周孝信院士丨中国新一代电力系统的发展前景

能见APP记者从四川“2017中美绿色能源高峰论坛”现场带回的报道，本文根据发言内容整理，未经本人校对。正文如下：

周孝信：尊敬的四川省领导，尊敬的朱棣文博士！我今天演讲的题目是“中国新一代电力系统的发展前景”。

首先介绍一下能源转型和能源革命的问题。

事实上能源转型是我国能源革命的一个关键，能源转型，可再生资源和其他清洁能源逐渐在能源生产和消费中占更大的份额，并在中国建立一个清洁低碳、安全高效的新一代能源系统，我把这个新一代能源系统起了这么一个名字，国家文件里面叫做新能源体系，新一代能源体系在英文里面体系和系统是一个词。

去年年底国家发改委、能源局又发了一个文件，这个文件把能源转型最关键的指标在里面给出来了，其中2020年、2030年的指标大家都知道，最重要的指标是能源消费总量，2020年是50亿吨标准煤，中国是用标准煤来衡量，和国外不一样，2030年是60亿吨标准煤。另外又一个重要的指标就是非化石能源在总能源里面的占比，2020年15%，2030年10%，这里面给出了2050年的前景，2050年中国非化石能源在总能源当中要占多少？它里面第一次提出就是要超过一半。

这里面给出了能源结构消费变化（图示），从左边的图曲线可以看到煤所占比例是逐渐逐渐降低，它从2010年大概是70%左右已经下降到2030年50%，到了2050年急剧下降到20%。同时，非化石能源所占的比例（桔红色），从2010年的7%点几，一直升到15%，一直到20%，到2050年大概要到50%，这个50%就是能源局和发改委文件里面规定的指标，2020—2050年这个是急剧增长，能不能实现需要大家共同努力。

第二部分内容能源转型和电力系统转型的关系。

从分析历史数据可以看到，所谓的非化石能源占比的量是从哪儿来的？我们从数据分析中得出，主要是从非化石能源的电力所带来的，就是水电、核电、风电、太阳能等等这些非化石能源，因为我们希望大幅度增加非化石能源电力占比，来实现国家最终的长远目标。

下面这个表就是把数据给大家提供一下，2015、2016年数据是说从这些非化石能源的电量换算成能源，这个能源是多少吨标准煤，除上总消费量就得出百分比，2015年是11%，2016年是12.3%，2015年、2016年相应的国家公布数是12%和13.3%，都是差一个百分点，实际上意思就是90%以上的非化石能源来自于发射的非化石能源电力。

这张图就是能源转型的原始数据（图示），包括各类装机容量情况、电力发电量情况，这个是很简单的模型，但是它确实需要很多数据结果支撑和研究支撑。

这是根据模型算出来的结果（图示），左边2020年，中间2030年，右边是2050年的情况。右边蓝色的就是煤电的终极量（图示），总的来说非化石能源的发电量大概占34.5%，就是差不多三分之一的电力是非化石能源发出来的。中间是2030年的情况，大概是48%点几的电量是非化石能源发出来的，这个数字恰巧就是我们国家能源局、发改委发布的50%的数据，到那个时候电量有50%是由非化石能源电力所发出来的，我算出来的结果是48%，结果差不多。右边是2050年的，2030年到2050年发展非常非常的快，要求就非常高，大概78%的电量是由非化石能源电力所发出来的。下面发电量的组成（图示），风电、太阳能、核能、水电、煤电，还是比较均衡的，应该说在2050年的目标之下还是比较均衡的，尽管从装机容量来看它的非化石能源装机容量比例很高，这对我们将来电力系统的运行，对于储能的要求等等提出了更高的要求。

这是两张图（图示），也是利用刚才的模型计算出来的。一个模型是我把刚才不同年份的发电量的趋势给画出来了。黑颜色的就是煤电的发电量，蓝色的是可再生资源的情况，左边的图前景是100%的非化石能源要转化为电，实际上是不可能的，而我们认为在将来这个比例要逐渐的增加，就是因为现在其他的利用要用到非化石能源，所以我这里做了一个灵敏度的分析，实际上从非化石能源里面转化为电的比例，由70%增加到100%，这个时候就有一个新趋势、新变化。

第三部分内容新一代电力系统的技术特征。

我对能源结构、电力结构的分析，以及对于未来技术发展的预测，可以看到未来新一代电力系统大概有下面几个技术特征：

第一高比例可再生能源电力系统，第二高比例电力电子装备电力系统，第三多能互补的综合能源电力系统，第四能源互联网，第五人工智能技术潜在的颠覆性影响。

首先看高比例可再生资源电力系统。这个在全国来说比例还是很小，但是在局部地区，在我国西部、北部一些省份比例是很高的。甘肃省发展了接近了十年的时间，它的比例是风电+光伏总量比上全省总装机容量在去年年底已经达到了41%，这个比例应该算是很高的。未来全国其他地区可能也达到甚至超过这个数，所以从目前来看已经有这个情况，这确实给电力系统的运行带来了很大的问题，因为今天探讨的是技术问题，中国电科院和一些高等院校都在研究高比例电力系统它给电力电网的运行，电信运行带来什么样的技术难题，我们怎么样克服它，现在正在做很深入的研究。

