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摘要：  隨著可再生能源的比重日益提高，輸電網(wǎng)可能會出現(xiàn)交流網(wǎng)和直流網(wǎng)共存的局面。隨著直流電網(wǎng)技術(shù)日趨成熟以及負(fù)載對直流供電需求的增加，最后電網(wǎng)可能逐漸演變成以直流為主導(dǎo)的模式。

關(guān)鍵字：  可再生能源，輸電網(wǎng)，直流電網(wǎng)技術(shù)

隨著新能源和高科技的興起，關(guān)于直流電與交流電能否協(xié)同發(fā)展的問題引發(fā)行業(yè)大探討。

肖立業(yè)，中國科學(xué)院電工所所長，他和他的團(tuán)隊(duì)是為數(shù)不多的在國內(nèi)專注研究直流電的專家團(tuán)隊(duì)之一。肖立業(yè)一直對直流電的前景充滿了憧憬，他認(rèn)為隨著可再生能源的比重日益提高，輸電網(wǎng)可能會出現(xiàn)交流網(wǎng)和直流網(wǎng)共存的局面，隨著直流電網(wǎng)技術(shù)日趨成熟以及負(fù)載對直流供電需求的增加，最后電網(wǎng)可能逐漸演變成以直流為主導(dǎo)的模式。對此，肖立業(yè)所長接受了記者的專訪。

記者：隨著新能源和高科技的興起，直流電又重回人們的視野，您怎么看直流電的回歸?

肖立業(yè)：現(xiàn)有交流大電網(wǎng)存在安全穩(wěn)定性問題。具有間歇性和波動性特點(diǎn)的可再生能源大量接入電網(wǎng)后，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性、輸送能力的提升、雙向功率流動與控制等都將面臨更大的挑戰(zhàn)。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)定性問題將會更加突出。

第一，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)的穩(wěn)定性將受到威脅。

第二，由于可再生能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)而對交流電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行帶來重大挑戰(zhàn)。

第三，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，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(yùn)行模式與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也將是未來電網(wǎng)面臨的重要課題。

第四，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，電動汽車將采用電池)，這就使得未來電網(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。

記者：就新能源而言，直流電的優(yōu)勢是什么?

肖立業(yè)：發(fā)展直流電網(wǎng)技術(shù)，將從根本上解決電網(wǎng)所面臨的挑戰(zhàn)。直流電網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的重要方向和未來發(fā)展趨勢，歐美國家已經(jīng)制定計(jì)劃采用直流電網(wǎng)解決海上風(fēng)電的接入問題。

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;另外，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(diǎn)。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(fù)荷對直流電源的需求將占相當(dāng)大的比重，例如電動汽車、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)荷電動機(jī)，如果采用直流供電的話，不但可以降低電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的造價，而且可以提高電機(jī)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(yùn)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(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。

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記者：匹茲堡大學(xué)“電力與能源計(jì)劃”的負(fù)責(zé)人提出，在20年內(nèi)，我們的電力總負(fù)載的50%將是對直流電的消費(fèi)。您怎么看未來直流電的發(fā)展?

肖立業(yè)：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(yùn)行模式方向發(fā)展。隨著信息技術(shù)、半導(dǎo)體照明技術(shù)、高效電機(jī)技術(shù)和電動汽車技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，未來電力負(fù)載將需要越來越多的直流電力供應(yīng)。這對當(dāng)前的配電網(wǎng)也將帶來新的挑戰(zhàn)，發(fā)展直流配電網(wǎng)因此將成為可能的方向。

記者：您和您的團(tuán)隊(duì)在直流電領(lǐng)域取得了哪些進(jìn)展?預(yù)計(jì)應(yīng)用的前景如何?

肖立業(yè)：目前，電工所對未來電網(wǎng)從交流模式向直流模式過渡的可能性和合理性做了初步的分析研究，同時，就我國廣域范圍可再生能源資源的時空互補(bǔ)性做了調(diào)查分析研究。在此基礎(chǔ)上，我們提出未來直流電網(wǎng)整合廣域資源時空互補(bǔ)性所需要的合理網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的初步方案。同時，我們正在開展未來直流電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)研究，在超導(dǎo)直流輸電技術(shù)方面，我們已經(jīng)建成了360米、萬安培級的超導(dǎo)直流輸電示范工程，在分布式直流電網(wǎng)方面，我們已經(jīng)啟動了基于多種能源互補(bǔ)(含多種儲能系統(tǒng))的直流電網(wǎng)示范系統(tǒng)的建設(shè)，該分布式直流電網(wǎng)不僅是一個示范系統(tǒng)，同時也將為模擬大型直流電網(wǎng)的動態(tài)特性提供實(shí)驗(yàn)平臺。

