《能源革命中电网技术发展预测和对策》针对能源革命中电网发展面临的挑战,从未来能源发展的战略与布局、电网发展的需求与态势、技术发展的方向与应用出发,找出对电网发展影响**的关键因素和关键技术,评价新技术在电网发展中的应用前景,提出未来至2050年电网技术发展的趋势和应对策略。同时,根据对我国未来中长期能源电力供应和需求及电力传输需求的估计,对影响未来电力传输网络发展的新技术进行预测,探索未来电源和电网的发展模式,解决发电能源种类及资源和消费分布不均衡状况,以引导电网科学发展,促进能源电力和国民经济的可持续发展。
《能源革命中电网技术发展预测和对策》可供国家能源电力系统管理者和发展战略规划制定者使用,也可供从事能源电力发展特别是电网技术开发科研工作者参考,还可供相关专业师生阅读。
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《能源革命中电网技术发展预测和对策》可供国家能源电力系统管理者和发展战略规划制定者使用,也可供从事能源电力发展特别是电网技术开发科研工作者参考,还可供相关专业师生阅读。
第一篇
总 论 篇
项目负责人 ：周孝信 程时杰
项目参加人（按姓氏拼音排序）：
专家组 ：程时杰 韩英铎 韩祯祥 雷清泉 卢 强 王锡凡 严陆光 余贻鑫
郑健超 周孝信
工作组 ：白晓民 何金良 胡学浩 黄少峰 贾宏杰 江道灼 来小康 雷清泉
李柏青 李亚楼 梁 军 梁曦东 林集明 刘建明 刘应梅 卢 强
鲁宗相 梅生伟 荣命哲 孙宏斌 孙华东 孙元章 汤 涌 田 芳
王成山 王伟胜 王锡凡 王秀丽 文劲宇 肖立业 叶 骏 于坤山
郑健超 周勤勇 周孝信
**章 新能源革命和电网的使命
能源是人类赖以生存和发展的*基本的物质基础，是现代社会运行的动力之源，是经济发展的基本保障。能源的开发利用极大地推动了世界经济的发展和人类社会的进步，是人类文明进化的重要标志。能源、材料、信息被认为是现代社会的三大支柱，其中能源是一切活动的基础。能源之于社会，就如粮食之于人类。在新的技术革命的热潮中，虽然信息产业正以惊人的速度迅猛发展，但能源对世界经济的影响仍稳居首位。
**节 能源发展的历史
纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进利用和更替（国务院新闻办公室，2007）。能源革命主要是指在能源开发利用和加工转换的过程中取得的重大突破。能源发展历史上一共发生了四次能源革命，推动着人类能源利用水平的不断提高，人类所能利用的能源种类也越来越多。能源革命使人类的能源消费结构发生了巨大的变化，尤其在工业革命以来近150年的时间里，先后出现了煤炭高峰、石油高峰、核电兴起等历史过程（Zable，2002），如图1-1所示。以主力能源更替来划分，人类已经经历了三个能源时期，即薪柴时期、煤炭时期和石油时期。进入21世纪，能源系统呈现出一种多元化的局面。
一、**次能源革命——火
发现和学会使用火是人类发展史上的重大事件，是人类文明的标志之一。钻木取火是人类在能量转化方面*早的一次技术革命。从利用自然火到利用人工火的转变，这是人类的**次能源革命。人类社会从此进入了以薪柴作为主要能源的时代。人类利用薪柴、树木燃烧获得热能，在机械能方面则依赖于风力、水力和畜力等自然动力的简单利用。在漫长的“薪柴时代”中，木材一直在世界一次能源消费结构中占据首位。
在后来发生的几次能源革命之后，以薪柴为代表的生物质能仍然是世界能源体系的重要组成部分，为发展中国家和农村等现代商品能源尚未或不易发展的地区中的人们提供能源支持。
