中國儲能網訊：在新一代電力系統中，有很多新技術出現并迅速崛起，主要包括新能源發電技術、各類型儲能技術、電力電子技術、新型輸電技術、電力系統運行穩定性分析與控制技術以及新一代人工智能技術。隨著工業化、城市化進程的不斷加劇，資源的使用也在急速上升。為了讓企業和社會獲得可持續發展，為了給人們創造一個良好的生活環境，推進能源生產和消費革命的任務已經迫在眉睫。構建清潔低碳、安全高效的新一代能源系統，以實現最大限度地開發利用可再生能源、最高程度地提高能源利用效率，已成為我國能源轉型與革命的核心戰略目標。

電力系統的衍變

新一代能源系統是以電力為中心，以電網為主干和平臺，各種一次、二次能源的生產、傳輸、使用、存儲和轉換裝置以及信息、通信、控制和保護裝置直接或間接所構成的網絡化物理系統。總而言之，能源轉型的核心是新一代電力系統。

回顧電力系統的發展歷程，第一代電力系統是19世紀末至20世紀60年代，特點是小機組、低電壓、小電網和小規模，電網安全和供電可靠性低，此時的電源和電網處于初級發展模式。第二代電力系統是20世紀70年代至21世紀初，特點是大機組、超高壓和大電網，安全性和可靠性得以提高，但大電網停電風險依然存在，且仍然高度依賴化石能源，是一種不可持續的發展模式。

第三代電力系統是從21世紀初至21世紀中葉，以可再生能源和清潔能源發電為主（占比超過60%~70%），骨干電源與分布式電源結合，主干電網與局域配電網、微電網相結合。在這期間，供電可靠性大幅提高，基本可以排除用戶意外停電的風險，且是以非化石能源為主的綜合能源電力系統，是一種可持續的發展模式。

新一代電力系統的四大特征

第三代電力系統是100多年來第一代、第二代電力系統的傳承和發展，是新形勢下推動能源轉型發展、構成新一代能源系統核心的新一代電力系統。新一代電力系統主要有以下四大特征。

（1）擁有高比例的可再生能源

我國新能源近些年呈現爆發式增長，2005~2017年風電裝機容量增長近150倍，2010~2015年光伏發電裝機容量增長100倍，2015年后每年裝機量接近翻倍增長。未來，可再生能源發電量占比仍將逐步提高，預計2040年超過50%，2050年達到67%左右，逐步成為電力系統第一大主力電源。

（2）擁有高比例的電力電子裝置

隨著風力、光伏發電產業的快速發展，新能源大量替代傳統火電，風力、光伏發電裝機量持續增加，在總發電裝機容量中的占比不斷提高。預計2050年，風力、光伏發電總裝機容量占比將接近70%。與此同時，電力電子裝置在源端的應用將日益廣泛，如直驅式風力發電機組變流器、光伏電站與分布式光伏逆變器、非水儲能電站和分布式儲能逆變器。此外，超/特高壓直流輸電、柔性直流輸電和直流電網建設快速發展。 2010年以來，我國已先后投入了12條±800 kV以上電壓等級的特高壓直流工程，現在還有一條準東－皖南特高壓直流輸電線路沒有正式投運。截止2018年1月，在運±800 kV直流輸電線路已達20 647 km。在西電東輸的帶動下，將來的輸電容量還要繼續增大，線路還要繼續向前鋪設，因此電力電子裝置在電力系統的比例將會越來越高。另外，變頻負荷的大量使用也是其中一個特點，這將依賴于現代電力電子換流與功率控制技術。預計未來將有90%的電能需要經過電力變換后使用，含有電力變換中間接口裝置的多樣性、強非線性負荷數量將急劇增加。比如民用、工業和交通等各領域，都要使用電力電子裝置。

