2017年8月8日-10日，第三届中国太阳能热发电大会成功在甘肃省敦煌市召开。本届大会由国家太阳能光热产业技术创新战略联盟、中国可再生能源学会、中国工程热物理学会、中国电机工程学会联合主办，国家太阳能光热产业技术创新战略联盟、兰州大成科技股份有限公司、中国科学院电工研究所联合承办，北京首航艾启威节能技术股份有限公司协办，并获得了首航节能、爱能森、中海阳、诺威特测控、常州龙腾光热、兰州大成、汇银集团、宝钢特钢、常州热岩化学、旭硝子特种玻璃、上海盐湖文通等单位的大力赞助支持。
大会开幕式上，中国科学院院士、中国电力科学院研究院名誉院长——周孝信作了《能源转型中我国电力系统的发展趋势》的主旨报告。相关发言内容整理如下：
图：中国科学院院士周孝信出席第三届中国太阳能热发电大会并作主旨报告
能源转型和电力系统的发展前景
非化石能源在一次能源消费中占比是我国能源转型的主要指标。一次能源消费中非化石能源主要来自一次电力（水电、风电、太阳能发电等可再生能源电力以及核电等）。大幅提高非化石能源电力占比，形成非化石能源为主的电源结构，是电力系统转型、建设新一代电力系统的重要标志，也是实现能源转型的主要支撑。为什么这么说呢？我举两个例子：2015年我国非化石能源电量1.5万亿kWh，当年火电平均供电标准煤耗315g/kWh，折合一次能源4.725亿吨标准煤，占全年一次能源消费总量43亿吨标准煤的11% （实际全国当年非化占比12%）；2016年我国非化石能源电量1.7万亿kWh，当年火电平均供电标准煤耗312g/kWh，折合一次能源5.304亿吨标准煤，占全年一次能源消费总量43.6亿吨标准煤的12.3%（实际全国当年非化占比13.3%）。
2016年12月29日国家发布了《能源生产和消费革命战略（2016—2030）》，提出，2020年能源消费总量控制在50亿吨标准煤以内；非化石能源占比15%，天然气占比力争达到10%，清洁能源成为能源增量主体。2021-2030年能源消费总量控制在60亿吨标准煤，非化石能源占比达到20%左右，天然气占比达到15%左右，新增能源需求主要依靠清洁能源满足，初步构建现代能源体系。非化石能源发电量占全部发电量的比重力争达到50%。2050年，能源消费总量基本稳定，非化石能源占比超过一半，建成现代能源体系。这个要求很高，我的理解是能源革命，到2050年基本上要实现了。
根据这样一个指标，我做了一个分析：能源转型中我国一次能源消费变化的趋势，从2010到2050年之间，非化石能源的比重从2010年的8%不到，增加到2020年的15%，2030年20%，到2050年达到50%，这是一个非常艰巨的任务。煤的消费，从2010年的70%下降到2020年的60%，2030年的50%。问题是到2030到2050年之间就不太一样，根据可再生能源占比占50%的要求，这三大部分，煤、油气、非化石能源；非化石能源占50%，另外50%给谁？就有不同的看法，不同的做法。我的分析是：煤20%、天然气达到30%，油就很少了，非化石能源是50%，加起来是100%。当然，这还取决于将来的技术进步，取决于价格的降低，这个是估计。
下面根据一次能源消费总量60亿吨标煤，非化石能源占20%，人均年电力消费6000千瓦时，我们估算一下2030年的电力发展情景。计算方案设定数据如图所示：
我的估算结果是：非化石发电装机占比 56.2%，电量占比48.23%；可再生发电装机占比 51.9%，电量占比39.14%；非水可再生装机占比 19.2%，电量占比19.21%。
下面再根据一次能源消费总量55亿吨标煤，非化石能源占50%，人均年用电9000千瓦时，估算一下2050年电力发展情景。估算方案设定数据如图所示：
我的估算结果是：非化石发电装机占比84.23%，电量占比78.16%；可再生发电装机占比 80.39%，电量占比 67.45%；非水可再生装机占比 71.75%，电量占比 53.35%。
