新能源革命與電網(wǎng)使命的變化

以可再生能源逐步替代化石能源，實(shí)現可再生能源和核能等清潔能源在一次能源生產(chǎn)和消費中占更大的份額，建立可持續發(fā)展的能源系統，是新能源革命的主要目標。

在新能源革命的條件下，電網(wǎng)面臨著(zhù)以下新使命：電網(wǎng)將成為大規模新能源電力傳輸和分配的網(wǎng)絡(luò );與分布式電源、儲能裝置、能源綜合高效利用系統有機融合，成為靈活高效的能源網(wǎng)絡(luò );具有極高的供電、供能可靠性，基本排除大面積停電風(fēng)險;與信息通信系統廣泛融合，建成電力、能源、信息綜合服務(wù)體系。

三代電網(wǎng)的發(fā)展歷史和主要特征

第一代電網(wǎng)(二十世紀初到二十世紀50年代)的特點(diǎn)是小機組、低等級輸配電電壓(220千伏及以下)，小電網(wǎng)。

第二代電網(wǎng)(二十世紀50年代到二十世紀末)的特點(diǎn)是大機組、超/特高壓輸電，大型互聯(lián)電網(wǎng)。

第三代電網(wǎng)(二十一世紀初到二十一世紀50年代)是在新能源革命的條件下，在解決環(huán)境和能源問(wèn)題驅動(dòng)下實(shí)現的電網(wǎng)轉型，其特點(diǎn)是清潔能源發(fā)電占比有望超過(guò)60%~70%，骨干電源與分布式電源結合，大型主干電網(wǎng)與區域電網(wǎng)及微網(wǎng)結合。第三代電網(wǎng)支持大規模新能源電力，能大幅度降低電網(wǎng)的安全風(fēng)險，廣泛融合信息和通信系統，是電網(wǎng)的智能化和可持續化的發(fā)展階段。目前我國正處于從第二代電網(wǎng)向第三代電網(wǎng)過(guò)渡的階段。

從第三代電網(wǎng)到新一代能源系統

我國國民經(jīng)濟和能源電力發(fā)展面臨嚴峻形勢。2014年我國碳排放占全球總量的29%，位居第一，使用化石能源帶來(lái)嚴重霧霾，急需大規模、高比例開(kāi)發(fā)利用可再生能源。截至2014年底，我國風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)裝機容量達到1.2億千瓦，但發(fā)電量?jì)H占總量的3.2%，仍難擔大任。我國總體能源利用效率低下，綜合能源利用效率不足40%，2013年單位GDP能耗是世界平均水平的1.8倍，急需大幅提高能源綜合利用效率，減少能源消耗總量。電網(wǎng)承受波動(dòng)性可再生能源電力接入的能力有限，對大規模、高比例風(fēng)電等可再生能源的消納仍然未找到經(jīng)濟有效的解決途徑，需要尋求綜合解決方案。

新一代能源系統是以電力為中心，以電網(wǎng)為主干，各種一次、二次能源的生產(chǎn)、傳輸、使用、存儲和轉換裝置，以及它們的信息、通信、控制和保護裝置直接或間接聯(lián)接的網(wǎng)絡(luò )化物理系統。構建新一代能源系統的目標是最大限度地開(kāi)發(fā)和利用可再生能源，最大幅度地提高能源綜合利用效率。新一代能源系統是在新形勢下第三代電網(wǎng)向綜合能源系統的擴展。

重大科學(xué)和工程技術(shù)問(wèn)題

構建新一代能源系統，需要重點(diǎn)研究解決源端、受端和傳輸的一系列重大科學(xué)和工程技術(shù)問(wèn)題：源端(特別是我國西部)：大規?？稍偕茉吹纳a(chǎn)、存儲、轉化、消費整個(gè)鏈條中的系統科學(xué)、能源轉化儲存和綜合利用科學(xué)及相關(guān)工程科學(xué)技術(shù);受端：各類(lèi)分布式能源生產(chǎn)、儲存和需求消費中與電網(wǎng)緊密結合，實(shí)現高效、互補、綜合利用鏈條中的系統科學(xué)和相關(guān)工程科學(xué)技術(shù);傳輸：以電網(wǎng)為主干的新型輸電(輸能)方式和網(wǎng)絡(luò )構建的系統科學(xué)和新型輸電(輸能)方式的工程科學(xué)技術(shù)。

