均2.1kW,而输电需求将达到7.1亿kW。我国未来第三代电网模式将是大型骨干电源与分布式电源相结合;大型输电骨干电网与地方输配电网、微网相结合;清洁能源电力占50%以上。2020~2030年,我国电网在形态上应是超大规模超/特高压交直流混联的复杂电网。2030年-2050年,在全国范围内建设灵活可控、低损耗、高可靠性的跨大区超级输电网络。对电网发展有重大影响的关键技术有10项,即大规模新能源与可再生能源电力友好接入技术(含分布式)、大容量输电技术、先进传感网络技术、电力通信与信息技术、大容量储能技术、新型电力电子器件及应用技术、电网先进调度、控制与保护技术、电力系统先进计算仿真技术、智能(主动,active)配电网和微网技术、智能用电技术。

    与会专家对人均用电量8000kWh这个指标开展热烈讨论,提出要从根本改变生活习惯和消费观点,采用一种更加节能环保的生活模式,人均用电量应当控制下来,从而远小于这个数值。根据多年的电力规划经验,我国“补课式”消费会促使人均用电量大幅度提高,甚至不用到2050年就会突破8000kWh这个指标。大家一致认为人均用电量指标应联合社会科学专家和电力专家进行深入研究。第二个热点问题是关于煤电和可再生能源发展比例,有的专家认为40%的煤电比例可行性不高,风电、光电、核电现有的发展规模比预期要缓慢,煤电比例应该考虑为50%甚至60%更实际。第三个讨论热点是关于输电规模问题。有的专家指出:7.1亿的输电容量,按现有输电技术来估算,需要100多条输电通道,但资源环境的限制使得建设如此多的输电通道没有可能,因此必须有一个调整发展规模、改变发展模式和寻求新技术革命的过程。

    一、未来电网模式和电子系统

    与会专家在题为“未来中国电网模式的分析与展望”的中心议题评述报告中指出,影响电网发展模式的主要因素包括电力流格局和电网技术两个方面。提出了我国未来电网的发展模式,分别给出了2020年的电网场景,以及2020~2030,2030~2050的电网发展模式预测。与会专家还作了“超/特高压交直流输电系统”、“构建统一的新能源电网”和“多端直流输电和直流电网技术”的专题报告,并针对本中心议题展开了热烈的讨论。

    二、新型输电方式和输电技术

    与会专家在题为“新型输电方式与输电线路”的中心议题评述报告中指出,在未来二三十年内,架空线路由于其综合性价比优势,仍将是输电的主要方式,分析了电力输送的发展需求、面临的制约因素及满足不同需求下的各种输电技术,提炼出输电领域在可预见的技术进步下有待解决的科学问题。

    与会专家还作了“输电线路的电磁环境”、“未来电网中的大容量电缆输电与气体绝缘管道输电”和 “无线能量传输技术及其应用” 的专题报告,并针对本中心议题展开了热烈讨论。

    三、超导和先进储能技术

    与会专家在题为“超导电力技术及其发展前景”的中心议题评述报告中指出,超导电力技术是一项革命性的前沿技术,是电力工业的高技术储备,超导电力技术在应对未来电网的重大挑战方面将发挥重大或不可替代的作用,剖析了电力超导技术和超导材料的研究现状,并指出由于我国在新型低温制冷基础理论和关键技术方面已取得很大成绩,今后可望进一步向规模化应用发展。

    与会专家在题为“未来电力系统中的储能技术”的中心议题评述报告中给出了储能技术的定义,指出储能技术在电力系统中的广泛应用将在发、输、配、用电的各个环节对传统电力系统带来根本性的影响,分析比较了不同储能技术的特点和应用范围,提出了今后需要重点研究的技术问题。

    与会专家还作了题为“关于发展高温超导输电的建议”、“商业化超导电缆的研制”、 “储能技术现状与发展方向”和“压缩空气储能系统研究进展”的专题报告,并针对本中心议题展开了热烈讨论。

