周孝信院士：未来的管道既能输送电力又能输送天然气

2018年9月3日-5日，中车株洲电力机车研究所有限公司和北京鉴衡认证中心联合主办的“2018国际能源物联网技术大会”于湖南株洲盛大召开，大会以“先进电力电子技术与分布式能源”为年度议题，主题演讲与高端对话为主要形式，汇聚国内外精英力量，为电力电子与分布式能源发掘新的发展路径。能见App全程直播本次大会。

中国科学院院士、中国电力科学研究院名誉院长周孝信出席大会并发表了题为“能源转型中构建中国新一代电力系统”的主旨演讲。

以下为演讲实录：

周孝信：谢谢主持人，各位领导、各位专家，大家早上好！

今天非常荣幸，也非常高兴能到这样一个场合跟大家做一些交流。今天我发言的题目是“能源转型中构建我国新一代电力系统”。内容有这么几个。一是能源和电力系统转型，二是新代电力系统的主要特征，三是新一代电力系统的关键技术。

我们都知道，在习总书记关于能源的四个革命和一个合作的战略思想的指引下，我们国家发改委、能源局先后在2016到2017年发布了关于我们电力和能源发展的“十三五”规划以及能源生产和消费革命的战略，这里面提出了我们未来的能源转型的主要的指标。实际上主要指标我认为是两个：一个是能源消费总量，所以叫一次能源消费总量，这个我们2020年的目标是50亿吨标煤，2030年是60亿一吨标煤。还有一个指标是非化石能源的占比，2020年是15%以上，2030年是20%左右。2050年希望达到50%，这个目标还是比较清楚的。

这里面提到一次能源消费结构演化情况，左边这张图可以看到有几条曲线，上面这条曲线就是一次能源消费的总量，我们希望到2025年，2030年，2035年的时候能够达到能源消费总量的峰值，58亿标煤，之后逐步下降，到2035年降到50吨，为什么经济在发展能源消费反而降低呢？就是因为我们能源效率的提高，我们可再生能源发展带动了能源效率的提高，这样的话总量虽然是减少了，但是实际上用于我们消费的这种能量还是增加的。

这里面有三条曲线，一条是煤炭，红的是非化石能源，绿颜色的是油气，三类变化趋势，这当然是一个估计，未来是多少？我们希望能够按照这样一个趋势来发展，但是这个取决于很多因素。比如说煤炭，现在60%以上，我们希望逐步逐步的降低，降到2050年达到20%，这个20%这个数现在看来有争议，有人讲30%，有人讲40%，但是我们想要实现国家的战略目标，非化石能源占50%的情况下，剩下那50%是谁？就是油气和煤炭，我们希望油气能保持在30%左右，剩下的20%就是煤炭，这是一个宏观的设想，具体怎么进行发展，看以后。

这边我们看2017年的情况，2017年电力的情况。煤电占比例是，装置容量58%，电量占66%，左边是装置容量，右边是发电量，或者是用电量。在人均用电量是4537千瓦时，非化石占比13%多，能源消费总量45亿吨，刚才说错了不是47，是45亿吨。

这个是我们根据国家的目标做了一些模型，根据一些边界条件，我们希望能源消费总量是多少？2020年是50亿吨，这是国家的一个目标，2030年是60亿吨，也是国家的目标，2050年是55亿吨，这是我们根据能源的发展效率提高做出的一个估计，非化石能源占比2020年15%，30年20%，50年50%，这几项全是国家的目标。下面人均用电量是多少？2020年是5000度，2030年是6000度，2050年我们设想是9000度，9000度达到了发达国家目前一个平均的水平，比欧洲的水平还要高，中国的国情可能还是要高。我们后来根据十九大的报告我们也做了一些分析，我们希望未来可能人均用电会超过9000，可能会到10000或者多少。根据这样一个情况我们做了装置溶和发电量的分布的情况，我们可以看出到2050年我们希望从发电量来看煤电占13%，这个煤电将来要转型的，由提供基础能源转变为灵活可控的调节电源，这对于可再生能源提供一些调节的补偿和措施。在2050年的情况下，非化石能源占比发电量占比占58%，2030年占50%，2030年的50也是国家的目标，2050年78%，这是我们计算估计的指标。

我们可以看到，我们定义电力系统是在能源系统里面一个主要的组成部分，它有两跟连线的曲线，一条是发电量的曲线，或者叫用电量，发、用电量的曲线，一个蓝颜色的曲线是装机容量的曲线。可以看出，煤电的情况从现在发电量的比重，现在是70%左右，70%不到，60%几的情况，逐步降低，绿颜色的棒说的是非化石能源的发电量，这里面有一个转折点，就是2030年，绿颜色的超过了灰颜色的，绿颜色的是非化石能源，非再生能源包括可再生能源加核能，这是一个转折。