二、第二次能源革命——化石能源
第二次能源革命是以化石能源取代薪柴成为主体能源的过程。第二次能源革命的**次高潮缘起于18世纪60年代英国的产业革命，其结果是使世界能源结构发生了**次大转变，从薪柴转向煤炭。实际上，煤炭很早就被人类发现并开采利用，但主要用途与薪柴是一致的。而且因为生产力低下，人类对能源的需求不大，薪柴已经足够使用，煤炭在能源消费中的比例很小。在产业革命对动力设备的需求促进下，1769年詹姆斯?瓦特发明了蒸汽机，实现了热能向机械能的转变。蒸汽机的发明是人类利用能量的新里程碑，也被认为是人类历史上的**次技术革命。蒸汽机需要大量燃烧，煤炭开始被广泛利用，这两方面相互作用推动了蒸汽机的大量推广使用。煤炭开发利用的另一个重大进步是炼钢工业的发展和成熟。1709年开始利用焦炭炼钢，1770年用焦炭冶炼出**批有价值的钢铁，冶金工业的发展带来了材料的革命。这为蒸汽机的发明乃至生产奠定了基础。蒸汽机的大量使用与采矿、冶金工业的蓬勃兴起，铁路和航运的发展乃至发达等因素相互促进，形成了纺织、机械、化学、冶炼钢铁、煤炭采矿等近代大工业体系，社会劳动生产率极大提高。自此人类进入以蒸汽机为代表的机械化时代，逐步以机械动力大规模代替人力和畜力。在这个过程中，近代煤炭工业得到迅速发展，煤炭作为主要的动力能源，成为工业化的动力基础。同时煤气灯的发明结束了黑暗长夜，使人类的照明方法向前迈进了一大步。从1860年到1920年，世界煤产量从1.36亿t增至12.5亿t，增长了8.2倍，占世界一次能源消费的比例从24%上升到62%。从此煤炭成为第二代主体能源，人类进入“煤炭时代”。
1859年，美国人德雷克在宾夕法尼亚州打出世界上**口油井，揭开了石油工业大规模商业开发的序幕。随后俄国也开始开采石油，并在1897～1906年铺设了**条输油管道。石油的大规模开发为内燃机的发展提供了基础。1876年德国人奥拓发明了火花点火四冲程内燃机。1886年德国人本茨和戴姆勒研制出以液体石油为燃料、以内燃机驱动的**辆汽车。石油开采和内燃机发展互为需求，形成世界能源革命的第二个高潮。内燃机为整个工业社会提供了前所未有的动力，为汽车、轮船、内燃机车、飞机、坦克等发明创造了条件。人类进入大规模利用石油的摩托化时代，以内燃机为动力的移动式机械得到广泛应用。从此世界越来越“小”，交通便利，贸易不断扩展，现代工业和经济得到快速发展。石油以不可思议的力量彻底改变了人类的生活，整个20世纪可以说是石油的世纪。天然气随着石油的开采利用被人们所发现，也逐渐成为重要的能源之一。20世纪20年代发明了管线焊接技术，制成了大直径有缝钢管，为石油特别是天然气的远距离输送提供了条件。50年代初，首先在美国，而后在中东、北非等地相继发现巨大的油田和气田。发达国家的能源消费逐渐从煤炭向石油和天然气过渡。
1965年，在世界能源消费结构中，石油首次取代煤炭占据首位，成为第三代主体能源，世界进入“石油时代”。1979年，世界能源消费结构中石油占54%，天然气和煤炭各占18%，石油成为**的主力能源，标志着能源结构的第二次转变完成了。
2000年世界一次能源供应总量构成中，石油占34.8%，煤炭占23.5%，天然气占21.1%，三者之和将近80%（王革华，2005）。而在全世界终端能源消费中，2008年化石能源共占2/3，其中石油、天然气、煤炭分别占41.6%、15.6%和9.8%（IEA，2010a）。化石能源成为世界能源的**主体，石油、天然气和煤炭成为当今世界能源体系的三大支柱。