記者：有一種預(yù)測稱，從高壓電線直接到底端用戶的直流電傳輸?shù)氖状螌?shí)現(xiàn)并不遙遠(yuǎn)，尤其是在那些正在興建新的電力基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展中國家。并且推斷中國在3-5年內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。您怎么看這種觀點(diǎn)?

肖立業(yè)：從技術(shù)上講，簡單地實(shí)現(xiàn)從高壓電線直接到底端用戶的直流電傳輸，并不是一件難事，而光是做到這一點(diǎn)也沒有什么實(shí)際的意義。困難在于如何構(gòu)造一個從輸電、配電到用電的直流電網(wǎng)，從而為未來能源發(fā)展服務(wù)。

未來的配電我認(rèn)為也是向直流方向發(fā)展，因?yàn)槲覀兊挠布O(shè)備好，直流負(fù)荷占的比重會相當(dāng)大。照明是直流電，電動汽車也是直流充電，加熱、電鍍、電解，都需要直流電。同時電動機(jī)都要把交流先變成直流，最后再變成電機(jī)所需要的交流。因此如果這個電網(wǎng)本身就是直流供電的話，那么電機(jī)就省了AC到DC的環(huán)節(jié)，所以電機(jī)的造價也降低了，運(yùn)行效率也更高了。

記者：大規(guī)模推行直流電，從技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上分別看會遇到哪些阻力?

肖立業(yè)：從技術(shù)上講，一方面，需要重點(diǎn)突破構(gòu)造直流電網(wǎng)所需要的快速直流開斷技術(shù)、多端直流輸電用的高壓大功率電力變換技術(shù);另一方面，直流電網(wǎng)的理論基礎(chǔ)(如安全穩(wěn)定性理論、可靠運(yùn)行定則、數(shù)學(xué)建模與仿真)也需要取得系統(tǒng)性的突破。從經(jīng)濟(jì)方面講，完全替代交流系統(tǒng)需要更換接入電網(wǎng)的所有以交流運(yùn)行的設(shè)備，因此需要付出巨大經(jīng)濟(jì)代價。因此從直流向交流過渡將是一個長期的過程。

記者：現(xiàn)在，在中國高壓直流只是點(diǎn)對點(diǎn)連接，還沒實(shí)現(xiàn)高壓直流輸電線路之間的互聯(lián)，您認(rèn)為何時能實(shí)現(xiàn)?有哪些困難?

肖立業(yè)：要實(shí)現(xiàn)高壓直流輸電線路間的互聯(lián)，需要解決一系列科學(xué)技術(shù)問題。根據(jù)周孝信院士牽頭召開的第436次香山科學(xué)會議，大家討論認(rèn)為：隨著技術(shù)的發(fā)展，也許2030-2050年左右，我國會出現(xiàn)交流網(wǎng)和直流網(wǎng)相融合的混合電網(wǎng)模式。

我認(rèn)為中國未來的直流電網(wǎng)的構(gòu)造模式，就是構(gòu)建一個全國統(tǒng)一的、多層次的直流環(huán)形電網(wǎng)。這個環(huán)形電網(wǎng)上面，可以把不同的電源和負(fù)載都接到上面，通過環(huán)形電網(wǎng)進(jìn)行有機(jī)的整合和控制。不同區(qū)域的環(huán)網(wǎng)可以有機(jī)的通過輸電線路連接起來，全國性的骨干網(wǎng)絡(luò)可以再和國外相互聯(lián)系，為構(gòu)建跨國電網(wǎng)打下一個很好的基礎(chǔ)。

記者：未來直流電和交流電的發(fā)展將面臨怎樣的格局?

肖立業(yè)：隨著可再生能源的比重日益提高，輸電網(wǎng)可能會出現(xiàn)交流網(wǎng)和直流網(wǎng)共存的局面。隨著直流電網(wǎng)技術(shù)日趨成熟以及負(fù)載對直流供電需求的增加，最后電網(wǎng)可能逐漸演變成以直流為主導(dǎo)的模式。