这个图是刚才那个图的进一步的解释，时间关系简单过一下。这是发电量的情况，有两个曲线很有意思，咖啡色的，一个是绿颜色的，绿颜色的是风电，咖啡色的这个是太阳能发电，所以中间有一个交差点，现在是峰巅的发电量是大于太阳能发电量，到2025年，2030年的时候要发生变化，太阳能的发电量要超过风能。刚才讲的是宏观的形式，实际上是一个估计。

二、新一代电力系统，哪几个主要特征。

我们10年前提出了三代电网的概念，一代、二代、三代电网，那个电网是广义电网，包括电源，包括网络传输，包括用电负荷，第三代，全世界范围来讲是三个50年，上世纪两个50年，前50年是第一，后50年是第二代，第三代是主干电网与局域配网、威望结合。国家电网公司就提出了进一步发展的目标，发展模式就是加快建设以坚强智能电网为核心，以新一代电力系统为基础的能源互联网。战略目标是建设具有卓越竞争力的世界一流能源互联网企业。核心任务：打造广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可靠的新代能源系统。这个新一代能源系统哪些特征？我归纳的是四个特征：

一是高比例的可再生能源电力系统。

二是高比例电力电子装备电力系统。可再生能源的介入大部分，绝大部分要通过变流器，逆变器。包括储能也是一样。

三是多能互补的综合能源电力系统。

四是信息物理融合的智能电力系统。这一条实际上也是能源互联网，今天我们讨论的能源互联网的另一个侧面。这是四个主要特征。由于时间关系不能细说。

特征1：高比例可再生能源电力系统。这个电力系统是现在，我们将来的目标是很高，核电要占一部分，可再生能源要占相当大的部分，但是目前看，从现在情况看高比例的情况已经在西北、北部一些省份，一些地区已经发生了，下面这个曲线大家可以看，分省的情况，新疆是讲的装机的占比，新疆占33%，蓝颜色的是风电，光伏加起来的情况，但是占49%，宁夏占20%，冀北38%。

2017年全国并网风电装机达到1.63亿kw，太阳能发电装机突破1亿Kw，达到1.3亿Kw，其中分布式光伏2966万Kw。但是我们的特点是资源的分布非常不均匀，主要的资源，可再生能源的资源，包括风能、太阳能，包括水能集中在西部，我们还是要一开始我们集中力量在西部搞了风电基地，这几年由于某些原因，2016—2017年发展分布式，特别是光伏发展很快，右边这个图，底下这个图是讲的，尽管目前整个比例还是比较低，大概电量只占8%，我们的高铁，电气化铁路占多少？消耗的电量，前两年，不是现在的数，占全国用电量的1.8%。

特征2：高比例电子电子装备电力系统。这个同时和我们西电东送，采用大规模的直流输电相关的，左边这个图是所有的特高压直流输电一共是13个工程，目前投运的，右边这张表把工程的名称和它的输电距离都画出来了，这个给大家参考。当然由于大规模的直流输电和分布式发电，进入了电力系统，对电力系统的运行、控制带来相当大的挑战，整个系统的惯量减小，意味着我这个电量里面发生一个小的事故它的反应就会很快，这个会造成了一个安全的隐患，所以现在正在解决之中。

特征3：多能互补的综合能源电力系统。现在谈到能够互联网，能源互联网的第一要义，互联网+智慧能源，就是能源互联网，但是它里面在这个大的前提之下，一个重要的意义就是多能互补，用互联网的思维来指导我们能源系统的发展，实现多能互补，这个过能互补又分成两部分，一个是源端基地综合能源电力系统，一个是终端能源电力系统。

现在看关键技术。关键技术由于时间关系也不能细说。

一个是高效低成本太阳能风能发电技术。

二个是高效低成本长寿命储能技术。

三个高可靠性低损耗电力电子技术。

四个高强度绝缘技术和超导输电技术。

五个是新一代人工智能技术。

除了光伏发电以外还有光热发电，光热发电怎么样提高它的一些介质，导热的介质和产热的这些整个的效率，这是从技术上来讲，当然从成本上来讲要大幅度的降低成本才可以。

这个讲的是太阳能光复发电的成本下降的情况，近10年来我国光伏组建价格从每瓦近50元左右降到2—2.2元左右；光伏逆变器价格从每瓦2元左右降到0.2元；整个光伏系统成本从每瓦60元左右降到5元左右。跟株洲所很有关系，我的看法一个是技术的进步，主要是材料的进步，工业的技术，再就是生产的这种技术，生产技术进步，使我们的价格大幅度降低。应该说对全世界都是很大的贡献。