（3）多能互補的綜合能源電力系統

電力系統要擴展范圍，除了提供電力以外，在多種能源互補的情況下，未來將向綜合能源供應商的角色轉型。有兩方面內容，一是源端基地綜合能源電力系統，其中包括：水電、風電、光伏發電、靈活煤電等能源基地及儲能，通過直流輸電網實現多能互補向中東部輸電；通過電力供熱制冷、產業耗電及多種途徑就地消納；電解制氫、制甲烷就地利用或通過天然氣管道東送。二是終端消費綜合能源電力系統，其中包括：基于各類清潔能源滿足用戶多元需求的區域綜合能源系統和清潔能源微電網；主動配電網架構下直接面向各類用戶的分布式能源加各類儲能、新能源微電網；基于天然氣和清潔能源的分布式冷熱電聯產系統。

（4） 信息物理融合的智能電力系統

在能源互聯網中，信息系統和物理系統將滲透到每個設備，信息流通過系統網絡將與電力流進行有效結合。以電網為核心構建能源互聯網，整合各種可再生能源和傳統能源。這里很重要的一點就是互聯網思維和理念的滲透，不是單純的多能互補，而是要體現以用戶為中心來構建能源共享平臺，使信息流和電力流有效結合，真正實現開放、共享和高效用能。

新一代電力系統的關鍵技術

在新一代電力系統中，有很多新技術出現并迅速崛起，主要包括新能源發電技術、各類型儲能技術、電力電子技術、新型輸電技術、電力系統運行穩定性分析與控制技術以及新一代人工智能技術。

（1）高效、低成本的風力、光伏發電技術

光伏和光熱發電效率近年來不斷提升，主要得益于新材料的開發、制造工藝的改善以及光伏電池轉化效率的提升。另外，風/光發電成本持續降低，近十年來，我國光伏組件價格從每瓦近50元降至2.22元，逆變器從每瓦2元降至0.2元左右，光伏系統成本從每瓦60元降至5元左右，度電成本累計下降約90%，2018年光伏領跑基地最低中標電價已降低至0.31元/kW·h。風力發電方面，預計未來十年，我國陸上風電度電成本將下降約30%左右。

（2）高效、低成本及長壽命的儲能技術

儲能技術可以實現能源“斷點續傳”，支撐能源和信息的實時交互。在物理基礎層面，儲能可消納棄風棄光，助力可再生能源比例的提高；在價值實現層面，創新的價差套利模式，可提高系統綜合效益。近年來，電池儲能技術發展迅速。2018年，鋰離子電池的技術進步和成本下降將首次觸及循環壽命5 000次、系統成本1.5元/W·h的商業化應用拐點，下一步將可能實現循環次數大于15 000次、能源效率大于90%、系統成本少于1.0元/W·h以及度電成本少于0.2元的目標。隨著儲能系統綜合度電成本不斷下降和《關于促進儲能技術和產業發展的指導意見》等政策文件的相機發布，在電網峰谷電價差的引導下，以電化學儲能為主的用戶側分布式儲能得到迅速發展。

（3）高可靠性、低損耗的電力電子技術和新型輸電技術

電力電子技術的發展，提高了能源傳輸與分配的安全性、可控性，推動了能源互聯。新一代半導體技術——寬禁帶半導體技術的推廣應用，將極大推動電網中電力電子裝備的升級換代，有效推動直流輸配電網的建設和發展，對于新能源接入電網也將帶來極大改善。

（4）電力系統運行穩定性分析與控制技術

當大量的電力電子裝置和新能源接入電網之后，電網特性將發生重大變化，需要解決的問題也更加復雜。例如，直流輸電受端故障閉鎖引起的交直流輸電系統大范圍功率轉移、連鎖故障的分析與控制，系統慣性減少造成的頻率波動和頻率穩定的分析與控制，受端多饋入直流換相失敗再起動引起的電壓穩定問題分析、仿真和控制，隨著風電VSC等電力電子設備的增加，電力電子設備之間及與交流電網之間相互作用產生的寬頻振蕩現象，弱交流互聯下VSC-HDVC并網小信號穩定機理分析與控制，以及由于西電東輸引發的對仿真分析的需求等。過去數十年間，電網運行分析工作經歷了由省、區域電網獨立分析向全網一體化分析模式轉變的歷程，仿真手段也經歷了從單純的機電暫態仿真逐步向機電－電磁混合仿真以及全電磁仿真發展的過程，如今需要新一代的電力系統仿真平臺作為技術支撐。