如果装机容量总26亿千瓦，发电量是8.58万亿千瓦时，占多少比呢？估算结果是，非化石能源占比56%，电量占比占48%，就是刚才国家战略提出的希望在50%左右，我的估计稍微少一点，可再生能源，非化石能源，风电等，占20%左右。这是2030年的前景，这个前景可能是能够实现的。到2050年，装机容量是52亿千瓦，发电量是12.13万亿千瓦时，这个前提条件是2050年的总的能源消耗量，一次能源消费要降低，大概55亿吨标准，这个数也是现在讨论不多，大家都认可这个数，非化石能源占比50%。问题是人均用电量那个时候多少，这个有很多的预测，比如说8000度，9000度，1万度，现在看来9000度比较合适一点，考虑电能替代，将来可能用电量比例会高一些，电动汽车等的发展，就不是7000度、8000度了，这个数要高于发达国家的水平。从电量的比例来看，到2050年的时候煤电还要发挥作用，主要是调节的作用，还是比较合理的，经过努力是能够实现的。
新一代电力系统的主要技术特征
在能源转型过程中，可再生能源的发电量在2030年占的比例50%，到2050年时占的比例80%。在这样一个情况下，电力系统会发生什么样的变化，从技术上来说有什么样的问题，这个后面再简单地说。
首先，2010年提出三代电网的概念。
第一代电力系统，上世纪50年代，小机组、低电压小电网。第二代电力系统是上世纪后50年代，大机组超高压大电网，全世界都是这样的。但是遇到了问题，就是高度依赖化石能源，是不可持续的发展模式，所以，在2001年我提出一个观点，我们要进入第三代电网，这个第三代电网主要特征是可再生能源和清洁能源发电为主，占比超过60%到70%；主干电网和局域电网也要结合，在这个情况下，就有一些具体的技术特征，控制到户、调度、安全可靠性、资源配置方式、配网和服务等。
第三代电力系统是基于可再生能源和清洁能源的，是可持续发展的综合能源电力发展模式，第三代电力系统是100多年第一和第二代电力系统的传承和发展，大力利用可再生能源和智能化是新一代电力系统的主要特征。
1、高比例可再生能源电力系统。也有人叫高渗透率，因为渗透率的概念有容量和电量渗透率，它是运行的概念。这个电力系统在目前来说，全国来说，占的比例还是很小的，这里不包括水电、风能、太阳能，因为总的装机容量10%多，电量也更小了，6%-7%。但是，在局部地区，这个比例很高，所以2016年底全国并网装机是1.4864亿千瓦，在全国的比例是13.7%，但是西部喝北部省份新能源装机比例可以超过20%，有的30%，有的40%。比如说甘肃省，甘肃2016年底，风电+光伏/全省总装机=41%，目前来看是很高的。其他比如宁夏、新疆、青海的比例也是很高的。
这里面就遇到了一些技术上的问题，一个叫大规模风电、太阳能接入弱电网，这些地区总的来说地广人稀，负荷率很少，造成了电压波动等问题。可再生能源需要进行比较详细的研究，进行本地控制，进行电站的控制和电网的控制要相互配合，要解决弱电网的安全稳定问题。
第二个问题是弃风弃光。这个难题一部分是由于技术原因造成的，一部分是管理体制机制的原因。从技术上来说，我们缺乏灵活调节的电源，调节能力有限，水电机组比较少。再一个是地方的消纳能力很差，输电有一些输电通道受到制约。另外，我们没有非常充分的利用电源之间的互补，比如说现在青海做的很好，水电+光伏互补已经做到连续一个星期100%可再生能源供电就是靠互补。所以，现在大家正在采取措施，希望通过采取技术措施，解决弃风弃光的难题，但是同步还要体制、管理办法要采取措施。
2、高比例电力电子装备电力系统。从大电网来说，现在大力发展直流输电。2016年末有29项直流输电工程在运行，7项特高压直流，4项背靠背直流，2017年还有一些工程在建设，西电东送，水电往东送，三峡水电到西南，以及西北的煤电和光伏。我们的华东电网，很小的面积，4万平方公里的面积之内，有8条直流输电的落点落在这里。它的技术还是有不足的地方，比如造成系统的稳定性问题。
我们现在发展新型的输电，如张北到北京四段柔性直流电网工程，这个很快就开工了，这是完全全新的电网技术，就是直流输电技术，叫柔性技术输电，它的好处是没有电源的电力系统可以接进去，对于弱电网的接入有它的优劣性。还有很多别的弱点，但是它可以组成一个网，有一个网，是全系列新的设备，包括直流输电的开关。还有西部直流输电网，西部地区有大水电，光伏基地，这些基地项目补偿起来就很好了，水电跨流域补偿，还可以和光伏结合起调节作用，当然如果光热发电发展起来那就更好了，进行补偿以后，再向东部输送。
