构建新一代能源系统的设想

／中国电力科学研究院 周孝信／

一、新能源革命与电网使命的变化

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的份额，建立可持续发展的能源系统，是新能源革命的主要目标。

在新能源革命的条件下，电网面临着新的使命：

① 电网将成为大规模新能源电力传输和分配的网络；② 与分布式电源、储能装置、能源综合高效利用系统有机融合，成为灵活高效的能源网络；③ 具有极高的供电、供能可靠性，基本排除大面积停电的风险；④ 与信息通信系统广泛融合，建成电力、能源、信息综合服务体系。

二、三代电网的发展历史和主要特征

① 第一代电网（20世纪初到20世纪50年代），其特点是小机组、低等级输配电电压（220kV及以下），小电网。② 第二代电网（20世纪50年代到20世纪末）的特点是：大机组、超／特高压输电，大型互联电网。③ 第三代电网（21世纪初到21世纪50年代）是在新能源革命的条件下，在解决环境和能源问题驱动下电网实现的转型，其特点是清洁能源发电占比有望超过60%～70%，骨干电源与分布式电源结合，大型主干电网与局域电网及微网结合。第三代电网支持大规模新能源电力、大幅度降低电网的安全风险，广泛融合信息和通信系统，是电网的智能化和可持续化的发展阶段。目前正处于从第二代电网向第三代电网过渡的阶段。

三、构建新一代能源系统的设想

我国国民经济和能源电力发展面临严峻形势。2014年我国碳排放占全球总量29%，位居世界第一，化石燃料污染造成的雾霾现象严重，急需大规模、高比例开发利用可再生能源；截至2014年底，我国风能、太阳能发电并网装机容量达到1.2亿千瓦，但发电量仅占总量3.2%，仍然难担大任。我国总体能源利用效率低下，综合能源效率不足40%， 2013年单位GDP能耗是世界平均水平的1.8倍，亟需大幅提高能源综合利用效率，减少能源消耗的总量。电网承受波动性可再生能源电力的能力受限，电网对大规模、高比例风电等可再生能源的消纳仍然未找到经济有效的解决途径，需要寻求综合的解决方案。

新一代能源系统是以电力为中心，以电网为主干，各种一次、二次能源的生产、传输、使用、存储和转换装置，以及信息、通信、控制和保护装置直接或间接联接的网络化物理系统。构建新一代能源系统的目标是最大限度地开发和利用可再生能源，最大幅度地提高能源综合利用效率。新一代能源系统是新形势下第三代电网的概念向综合能源系统的扩展。

与传统能源系统比较，新一代能源系统的主要特征是∶ 实现可再生能源优先、因地制宜的多元能源结构；集中分布并举、相互协同的可靠能源生产和供应模式；各类能源综合利用，供需互动、节约高效的用能方式；面向全社会的平台性、商业性和用户服务性。建立以电力为中心、电网为主干的新一代能源系统需要克服我国长期存在的各类能源计划单列、条块分割，缺乏有效的能源市场配置等系统性缺陷。

四、重大科学和工程技术问题

构建新一代能源系统，需要重点研究解决源端、受端和传输的一系列重大科学和工程技术问题：

① 源端（特别是我国西部）：大规模可再生能源的生产、存储、转化、消费整个链条中的系统科学、能源转化储存和综合利用科学及相关工程科学技术；② 受端：各类分布式能源生产、储存和需求消费中与电网紧密结合，实现高效、互补、综合利用链条中的系统科学和相关工程科学技术；③ 传输：以电网为主干的新型输电（输能）方式和网络构建的系统科学和新型输电（输能）方式的工程科学技术。

（1）构建西部直流输电网

构建西部送端直流输电网，将我国西部大型水电、风电、光伏电源基地及火电基地联结起来，实现各类电源资源的跨空间、跨流域优化配置和补偿调节，并通过大容量直流输电线路与中东部交直流受端电网形成多点互联，实现稳定高效的远距离西电东送和北电南送。

（2）源端综合能源电力系统

将弃风弃光电量通过制氢或合成天然气（P2G），将电网与燃气管网连接，实现能量规模转化和储存。风电、煤电、高耗能（如电解铝）组网的综合利用系统，以及风光电、储能、储热、供热、供电综合利用系统。

（3）受端综合能源系统

对受端不同供能系统进行整体上的协调、配合和优化，是实现社会用能效率最优、促进可再生能源规模化利用、实现能源可持续发展的必由之路。发展区域综合能源供应系统，将受端的供电、供气、供热／冷系统进行统一规划设计、协调优化运行，提高能源综合利用效率，保证供能系统安全性和自愈能力。

五、以“互联网思维”审视传统电力系统

“互联网思维”体现在社会生产方式上的理解主要有两点：即生产要素配置的去中心化和生产管理模式的扁平化。基于互联网的开放、平等、协作、分享精神，各种系统生产要素配置的主要形式是去中心化，是分布式的；企业的管理也会从传统的多层次走向更加扁平、更加网络化。

传统电力系统中各类一次能源发电和分散化布局的电源结构（骨干电源为主）通过大规模互联的输配电网络，连接千家万户使用，具有天然的网络化基本特征。传统电力系统终端用户用电早已实现“即插即用”，电力用户不需要知道其所用电是哪家电厂发出的，只需根据需要从网上取电，具有典型的开放和分享的互联网特征。这是计算机信息系统经过多年奋斗才得以实现的理念（大规模科学计算的网络计算、互联网、云计算）。

传统电力系统不支持多种一次、二次能源相互转化和互补，不支持高比例分布式清洁能源电力的接入，综合能源利用效率和可再生能源利用率的提高受限。传统电力系统的集中统一的管理、调度、控制系统不适应大量分布式发电及发电、用电、用能高效一体化系统接入的发展趋势。传统电力系统的市场支持功能，不适应分散化布局用户能源电力的市场化运作。

六、以“互联网思维”建设和改造传统电力系统

以“互联网思维”建设和改造传统电力系统的三个层次：

① 多能源互联互通，提高一次、二次能源的综合利用效率，这也是新一代能源系统的目标；② 借鉴互联网及其扩展的网络技术，实现即插即用、能源路由器、大数据、云计算等对能源系统特别是分布式可再生能源、微网、用户在能源生产、消费、市场管理和服务的支持；③ 催生能源生产、消费、服务的新业态和商业模式。

七、建议

① 新一代能源系统的核心目标是最大限度地开发利用可再生能源、最大幅度地提高能源综合利用效率；② 新一代能源系统应以电力为中心，建立以智能电网为主干，涵盖源端、受端和传输系统的智能能源网络；③ 传统电力系统具有典型的互联网特性，与信息互联网进一步广泛融合，以“互联网思维”改造传统电力系统，是构建新一代能源系统的关键步骤；④ 构建新一代能源系统需要大力推进我国能源和电力体制改革，克服我国长期存在的各类能源计划单列、条块分割，缺乏有效的能源市场配置等系统性缺陷。