電網(wǎng)革命：從交流模式回歸直流模式
電網(wǎng)向直流運(yùn)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(jī)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(wèn)題是電源、輸配電網(wǎng)絡(luò)和負(fù)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(kuò)大，交流大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性問(wèn)題日益突出。
新能源替代常規(guī)能源是必然趨勢(shì)
為了解決上述問(wèn)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(zhǎng)時(shí)間內(nèi)占主導(dǎo)地位。
近些年以來(lái)，人們已經(jīng)開(kāi)始意識(shí)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(shì)。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(diǎn)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(duì)電網(wǎng)帶來(lái)了革命性的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
由于可再生能源的主要利用方式是發(fā)電，未來(lái)電網(wǎng)的規(guī)模將比當(dāng)前有成倍的增長(zhǎng)，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(wèn)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(diǎn)，且其發(fā)電模式（特別是太陽(yáng)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(jìn)而對(duì)交流電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行帶來(lái)重大挑戰(zhàn)。
由于可再生能源具有分散性的特點(diǎn)，靠近負(fù)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(shuō)，未來(lái)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(yùn)行模式與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也將是未來(lái)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(fèi)系統(tǒng)將采用電力（例如，電動(dòng)汽車將采用電池），這就使得未來(lái)電網(wǎng)的負(fù)荷構(gòu)成及負(fù)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(yùn)行模式入手，即實(shí)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(lái)電網(wǎng)面臨的問(wèn)題提供最為合理的解決方案。理由如下。
從輸電網(wǎng)層面來(lái)講，直流輸電網(wǎng)不存在交流輸電網(wǎng)固有的穩(wěn)定問(wèn)題，且當(dāng)輸送相同功率時(shí)，直流輸電線路造價(jià)低；此外，直流輸電還具有網(wǎng)絡(luò)損耗小、對(duì)通信干擾小等眾多優(yōu)點(diǎn)。因此，采用直流輸電網(wǎng)的模式，對(duì)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(lái)講，未來(lái)配電網(wǎng)中的負(fù)荷對(duì)直流電源的需求將占相當(dāng)大的比重，例如電動(dòng)汽車、半導(dǎo)體照明、大量的信息設(shè)備（如計(jì)算機(jī)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(fù)荷電動(dòng)機(jī)，如果采用直流供電的話，不但可以降低電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的造價(jià)，而且可以提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體效率。
在分布式電網(wǎng)中，太陽(yáng)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(shí)，分布式電網(wǎng)中的儲(chǔ)能系統(tǒng)也需要直流運(yùn)行模式。最近，國(guó)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(jìn)展。因此，構(gòu)建以直流為主導(dǎo)運(yùn)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(lái)向直流運(yùn)行模式發(fā)展
正因?yàn)槿绱�，我們認(rèn)為，未來(lái)的輸配電網(wǎng)和分布式電網(wǎng)將逐步向以直流為主的運(yùn)行模式方向發(fā)展。
目前，無(wú)論是歐洲的SuperSmartGrid構(gòu)想（2050年）還是美國(guó)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(guó)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(wèn)題和提高供電的安全可靠性。
歐洲已經(jīng)計(jì)劃，到2020年左右，將北海地區(qū)的海上風(fēng)電場(chǎng)通過(guò)直流電網(wǎng)相連并網(wǎng)；美國(guó)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(chǎng)通過(guò)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(dá)國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)就直流配電網(wǎng)的建設(shè)著手制定標(biāo)準(zhǔn)和建立示范工程。
自2009年初以來(lái)，中國(guó)科學(xué)院電工研究所對(duì)我國(guó)未來(lái)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(bǔ)利用模式及超導(dǎo)直流輸電技術(shù)等開(kāi)展了研究，并在中國(guó)科學(xué)院的支持下開(kāi)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(jìn)展。
未來(lái)電網(wǎng)向直流運(yùn)行模式的革命性轉(zhuǎn)變，將催生大量的科技創(chuàng)新機(jī)遇和一大批戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，因此需要從國(guó)家戰(zhàn)略高度予以重視。由于我國(guó)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(fù)荷資源的時(shí)空分布不匹配等特點(diǎn)，因而要結(jié)合實(shí)際情況，發(fā)展與我國(guó)未來(lái)能源體系相適應(yīng)的直流電網(wǎng)。針對(duì)我國(guó)的具體情況，提出以下建議。
全面系統(tǒng)地把握未來(lái)能源資源和負(fù)荷資源的時(shí)空分布，對(duì)我國(guó)可利用的能源資源作進(jìn)一步的系統(tǒng)評(píng)估，全面系統(tǒng)地掌握資源的時(shí)空分布情況，并加強(qiáng)對(duì)未來(lái)負(fù)荷發(fā)展需求及負(fù)荷時(shí)空分布演化的預(yù)測(cè)研究。
基于以上研究，對(duì)我國(guó)從現(xiàn)代交流電網(wǎng)向未來(lái)直流電網(wǎng)演化的全過(guò)程作出系統(tǒng)性的評(píng)估與預(yù)測(cè)。在此基礎(chǔ)上，加強(qiáng)電網(wǎng)發(fā)展總體規(guī)劃設(shè)計(jì)研究并制定工程實(shí)施路線圖。
加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新，為未來(lái)直流電網(wǎng)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)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(shí)時(shí)建模仿真與高性能計(jì)算、高性能電動(dòng)汽車動(dòng)力電池與分布式儲(chǔ)能技術(shù)等的研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用示范。
加強(qiáng)體制機(jī)制的創(chuàng)新研究。新的能源變革及未來(lái)電網(wǎng)運(yùn)行模式的變革，同時(shí)意味著電力工業(yè)體制機(jī)制的變革。為適應(yīng)這一變革，需要在管理模式、運(yùn)營(yíng)模式和利益機(jī)制等方面作出改革
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