今天，石油已经成为一个国家综合国力和经济发展程度的重要标志，成为国家安全、繁荣的关键和文明的基础。石油是所有工业化国家的经济生命线，是现代工业的“血液”，是关系国家经济安全的战略资源。与煤炭在世界各地基本都有一定分布所不同的是，石油在全世界的分布极为不均衡。这导致石油成为一种全球战略资源。石油贸易在世界贸易中占有极为重要的地位，对国际进出口贸易平衡、国际收支平衡和世界金融市场稳定发挥着重要的作用。石油价格成为重要的国际经济指标，影响世界经济的方方面面。石油的战略性使它成为人们互相争夺和追逐的对象。20世纪以来，从**次世界大战到1991年海湾战争，一直贯穿着“石油权利”的较量。石油成为战争的导火索，既是战争争夺的对象，也成为影响战争进程的重要因素。作为全球石油**产地的中东地区，长期以来一直处于矛盾冲突的不安全形势中，并引发了1973年、1979年、1990年三次石油危机，对世界经济造成了极大的冲击。
三、电力革命
在第二次能源革命后半段的相同时期中，另一件意义重大的事件就是电力的发现和开发利用，即电力革命，这是继工业革命后的第二次技术革命。电力革命一般不纳入能源革命。19世纪初奥斯特发现电磁感应现象之后，在法拉第、麦克斯韦、赫兹等科学家的努力下，电磁理论得到不断完善。1834年俄国人雅可比制成了**台具有使用价值的电动机，标志着电能应用的正式开始。1879年爱迪生发明碳丝灯泡，为人类带来无限的光明，1882年在纽约建成世界上**座正规的直流发电站。1888年美国人特斯拉发明三相感应电动机和交流电传输系统。从此，电力作为新形式的能源得到广泛利用，电力取代蒸汽机，电器工业迅速发展。人类永远脱离黑暗，进入电气化时代。电气化程度已成为衡量社会文明发展水平的重要标志。
进入20世纪后，随着设计、材料和制造工艺的进步，电力的生产和应用更加飞速发展。大型发电机组和大规模交流电网a逐渐出现，形成了现代大电力系统的雏形，这是人类工程科学***重要的成就之一。全世界发电量从1951年的956.8亿kW?h增加到2000年的15.38万亿kW?h。到20世纪末，世界上已经建成若干个总装机容量超过亿千瓦、覆盖面积达到千万平方千米的大型现代电力系统。其年传输、分配的电力超过万亿千瓦时，为整个国家或地区数亿人民的生产、生活提供优质的电力。这种纵横千万里、传输庞大功率、有千百个网络节点交织密布的巨系统，要求高度的自动控制技术及设备进行状态检测、运行调度、自动保护、事故处理及系统管理，推动了系统控制理论、自动化技术的发展。
电能是人类社会中应用*广泛、使用*方便、*清洁的一种优质的二次能源，是迄今为止*理想的能源。电能以电磁场为载体，在传输上具有独特优势，可以高速远距离输送，传输损耗比机械能、热能的输送都小得多。同时，电能在生产、传输和使用中更易于调控。
电力来源广泛，可以通过已有的各种能源方便地转换得到（主要是通过机械能的中转），并因为可以集中大规模开发，所以能源转换效率比较高。电能的能源利用效率很高，在使用上具有其他能源无可比拟的优越性，可以方便地转化为光能、热能、机械能等各种能量形式实现终端利用，满足社会生产生活的种种需求。发电能源占一次能源消费的比例和电能占终端能源消费的比例，是电气化水平的两个重要指标。我国改革开放以来这两个指标快速上升，分别由1980年的a电网：狭义上是指电力系统中联系发电和用电的设施和设备，是输送和分配电能的中间环节的统称，主要由联结成网的输电、变电、配电设备及相应的辅助系统组成。广义上则泛指整个电力系统。本书中出现的“电网”，一般多指狭义电网，后面提到的“三代电网”则是广义电网。
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