Agricultural organic wastes
0.2 1.4 3.0 4.0
Plant from Energy Agriculture
0.1 0.4 0.7 0.8
Marginal land development and utilization of plant
0.0 0.5 1.0 1.0
Total Available
5.0 5.3 7.3 9.7 10.8 2.8 3.3 5.5 8.2 9.8（5亿千瓦）
From Dr. Chuangzhi Wu, IET-CAS
Digester Tanks Shunyi LivestockFarm
水电资源—短时（以小时和天为单位 ）可储存资源
解决问题的方法
改变电网的结构和运行模式：多层次直流电网； 采用超导与新材料的电气设备，改善电网物理基础； 采用信息技术，提高电网的智能化程度。
未来电网运行模式—从交流到直流：直流输电网
不存在交流输电网的稳定性问题，适合于构造超大规模电力网 络，特别适合于不稳间歇性、不稳定性电源的规模化接入，电网 的运行与电源动态特性无关—可更加方便接入不同类型的电源；
中国 理论可开采量达到6.9亿千瓦； 技术可开采量达到5.4亿千瓦（约为当前 电力装机的50%）
电动汽车充电—储能及可调度资源（负荷与电源的互补性）
中国—2050年
—汽车保有量4亿辆； —其中电动汽车2亿辆； —每天有4000-5000万辆汽车需要充电； —充电负荷约为4亿—5亿千瓦。
电动汽车充电：作为储能与可调控资源，可 以与电源实现互补。
直流输电：输电距离远、（单位输送功率）造价低、网络损耗 相对小、可单极运行（另一极发生故障时）、对环境无电磁干扰、 控制灵活（容易实现潮流双向流动控制）等。
未来电网运行模式—从交流到直流：直流配电网
直流负荷将占相当大的比重
信息设备-直流供电； 照明—LED大量使用； 电动汽车—直流充电； 加热、电镀、电解等；
7.2 × 1010 kW
= 5.5 1.3 × 1010 kW
3.0 × 1024 joule/a 3.0 × 1020 joule/a
= 10,000
新能源发展对未来电网的影响
可再生能源区别于化石能源的主要特征
受天气的影响，不可调度（间歇性、波动性）； 分散性，但负荷密集区却缺少能源； 一般不能通过交通工具输送（生物质除外）； 资源多样性（光、风、地热、水力、海洋能）； 发电方式差异较大（例如，光伏无机组惯性）； 无法储存（生物质除外，水力可短时储存）； 资源具有时空互补性； 主要利用方式是发电。
电动机负载：直流供电更具优势；
目前，高效电机运行为：AC/DC/AC模式
未来电网运行模式—从交流到直流：直流微电网
屋顶和园区光伏—直流模式； 储能系统与电动车—直流模式； 负载—直流模式主导。
国内外同行的共识
香山科学会议第436次学术讨论会上，国内电气工程领域众 多院士和学者对于未来电网发展趋势达成的认识：
Subject/Time
2006 2010 2020 2030 2050
Existed Bio-Mass Energy
5.0 5.0 5.0 5.0 5.0
Used
2.2 2.0 1.8 1.5 1.0
Available
2.8 3.0 3.2 3.5 4.0
Expected Increment
0.0 0.3 2.3 4.7 5.8
局域电网；
区域电网；
广域电网；
目前，我国电网已经基本形成了“西电东送、南北互供、全国联网”的总 体格局，已经覆盖了全国大部分地区，成为世界最大的电网之一。2012年， 我国发电总装机容量已经接近12亿千瓦，年总发电量接近5万亿度，
现代电网的主要特征与存在的问题
主要特征：交流模式、跨区互联、发电资源可调度、电源以大 型发展厂为主、用户侧无电源、发-输-配-用各环节可通过自动 调节设备实现供需平衡。
1887年，特斯拉研制出世界第一台无电刷交流电感 应马达；1897年，西屋公司在尼亚加拉水电站的首 台交流发电机（10万马力）投入运行，并奠定了现 代电网的基础。
Thomas Edison
Nikola Tesla George Westinghous
电网的发展历史与现状
广义的电网是从发电设备到用电设备的各个环节 的统一整体。
存在的问题：电网结构、安全稳定性、电能质量和电网效率。
发电厂
升压站
输电线路 照明、动力
配变
枢纽、降压站 配电线路
新能源发展对未来电网的影响
可再生能源时代1.0
柴薪、风力、水力、太阳能
化石能源时代
煤炭、石油、力、生物质
1、核能在2050前难以成为主导； 2、可再生能源总量丰富； 3、可再生能源发展迅速； 4、国际上的一些预测；
未来电网的发展趋势
肖立业 中国科学院电工研究所
2014年11月18-21日
报告内容
电网的发展历史与现状 新能源发展对未来电网的影响 未来电网运行模式—从交流到直流 超导与新材料技术在未来电网中的应用 信息技术在未来电网中的应用 未来电网发展所涉及的技术与产业
电网的发展历史与现状
1879年，爱迪生发明了直流发电机，并提出了直流 供电系统；
未来电网的基本形态：大电网与微网并存
广域大电网：有机整合各种可再生能源的时空互补性 ，并实现资源密集区的电力向负荷密集区的大容量远 距离输送；
分布式电源和微网：就地利用分散资源，保障用户供 电安全可靠性，并可向大电网“上传”多余电力。
新能源变革对未来电网所带来的重大挑战
交流电网安全稳定性问题更加突出； 实时功率平衡—实时供需平衡； 远距离输送能力的提升； 功率双向流动； 大量分布式电源与微网接入； 负荷特性变化（直流负荷）； 多种资源综合优化利用； 电网的运行效率。
我国风能资源的空间互补性 （IEE-CAS）
2014年10月31日Friday
8
我国太阳能资源的空间互补性
March 26, 2010 September 14, 2010
生物质资源—长时可储存资源（可替代储能响应需求）
The potential of Bio-mass energy in China, Unit=100MTce