    四、新型材料、器件和输变电设备

    与会专家在题为“新型输变电设备”的中心议题评述报告中指出,直流输变电设备的设计制造方法尚不成熟,具有固体绝缘的特高压干式直流套管和直流电力电缆是技术瓶颈,其关键是电气绝缘。他分析归纳了其中的关键科学问题和有待研究的内容,并提出了相关基础研究的建议。

    与会专家还作了“新型电力电子材料和器件”、“直流电网的新型电力电子装置”和“新型高压直流输电装备”的专题报告,并针对本中心议题展开了热烈讨论。

    五、会议总结与专家建议

    与会专家经过充分的讨论,对未来电网的发展形成了以下基本共识:

    1、20世纪末本世纪初,伴随着全球气候变化加剧和传统能源日渐枯竭,一场新的能源革命悄然兴起。以可再生能源逐步替代化石能源,实现可再生能源和核能等清洁能源在一次能源生产和消费中占更大份额,建立可持续发展的能源系统,是这一新能源革命的主要目标。

    2、在新能源革命条件下,电网的重要性日益突出。电网将成为大规模新能源电力输送和分配网络;与分布式电源、储能装置、能源综合高效利用系统有机融合,成为灵活、高效的智能能源网络;具有极高的供电可靠性,基本排除大面积停电风险;与信息通信系统广泛结合,建成能源、电力、信息综合服务体系。

    3、按不同发展阶段的主要技术经济特征,电网可分为三代。未来电网是第三代电网,是一、二代电网在新能源革命条件下的传承和发展,支持大规模新能源电力,大幅降低大电网的安全风险,并广泛融合信息通信技术,是电网的可持续化、智能化发展阶段。从现在起到2050年将是我国电网由第二代向第三代转型的过渡期。与电源的转型相配合,电网发展的总体趋势将是国家骨干输电网与地方输配电网、微网相结合的发展模式。

    4、在未来相当长时间内我国仍有大容量远距离输电的需求。对我国未来(2020—2050)电力发展和输电需求的初步估算结果表明,按未来达到中等发达国家人均用电8000千瓦时的水平计算,全国用电量12万亿千瓦时,全国发电等价装机为24亿千瓦。考虑煤电10亿千瓦(装机比例为41.6%),其中四分之一为西电东送,再加上西部水电、风电和光电,西电东送的整体规模依然较大。

    5、从现在到2030年的中期阶段,我国输电骨干网仍将基本保持超/特高压交直流输电网模式,但在基础研究和前沿高科技研发的支持带动下,将有可能出现新的输电技术,推动输电方式的突破。根据技术突破程度的不同,可能有两种模式:即超/特高压交直流输电网模式(延续目前发展模式)、多端高压直流输电网和超/特高压交流输电网的混合模式,后者更依赖于相关先进技术的重大突破、必要性和技术经济的优越性。

    6、电网发展模式与电力系统,输电方式和输电技术,超导电力技术,电力系统储能技术,新型电力电子材料、器件和装备,直流输电装备是支撑未来电网发展的6个关键技术领域。

    与会专家提出以下建议:

    1、建议设立“直流输电装备和系统相关基础科学问题研究”国家研究项目,着重解决新型电压源型直流输电系统、新型直流断路器和高压直流套管、直流电缆等相关的重要基础科学问题,为我国新型电压源直流输电系统和新型直流断路器等的研制与应用打下理论基础。

    2、建议设立“电力系统先进储能系统的关键基础科学问题研究”国家研究项目,着重解决电力系统(含电动汽车)中急需应用的新型蓄能电池、大规模压缩空气等储能系统的集成机理与设计优化,满足长寿命、低成本、高安全及高效率要求的储能装置本体技术,储能系统与电力系统的耦合与集成控制机理与能量管理控制,为储能系统在可再生能源的大规模发展、提高电力系统效率和发展智能电网等方面发挥积极作用奠定理论基础

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