周孝信院士：用互联网思维构建新一代电力系统

以非化石能源为主的电源结构有助于实现能源转型 
 

Q：您曾提出，能源转型的核心是新一代电力系统。请问电力系统的发展经过了哪几个阶段？

周孝信：新一代能源系统是以电力为中心，以电网为主干和平台，各种一次、二次能源的生产、传输、使用、存储和转换装置以及信息、通信、控制和保护装置直接或间接所构成的网络化物理系统。

 

回顾电力系统的发展历程，第一代电力系统是19世纪末至20世纪50年代，特点是小机组、低电压、小电网，电网安全和供电可靠性低，当时的电源和电网处于初级发展模式。

 

第二代电力系统是20世纪50年代至20世纪末，特点是大机组、超高压和大电网，安全性和可靠性得以提高，但大电网停电风险依然存在，且仍然高度依赖化石能源，是一种不可持续的发展模式。

 

第三代电力系统是从21世纪初至21世纪中叶，以可再生能源和清洁能源发电为主（占70%—80%以上），骨干电源与分布式电源结合，主干电网与局域配电网、微电网相结合。在这期间，供电可靠性大幅提高，基本可以排除用户意外停电的风险，且是以非化石能源为主的综合能源电力系统，是一种可持续的发展模式。

Q：您认为新一代电力系统发展的最大推动力是什么？

周孝信：个人认为，一个就是绿色发展，这是在可再生能源技术发展推动下的电力系统转型。另一个就是数字革命，这是在互联网信息技术进步推动下的电力系统数字化和智能化。这两大革命是推动电力系统发展模式转换的驱动力。

 

第三代电力系统即新一代电力系统，是百年来第一、二代电力系统的传承和发展。从第一代电力系统到第三代电力系统发展的内在动力是电能供需的变化，对于第三代电力系统而言，其主要驱动力是电源结构的变化。这种变化是伴随着能源转型发生的，原因在于化石能源的有限资源、环境保护要求日益严格，以及在信息通信技术高速发展的推动下，对系统运行和用户服务自动化、智能化水平的更高要求。我始终认为，第三代电力系统最根本特征就是电源的变化，结构的变化影响着一切。大力开发利用可再生能源，形成以非化石能源为主的电源结构，构建新一代电力系统，是实现能源转型、建设新一代能源系统的主要途径。

建立既节能环保又满足生活需要的城市能源系统

Q： 新一代城市能源电力系统表现出了哪些主要特征？

周孝信：我认为，新一代城市能源电力系统主要有四个特征：

 

一是可再生能源优先、因地制宜的多元能源结构。我认为城市的发展肯定要电气化优先，但一定要因地制宜地考虑，而不是千篇一律。比如要考虑多元化的清洁能源，包括天然气、分布式光伏、地热等。

 

二是集中分布并举、协同可靠的电力生产和供应模式。今后要发展分布式能源，而且它将来可能占的比重会越来越大。所以，不管是做电源规划或是电力规划，一定要协同起来。

 

三是供需互动、多能互补、节约高效的用能用电方式。我觉得，多能互补更适合在城市里发展，特别是在一些大型企业，比如工商企业中。同时，我呼吁大家要养成节约的习惯，比如节电节能，学会高效的用能用电方式。

 

四是面向全社会的平台性和综合能源电力服务。

Q： 判断新一代“城市能源电力系统”关键指标是什么？

周孝信：我认为，关键指标主要包括电能在终端能源消费中的比重、供电供能可靠性指标、城市绿色能源生产消费指标（绿色交通、绿色建筑、工商企业、城市居民）、城市能源系统总体能源利用效率等。

 

具体而言，比如在绿色交通方面，要看其电气化和清洁燃料的应用指标。在城市里，比如公交车和私家车，要看有多少是电动的、有多少是用氢能的、还有多少是用甲醇的。这些都是我们一定要考虑的方面。而在绿色建筑领域，就要看建筑节能和清洁供暖制冷指标。建筑领域作为节能降耗的重要领域，现在有很多标准，目前实现的情况如何？我们也要重点关注。

 

在工商企业中，要关注节能和多能互补指标。而在城市居民生活中，要看节能和绿色简约舒适生活方式指标。我曾到长江沿岸地带调研，发现供暖是一个极大的问题。这里夏天很热、冬天很冷，北方的冬天有暖气用，大家会感到很舒适，而这里很冷，大家又想提高生活质量怎么办呢？大部分人会选择用电，但是代价很大。所以，现在有没有这样一个解决方案？既能满足老百姓高品质的生活需求，同时又是节能的、清洁的、老百姓消费得起的。这个问题有待进一步思考。

 

新一代电力系统要最大化地提高能源综合利用效率

 

Q： 能源互联网可为传统电网提供哪些可行的发展路径？

周孝信：传统电力系统本身就具有互联网特性。在电源侧，传统电力系统中各类一次能源发电和分散化布局的电源结构，通过大规模互联的输配电网络，连接千家万户，具有天然的网络化基本特征；而在负荷侧，传统电力系统终端用户用电早已实现“即插即用”，电力用户根据需要从网上取电，具有典型的开放和分享的互联网特征。但是，传统电力系统不支持用户分布式电源的“即插即用”，无法实现用户与电网之间能源和信息的双向流动，且不适应多种形式能源的协同互补，提高能源利用率的能力受限。因此，传统电力系统不能适应分散化布局用户能源电力的市场化，为能源电力用户服务的能力受限。

能源互联网的提出，为传统电力系统解决上述问题提供了可行的发展路径。能源互联网是以可再生能源为优先、电力能源为基础、各种能源协同互补、供给与消费协同、集中式与分布式协同及大众可参与的新型生态化能源系统。利用能源互联网，可提高可再生能源比重，促进互联网与能源系统的深度融合，实现多元能源的有效互补与高效利用。

Q： 新一代电力系统发展优势和目标是什么？

周孝信：新一代电力系统继承了传统电力系统中天然的网络化基本特征，发展了传统电力系统终端用户用电的“即插即用”，支持用户分布式发电上网，实现了能源和信息的双向流动，具备完整的开放、分享的互联网特征。新一代电力系统在源端能源基地和终端消费网络支持多种形式能源的协同互补，可大幅度提升能源的综合利用效率，提升可再生能源的消纳能力。

基于传统电力系统具有典型的互联网特征，与信息互联网进一步广泛融合，以互联网思维改造传统电力系统，与信息通信技术深度融合，建设能源互联网，是构建新一代电力系统的关键步骤。

因此，新一代电力系统的理念和目标与能源互联网高度契合，其核心目标都是要解决我国能源革命的首要问题，最大限度开发利用可再生能源，最高程度提高能源综合利用效率，实现能源系统的可持续发展。