具體為，一是構建西部直流輸電網(wǎng)。構建西部送端直流輸電網(wǎng)，將我國西部大型水電、風(fēng)電、光伏電源基地及火電基地聯(lián)結起來(lái)，實(shí)現各類(lèi)電源資源的跨空間、跨流域優(yōu)化配置和補償調節，并通過(guò)大容量直流輸電線(xiàn)路與中東部交直流受端電網(wǎng)形成多點(diǎn)互聯(lián)，實(shí)現穩定高效的遠距離西電東送和北電南送。

二是在源端構建綜合能源電力系統。用棄風(fēng)、棄光電量制氫或合成天然氣(P2G)，將電網(wǎng)與燃氣管網(wǎng)聯(lián)接，實(shí)現能量規模轉化和儲存。形成風(fēng)電、煤電、高耗能(如電解鋁)組網(wǎng)的綜合利用系統，以及風(fēng)光電、儲能、儲熱、供熱、供電綜合利用系統。作為重要的輔助措施，源端綜合能源電力系統將使受輸電限制產(chǎn)生的棄風(fēng)、棄光能量得到充分轉化利用;并能就地消化部分可再生能源，減輕輸電壓力;對保證高質(zhì)量、平穩的電力輸送，提高遠距離輸電的經(jīng)濟性也具有重要作用。

三是在受端構建綜合能源系統。對受端不同供能系統進(jìn)行整體上的協(xié)調、配合和優(yōu)化，是實(shí)現社會(huì )用能效率最優(yōu)、促進(jìn)可再生能源規?；?、實(shí)現能源可持續發(fā)展的必由之路。發(fā)展區域綜合能源供應系統，將受端的供電、供氣、供熱/冷系統進(jìn)行統一規劃設計、協(xié)調優(yōu)化運行，提高能源綜合利用效率，保證供能系統的安全性和自愈能力。

以“互聯(lián)網(wǎng)思維”審視傳統電力系統

　　“互聯(lián)網(wǎng)思維”體現在社會(huì )生產(chǎn)方式上的理解主要有兩點(diǎn)：即生產(chǎn)要素配置的去中心化和生產(chǎn)管理模式的扁平化?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的開(kāi)放、平等、協(xié)作、分享精神，各種系統生產(chǎn)要素配置的主要形式是去中心化，是分布式的;企業(yè)管理也會(huì )從傳統的多層次走向更加扁平、更加網(wǎng)絡(luò )化。

傳統電力系統中各類(lèi)一次能源發(fā)電和分散布局的電源結構(骨干電源為主)通過(guò)大規?；ヂ?lián)的輸配電網(wǎng)絡(luò )，連起千家萬(wàn)戶(hù)，具有天然的網(wǎng)絡(luò )化基本特征。傳統電力系統終端用戶(hù)用電早已實(shí)現“即插即用”，電力用戶(hù)不需要知道它所用的電是哪家電廠(chǎng)發(fā)出的，只需根據需要從網(wǎng)上取電，具有典型的開(kāi)放和分享的互聯(lián)網(wǎng)特征。這是計算機信息系統經(jīng)過(guò)多年奮斗才得以實(shí)現的理念(大規?？茖W(xué)計算用的網(wǎng)絡(luò )計算、互聯(lián)網(wǎng)、云計算)。

　　然而傳統電力系統不支持多種一次和二次能源相互轉化和互補，不支持高比例分布式清潔能源電力的接入，綜合能源利用效率和可再生能源利用率的提高受限;傳統電力系統的集中統一的管理、調度、控制系統也不適應大量分布式發(fā)電及發(fā)電、用電、用能高效一體化系統接入的發(fā)展趨勢。此外，傳統電力系統也無(wú)法支持分散的用戶(hù)充分參與到能源電力市場(chǎng)之中。

以“互聯(lián)網(wǎng)思維”建設改造傳統電力系統

以“互聯(lián)網(wǎng)思維”建設和改造傳統電力系統的3個(gè)層次：一是多能源互聯(lián)互通，提高一次和二次能源的綜合利用效率，這也是新一代能源系統的目標。二是借鑒互聯(lián)網(wǎng)及其擴展的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，實(shí)現即插即用、能源路由器、大數據、云計算等對能源系統特別是分布式可再生能源、微網(wǎng)、用戶(hù)在能源生產(chǎn)、消費、市場(chǎng)管理和服務(wù)的支持。三是催生能源生產(chǎn)、消費、服務(wù)的新業(yè)態(tài)和商業(yè)模式。