再就是风力发电，风力发电我不说了，以前我不知道，昨天才知道，你们做了很多峰巅的技术。这是列了一个情况，到目前来看一个是海上风电，一个是低风速的风电技术怎么样进一步发展。同样的风电的成本也是逐步降低，还有一个是储能。

目前阶段我们电力系统用的储能有好多种，一个是物理储能，像压缩空气等等储能，这些储能方式也在实验和试点过程中，再一个是化学储能，得益于电动汽车的发展，动力的电池它们要求高功率特性，高能量也有这个要求，而我们电网的储能它和动力电池不完全一样，我们并不要求太高的功率特性，但是我们要求储能的能量要大。所以这里面画的是国外的图，他们的预测，成本的情况和循环次数的预测，但是现在看来我们在化学储能的方式特别是锂电池技术的进步确实还是很快，他们认为是今年2016年锂电池技术进步和成本下降，将首次触及循环寿命5000次、系统成本1.5元/Wh的商业应用拐点，下一步将可能实现：循环次数大于15000、能源效率大于90%，储能系统成本少于1.0元/Wh，我们期待这样一个成本下降，能够带来储能系统在电网里面的应用有快速的增长。下面这个图是最近的图，江苏省在镇江市搞了10万千瓦，202兆瓦小时的这么一个储能的能力，电力储能的情况，这是电网测的第一例大的情况，当然现在用户也在推这个事情。这是各个储能的情况，液流电池、锂离子电池等情况。

还有进一步要研究的是高比例能量电池，比如说锂空气电池，铝空气电池，目前属于研究阶段，将来看它的成本、看它的效益。

还有一个方式是怎么样把西部的可再生能源尽可能的利用起来。你们到西北去一看，到甘肃、到青海一看，广阔的大地，都是我们国家宝贵的资源，可是目前来说要把它转化成电，全部转化成电往外送的话，尽管我搞电，希望大规模西电东送，但是能力是有限的，其他的怎么办？尽可能用当地的资源把它变成其他形式的能量，比如说P2G，这样我就可以运输，不受输电的约束，这是未来的一个情况。

这是德国人做的P2G的，但是它的效率还需要进一步提高。

电力电子技术我们就不在这儿说了，不在这儿班门弄斧，我们期望一个是目前的IGBT，希望能够国产化，特别是用在高压输电、特高压输电里面的晶门管和IGBT，能够大部分采用国产的设备，目前来说我们的生产能力还不够，我们技术应该说也是相当高的水平，扩大生产能力降低成本，这样提高可靠性，验证可靠性。因为搞电网的人就怕电网出事，电网出事是很大的问题，出了事大了以后不好交代，所以他非常慎重，希望可靠性，所以我们提倡高可靠性低损耗，损耗性目前来说还是偏高，我们现在IGBT做的不错，但是总的来说还是比晶闸管要高，怎么样进一步降低损耗提高可靠性？未来值得研究。其中一个是怎么样加快发展碳化硅器件，这是我们的期望。

还有一些其他新型的输电的方式，也包括GIL，就是气体管道线路，现在一个例子我们在江苏做测高压交流输电，要跨过长江，怎么样用管道，造价很高，目前来说要几十亿，所以进一步降低它的成本，将来是有希望的，为什么有希望？因为我们国家像甘肃那个地方，河西走廊宽度很窄，几十公里窄的地方，又要穿过铁路，又要天然气输电，又要石油管线又有铁路等，输电线，所以走不过来，怎么办？用管道输电，包括将来我们开发西部的水电，水电跨过高山，4000—5000千米的高山，发一个隧道过去，有没有这个可能。

这是一个机器，德国人做的。

现在一个新的理念，让对一条管道既能送电又能送气，就是我们希望的，叫“能源管道”，而不仅仅是一个输气管道或者输电管道，这个国家现在重点支持的项目里面在研究这个，看看能不能实现，把天然气和超导结合一个管子里，超导需要冷却，液化天然气也需要冷却，它的冷却在110度K，现在最新的超导也差不多。

再就是人工智能，我们搞电的现在正在研究电力系统里面怎么用人工智能，解决哪些问题，底层还是传感，要智能传感，上面人工智能平台、大数据、机器学习、计算机视觉、自然语言处理，智能机器人。

我看就这些情况了，也已经超过时间了，所以这个就不念了，就是我刚才讲的意思，谢谢大家，希望大家批评指正。

（能见App根据速记整理，未经发言嘉宾审核）