電網(wǎng)革命：從交流模式回歸直流模式
電網(wǎng)向直流運行模式的革命性轉(zhuǎn)變，將催生一大批戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。
追溯歷史，最初的輸電方式是直流輸電。由于不能直接給直流電升壓，于是人類發(fā)明了三相交流發(fā)電機和變壓器。從此，交流輸電普遍代替了直流輸電，并確立了交流輸電的主體地位，從而形成了今天普遍被采用的交流電網(wǎng)。
交流電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性問題是電源、輸配電網(wǎng)絡(luò)和負荷的整體特性的表現(xiàn)形式，隨著電力系統(tǒng)的規(guī)模迅速擴大，交流大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性問題日益突出。
新能源替代常規(guī)能源是必然趨勢
為了解決上述問題，直流輸電又重新受到人們的重視并得到了較快的發(fā)展。但從總體上講，交流電網(wǎng)仍將在相當(dāng)長時間內(nèi)占主導(dǎo)地位。
近些年以來，人們已經(jīng)開始意識到，發(fā)展以可再生能源為主的新能源以替代常規(guī)能源是必然的趨勢。由于可再生能源主要利用模式是發(fā)電，這些發(fā)電系統(tǒng)又由于其資源特點和發(fā)電模式而與常規(guī)能源發(fā)電系統(tǒng)具有很大的不同，從而對電網(wǎng)帶來了革命性的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
由于可再生能源的主要利用方式是發(fā)電，未來電網(wǎng)的規(guī)模將比當(dāng)前有成倍的增長，如果仍然以交流模式為主導(dǎo)，則電網(wǎng)的不可預(yù)知性和安全穩(wěn)定性問題越突出。
由于可再生能源資源具有間歇性和不穩(wěn)定性的特點，且其發(fā)電模式（特別是太陽能光伏發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電等）與傳統(tǒng)發(fā)電模式有根本性的不同，進而對交流電網(wǎng)的安全可靠運行帶來重大挑戰(zhàn)。
由于可再生能源具有分散性的特點，靠近負荷側(cè)就地利用的分布式發(fā)電也將是一種重要的方式；這就是說，未來的電力用戶也將是電力供應(yīng)方，分布式發(fā)電采用什么樣的運行模式與大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也將是未來電網(wǎng)面臨的重要課題。
隨著可再生能源逐步替代化石能源，目前以化石能源為基礎(chǔ)的能源消費系統(tǒng)將采用電力（例如，電動汽車將采用電池），這就使得未來電網(wǎng)的負荷構(gòu)成及負荷特性也與目前電網(wǎng)有很大的不同。
研究分析表明，從改變電網(wǎng)的運行模式入手，即實現(xiàn)從以交流為主的模式向以直流為主的模式的轉(zhuǎn)變，可以為未來電網(wǎng)面臨的問題提供最為合理的解決方案。理由如下。
從輸電網(wǎng)層面來講，直流輸電網(wǎng)不存在交流輸電網(wǎng)固有的穩(wěn)定問題，且當(dāng)輸送相同功率時，直流輸電線路造價低；此外，直流輸電還具有網(wǎng)絡(luò)損耗小、對通信干擾小等眾多優(yōu)點。因此，采用直流輸電網(wǎng)的模式，對于建設(shè)大規(guī)模的可再生能源電網(wǎng)是最為合理的選擇。
從配電網(wǎng)層面來講，未來配電網(wǎng)中的負荷對直流電源的需求將占相當(dāng)大的比重，例如電動汽車、半導(dǎo)體照明、大量的信息設(shè)備（如計算機與微處理器、通訊系統(tǒng)設(shè)備、智能終端、傳感器與傳感器網(wǎng)絡(luò)等）都將需要直流電源；而目前電網(wǎng)中最主要的負荷電動機，如果采用直流供電的話，不但可以降低電機驅(qū)動系統(tǒng)的造價，而且可以提高電機驅(qū)動系統(tǒng)的整體效率。