第二个特点就是高比例电力电子装备电力系统。首先是因为我们国家大力发展了高压和超高压、特高压的直流输电，从西部把大量可再生资源送到中部，这在过去十年来发展得非常快。去年年底全国有29个直流输电在运行，包括远距离的、大容量的特高压输电，包括一些新的技术，所谓灵活、柔性输电，以及背靠背。今年还有若干条直流输电的工程在运行，未来大量的直流输电对系统影响将非常大，比如在东部地区、华东地区，江苏、上海、安徽、浙江有八条直流输电落点落在这个地区，南方广东省同样有八条直流输电落在这个地区，所以说给电网造成了很多运行困难，当然这也在研究解决，包括它的机理分析，控制方法，仿真预算等新方法。

这是新的直流输电的发展（图示）情况，右边这张图就是我们很快就要开始建设的四端柔性直流输电的电网，是五百潜伏的直流输电。未来在我国西部要建成一个高压直流输电的电网，当然要采用最先进的柔性直流输电的技术，把各种可再生资源通过电网连接起来相互补偿来提高它的效率和运行可靠性。除了大规模的直流输电，我们还发展大量的光伏发电和储能、风电等等，这些同样都是要用电力电子装备接到电网里面去，尽管它们接入电压等级比较低。怎么仿真这么大规模的直流输电电网，这是我们现在正在研究的问题，我国在电科院建设了一个大规模的直流输电电网仿真系统，这个仿真系统去年年底已经基本建成，现在已经在运行当中。

第三个特点就是综合能源系统。这个综合能源系统要实现多能互补，一个是有助于提高能源利用效率，一个是有助于就地消化大规模的能源，按照我们的看法这样的系统在中国分两类，一个叫做基于能源基地，在能源基地这一侧，叫做原端的综合能源系统（音），就包括我怎么样把这些可再生资源充分利用起来，除了西电东送之外，还要就地消化，还要就地转化，把它变成可运输的，将来可以运到东部地区进行消费的系统，四川省正在做这方面的工作，这是带了一个头，因为未来能源需求还要大量的靠西部的可再生资源开发，因为西部条件是太好了，大量的没有开发的土地可以用来做光伏发展，风能也是非常好，将来光靠输电是不行的，是不够的，我觉得不能完全依靠电网，还要就地消化，就地转化，四川省正在开头。这就是吸纳大部分的分布式可再生资源，包括风电、天然气发电等等，这主要的目的是提高能源利用效率，效率可以从现在单纯发电30%，40%来提高到60%、70%，甚至80%，这个是中国控制能源消费总量非常非常好的一个事情，现在正在国家的政策支持下在有序的发展。

这是一个面向用户的能源结构图（图示），在这个过程中节能，废能、除气都充分利用，作为电力系统来说我们应该吸纳这样的系统，把它变成新一代电力系统有机的组成部分，这个就是我们未来的奋斗目标。

第四个特点这是能源互联网。尽管现在能源互联网还没有统一、公认的定义，但是从我个人的观点来看这个能源互联网应该是以电力作为核心，电网作为平台，智能电网作为它支持能源互联网的平台，这是第一点。还有就是应该面向客户服务，不能忘记我们目标是为用户提供安全、经济、可靠的能源服务，这是第二点。第三点，提高能源的经济性和有效性，我觉得这是推动能源互联网的核心，没有这样一个目标就很难说服我们所谓的发展能源互联网。第四点，我们我们搞能源的和搞信息的，二者之间要相互学习，相互推动，这样的话我才能保证成功，从思维方式，从各种措施方面都要相互融合，这样才能成功，这是我个人的一点体会。

第五个特点人工智能应用的潜在颠覆性影响。以无处不在的传感器和IT技术为支撑，包括物联网、大数据、云计算、深度学习、区块链等等这些技术为核心，人工智能确实正在快速的发展。它具有电力系统设备管理和系统控制、能管理和交易等领域的潜力，可能会颠覆传统方式，开启一种全新的，自动的，自主的新模式，有助于新一代电力系统的安全、经济和可靠性的发展，这是一个前景，现在一些研究项目已经启动了，电科院的研究也已经开始了。

结论就是从电力能源的转型从化石能源到低碳，到可再生资源的转型，将起一个非常关键的作用，在实现国家的能源转型里面实现目标。第二就是高比例的可再生资源，多比例的电力电子装置它实现了综合能源系统要支持能源互联网，这是主要的技术特点，在未来新一代能源系统里面是一个特点。快速的发展人工智能技术应用到电力系统里面去，将有可能是一个颠覆性的影响。

在我的报告结束之前，我想替我们的杂志宣传一下，我们从2015年开始编辑出版了英文的《power and energy systems》，我是主编，另外它是一个季刊，它是开放获取的杂志，里面所有的文章都可以在IEEE 里面查到。刊物主要的讨论问题就是刚才我说到的四个特点。

主办方：

美中绿色能源促进会 (UCGEC)、中国西部海外高新科技人才洽谈会 (OHTC)、中国电机工程学会 (CSEE)、清华大学, 能源互联网研究院 (EIRI)、重庆大学、电子科技大学。

协办方：

中国可再生能源学会、中国电工技术学会、浙江大学、协鑫能源、斯坦福大学能源俱乐部、四川大学、国际区域气候行动组织(R20)、硅谷华人能源协会、上海交通大学、北美华人电力协会、IEEE PES 旧金山分会、华北电力大学、能源互联网研究中心等。