（5）安全、高效及低成本的氫能生產儲運和應用技術

當前，國家戰略需求是實現能源清潔、可持續的供給，但煤炭、石油等化石能源的清潔利用難，風/光等新能源發電并網消納難，因此創新思路是：以氫為橋梁，構建高效、可靠和清潔的風/光－煤能源系統。氫儲能技術的應用，將為新能源的進一步開發利用提供新的思路。

（6）新一代人工智能技術

新一代電力系統能夠實現信息實時交互、網絡連接互動、多種能源協同以及需求實時響應。人工智能技術與電網應用技術的融合，將逐步實現智能傳感與物理狀態相結合，數據驅動與仿真模型相結合，輔助決策與運行控制相結合，從而有效提升駕馭復雜電網的能力，提高電網運營的安全性和經營服務模式變革。未來，機器感知、機器學習和機器思維等人工智能關鍵技術將得到廣泛應用，支撐電網的智能化發展。

新一代電力系統與能源互聯網

傳統電力系統本身就具有互聯網特性。在電源側，傳統電力系統中各類一次能源發電和分散化布局的電源結構，通過大規模互聯的輸配電網絡，連接千家萬戶使用，具有天然的網絡化基本特征；在負荷側，傳統電力系統終端用戶用電早已實現“即插即用”，電力用戶根據需要從網上取電，具有典型的開放和分享的互聯網特征。但是，傳統電力系統不支持用戶分布式電源的“即插即用”，無法實現用戶與電網之間能源和信息的雙向流動，且不適應多種形式能源的協同互補，提高能源利用率的能力受限。因此，傳統電力系統不能適應分散化布局用戶能源電力的市場化，為能源電力用戶服務的能力受限。

能源互聯網的提出，為傳統電力系統解決上述問題提供了可行的發展路徑。能源互聯網是以可再生能源為優先、電力能源為基礎、各種能源協同互補、供給與消費協同、集中式與分布式協同及大眾可參與的新型生態化能源系統。利用能源互聯網，可提高可再生能源比重，促進互聯網與能源系統的深度融合，實現多元能源的有效互補與高效利用。

新一代電力系統繼承了傳統電力系統中各類一次能源發電和分散化布局的電源結構，通過大規模互聯的輸配電網絡，連接千家萬戶使用，具有天然的網絡化基本特征。新一代電力系統發展了傳統電力系統終端用戶用電的“即插即用”，支持用戶分布式發電上網，實現了能源和信息的雙向流動，具備完整的開放、分享的互聯網特征。新一代電力系統在源端能源基地和終端消費網絡支持多種形式能源的協同互補，可大幅度提升能源的綜合利用效率，提升可再生能源的消納能力。此外，新一代電力系統在智能電網的基礎上，與信息技術深度融合形成的能源互聯網，為高比例可再生能源接入系統的調動控制、運行優化和市場化運作提供有力支撐，并進一步拓展了為用戶提供綜合能源服務的功能，是新一代電力系統的重要發展方向。

結束語

1）第三代電力系統是100多年來第一代、第二代電力系統的傳承和發展，是新形勢下推動能源轉型發展的新一代電力系統。

2）高比例的可再生能源、高比例的電力電子裝置接入電網、多能互補綜合能源以及信息物理融合智能化是新一代電力系統的顯著特征。

3）高效、低成本的風力、光伏發電技術，高效、低成本及長壽命的儲能技術等六類關鍵件技術的開發應用將有可能對新一代電力系統產生全局性影響。

4）在智能電網的基礎上，與信息技術深度融合，實現多能協同互補的能源互聯網，是新一代電力系統的重要發展方向。

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