在分布式電網(wǎng)中，太陽能光伏發(fā)電將得到最為普遍的應(yīng)用，而光伏發(fā)電產(chǎn)生的電力為直流。同時，分布式電網(wǎng)中的儲能系統(tǒng)也需要直流運行模式。最近，國際上有關(guān)直流輸配電技術(shù)都得到了很快的發(fā)展，并取得了可喜的進展。因此，構(gòu)建以直流為主導(dǎo)運行模式的電網(wǎng)，不僅是合理的，而且從技術(shù)上也將是可行的。
未來向直流運行模式發(fā)展
正因為如此，我們認為，未來的輸配電網(wǎng)和分布式電網(wǎng)將逐步向以直流為主的運行模式方向發(fā)展。
目前，無論是歐洲的SuperSmartGrid構(gòu)想（2050年）還是美國Grid2030構(gòu)想，均提出了以直流輸電網(wǎng)為骨干的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和輸電模式；美國電力科學(xué)院（EPRI）提出了Macro-Grid的概念，其基本設(shè)想也是利用直流環(huán)形電網(wǎng)以解決資源的綜合利用問題和提高供電的安全可靠性。
歐洲已經(jīng)計劃，到2020年左右，將北海地區(qū)的海上風(fēng)電場通過直流電網(wǎng)相連并網(wǎng)；美國規(guī)劃2020年左右將大西洋(600558,股吧)沿岸建設(shè)的海上風(fēng)電場通過直流網(wǎng)絡(luò)向用戶提供清潔的能源供應(yīng)；歐美日等發(fā)達國家和地區(qū)已經(jīng)就直流配電網(wǎng)的建設(shè)著手制定標準和建立示范工程。
自2009年初以來，中國科學(xué)院電工研究所對我國未來直流電網(wǎng)建設(shè)的合理性、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和廣域可再生能源資源互補利用模式及超導(dǎo)直流輸電技術(shù)等開展了研究，并在中國科學(xué)院的支持下開展了分布式直流智能電網(wǎng)的技術(shù)研究和工程示范規(guī)劃研究工作，取得了積極的進展。
未來電網(wǎng)向直流運行模式的革命性轉(zhuǎn)變，將催生大量的科技創(chuàng)新機遇和一大批戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，因此需要從國家戰(zhàn)略高度予以重視。由于我國具有地域廣闊、可再生能源資源豐富、不同地區(qū)的主導(dǎo)能源資源各不相同、能源資源與負荷資源的時空分布不匹配等特點，因而要結(jié)合實際情況，發(fā)展與我國未來能源體系相適應(yīng)的直流電網(wǎng)。針對我國的具體情況，提出以下建議。
全面系統(tǒng)地把握未來能源資源和負荷資源的時空分布，對我國可利用的能源資源作進一步的系統(tǒng)評估，全面系統(tǒng)地掌握資源的時空分布情況，并加強對未來負荷發(fā)展需求及負荷時空分布演化的預(yù)測研究。
基于以上研究，對我國從現(xiàn)代交流電網(wǎng)向未來直流電網(wǎng)演化的全過程作出系統(tǒng)性的評估與預(yù)測。在此基礎(chǔ)上，加強電網(wǎng)發(fā)展總體規(guī)劃設(shè)計研究并制定工程實施路線圖。
加強關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新，為未來直流電網(wǎng)的發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。特別是要重視直流輸配電技術(shù)與裝備、新型電力電子器件及裝備、超導(dǎo)直流輸電技術(shù)、分布式直流電網(wǎng)技術(shù)、直流電網(wǎng)用高性能電力傳感器、大型直流電網(wǎng)的實時建模仿真與高性能計算、高性能電動汽車動力電池與分布式儲能技術(shù)等的研究開發(fā)與應(yīng)用示范。
加強體制機制的創(chuàng)新研究。新的能源變革及未來電網(wǎng)運行模式的變革，同時意味著電力工業(yè)體制機制的變革。為適應(yīng)這一變革，需要在管理模式、運營模式和利益機制等方面作出改革
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