此外，电力电子装备将来会越来越多，会使我们的电力系统特性发生非常重大的变化，比如说目前已经发生的造成大范围功率转移，连锁故障的可能性增加了，华东电网小的面积有8个落点落在那里，一旦发生故障，发生闭锁以后，这几条线全部闭锁，功率转移到交流系统，将造成稳定问题。另外引起电压稳定问题，在售端，闭锁再一起动，电压就发生故障。还有现在电力电子装备很多代替了过去通过发电机进入电网，发电机转子有很大的惯性，里面还有旋转的动能，电网有故障以后，因为有这么大的惯性，这么大的储能，它会使劲的波动，它的速度不会那么快，它是一个缓冲的，这个对电网是非常好的。现在大量的发电机被电力电子装置在替代了，西部的电送过来，送到华东地区，8条输电大约4千万千瓦，现在落在这里没有惯性了，整个发电惯性减少很多，造成频率波动和频率稳定性，所以我们要做分析。包括分布式的接到电网里，逆变器之间会产生机组谐振，逆变器和电网之间也会产生谐振，这个是要宽频的，1100到1000赫兹，这个发生了好几次了，包括大电网，小规模的也发生过，所以这个问题我们现在正在研究，它的机理做了很多的分析和研究，在控制上也采取很多的措施，但是在控制上不可预测，还是有很多问题，这个还要进一步的探讨。
3、多能互补的综合能源电力系统。国家来说分两部分，我们希望在原端综合能源区域里面能够形成一个过能互补的趋势，另外我希望能够尽量在这里消费，消费不了，再转化成别的能源，比如说制氢，变成甲烷等等。这也是一个大的原端的综合问题。受端的综合能源电力系统区域，分布式能源多能互补，多种能源利用的形式，尽量的满足用户直接的能源需求，来提高综合能源效率，提高可再生能源利用的程度，这个也是非常重要的。
能源多能互补、能源互联网，这些工程都是有针对性的，针对受端系统的。特别是，最近还有微网示范项目和推进微网的示范，是直接面向用户的系统来发展，现在分布式光伏，或者屋顶光伏大发展是非常好的一件事情。热力也是非常重要的，很多的技术可以用到供热，直接用可再生能源的供热，和电力来配合。
4、五类技术整体突破的颠覆性影响。
第一、高效低成本太阳能、风能发电和电网友好技术。它的大规模开发应用，将颠覆传统发电方式，告别化石能源主导电力生产的时代，实现能源生产和消费革命。这个通过技术创新来降低成本，通过生产规模的扩大来降低成本，包括热发电，成本不能有效的大幅度的降低，将来发展就受到限制了，所以要讲究高效低成本，真是说我们做的比常规发电价格还低，并且维护更简单，环境更友好，我想过去传统的要让位了，这就是颠覆了。
第二、高效低成本长寿命储能技术。它的规模化广泛应用，将颠覆传统电力系统运行方式，开启全新的电力生产分配新模式，实现高比例可再生能源的新一代电力系统的奠定基础。我们的目标将来可能是100%，青海已经做了榜样，我们也要向这个目标来迈进，当然全国离100%还很遥远。
第三、高可靠性低损耗电力电子技术。它的推广应用，将逐步取代传统交流输电主导的数配电网，形成直流数配电网和交直流混合数配电网的新模式。SIC和GAN等宽禁带电力电子器件的发展。
第四、高强度低成本绝缘技术和超导输电技术，他们的开发应用将颠覆传统输电线路，成就输配电线路新形态。
第五、无所不在的人工智能技术。基于先进传感、物联网、大数据、云计算、区块链、专家系统、深度学习等信息通信和人工智能技术，广泛采用智能设备，智能调度，智能交易，将颠覆传统电力系统的设备管理，系统调度，能量管理和交易方式，开启全新的自动、自治、自主新模式，保证新一代电力系统的经济性和安全可靠性较传统系统有大幅度提高。
总结
1、我国能源转型的目标，是建设清洁低碳、安全高效，可持续发展的新一代能源系统。电力系统由以化石能源为主向低碳可再生能源为主的转变将对能源转型目标的实现起关键作用；
2、高比例可再生能源、高比例电力电子装备接入电网并实现多能互补综合能源，是新一代电力系统的显著特征，也带来能源转型中对电力系统的重大技术挑战，为电力系统理论和技术进步带来新的研究方向和发展机遇；
3、高效低成本太阳能风能发电技术、高效低成本长寿命储能技术等5类技术的整体突破，有可能对未来能源电力系统各环节的发展形态、系统整体效率、运行控制方式和运营模式带来革命性、颠覆性影响，也是针对新一代电力系统前瞻性研究的重要方向。
（注：董清风 整理编辑）
