奋力攻关，突破在望

（1）智能电网技术装备

未来的电网发展将面临诸多新课题：

一是如何适应新能源发电接入电网的要求。风能、太阳能、生物质能等新能源发电的加速发展，大量不稳定电源、分布式电源需要接入电网，给电网提出了新的要求。

二是如何提高电力设备利用率。电网峰谷差的增大，造成高峰负荷时电力短缺和总体电力设备能力过剩，需要积极引导用户合理用电，提高电力设备的利用率，实现电力工业的经济运行。

三是如何满足客户自主选择的需要。随着电力市场改革的深入，电力交易手段日益丰富，市场供需双方的互动将会越来越频繁。电网在电能质量和供电可靠性满足客户需求的同时，应能实现与客户的智能互动，以友好的方式适应客户的自主选择。

四是如何增强应对自然灾害的能力。2008年我国南方地区冰雪灾害的袭击及四川汶川地震都提醒人们，电网抵御严重灾害的能力亟需增强。

在此背景下，美国、日本、欧洲都提出了建设智能电网的目标，其理念是利用现代材料、信息、通信和控制技术提高电网效率，应对环境挑战，提高供电可靠性和电能质量，完善电力服务，实现与用户双向互动，适应可再生能源和分布式电源的接入，关注配电和用户环节的协调。

发展智能电网，顺应了未来经济社会可持续发展和用户对电力供应更加安全、优质、清洁的要求。相比传统的电力系统，智能电网更加强调开放、高效、安全、环保的理念。它的出现，势必带来电网技术的重大变革，引领电力工业和电机工业的发展方向。

智能电网一经提出，美国、日本、欧盟等国家和地区对此高度关注，将其作为国家战略的重要组成部分。欧洲于2005年成立了“智能电网欧洲技术论坛”，全面阐述了欧洲关于智能电网的发展理念和思路。2009年，美国提出了以智能电网为核心的美国能源战略。同年，由大型电力企业组成的电气事业联合会就公布了日本版“智能电网开发计划”，该计划以2020年应用上智能电网为目标。

我国在智能电网相关领域也开展了大量研究和实践，电网自动化、运行控制领域的装备及技术已居国际领先地位，光纤通信网络、管理信息系统已全面建成。智能电网试点工作已逐步开展。

我国智能电网的规划和构建，应根据自身能源资源的禀赋条件，按照国家能源发展战略并结合电网发展需要进行设计。我国智能电网要适应风能、太阳能等新能源发电接入的要求，满足用户对电力的灵活性、可靠性需求，满足节能减排、保护环境的需要，通过先进的信息技术、电网控制技术，实现电力在发电、输变电、配电、用电全过程中的数字化管理、智能化决策、互动化交易。

智能电网具有以下特征：

可靠：强大的电力输送能力和可靠的电力供应能力，减少大范围停电事故的发生概率，即使发生故障，也能够快速确定停电原因，恢复供电。可靠是智能电网发展的物理基础。

开放：既适应大电源接入，也适应分布式电源，特别是不稳定的可再生能源的接入，实现“即插即用”，无扰接入，有序退出。

安全：在自然灾害、外力破坏和计算机攻击等不同情况下，保证人身、设备、电网的安全。

高效：采用先进的实时监测、在线控制技术和需求侧引导，实现电网的优化运行、电力设施检修智能化管理和削峰填谷。

清洁：支持风能、太阳能等可再生能源的大规模应用，为用户提供更丰富的清洁能源。

自愈：通过对电网的实时监测、在线分析预测及自动控制，及时发现故障隐患，快速诊断，消除故障，自我恢复，避免发生大面积停电。

智能调度、智能变电站、智能小区、大容量储能设备、智能电器将是未来智能电网发展的重点。智能调度，是智能电网的中枢系统；智能变电站，是智能电网的基本功能元件；智能小区，是电网与用户互动的桥梁和纽带；储能设备，是电网的“蓄水池”；智能电器及电动汽车，是智能电网的终端用户，它既是用电设备，需要电网为其供电，同时电动汽车的蓄电池也可以作为储能设备，为电网提供电源。

图8-3 智能电网示意图

可以设想，未来我国智能电网将覆盖发、输、变、配、用电的全过程，实现从发电到用电所有环节的智能控制，既适应高效、洁净的煤电、核电等大电源接入，又方便各种可再生能源入网；电网的调度运行完全实现数字化管理、智能化决策；用户不再担心停电，可以根据实时的电价信息和清洁电力的供应情况，自主选择用电时段和用电量；用户既可以是电力客户，也可以成为风能、太阳能、氢电池、生物沼气等小型电力供应商，比如家庭的太阳能屋顶发电，将可以与电网实现互连，实现富余电能的回售；携带芯片的充电装置，将在公共插座上实现买电或售电的交易行为；携带芯片的家用电器和其他电力用户设施，将实现遥控管理；电动汽车，可以方便实现即插即用，也可以根据电价信息，选择充电和回售电力时段；电网，可以根据负荷变化情况，自动安排电力设施的检修，实现智能化管理，从而提高电网的运行效率。

智能电网的发展，将会带动相关产业产品的开发与创新。智能化电表、家庭和小区使用的分布式发电装置以及相应的控制技术的革命，将推动新能源发电装备的升级换代。智能电网也将在很大程度上改变人们的生活方式，使生活变得更加健康、有效和简洁。

未来10～20年，将是我国智能电网及其装备实现重大突破并蓬勃发展的时期。伴随着世界电机工业变革的浪潮，中国的智能电网将以崭新的面貌出现在世界东方，给中国电网带来革命性的变化。

（2）新型大容量储能技术装备

未来智能电网的建设，需要解决大规模新能源接入电网所带来的电压、频率等电能指标随机性变化、波动性较大的问题，不断改善电能质量，提高供电可靠性。因此，对电网的调峰电源提出了更高、更迫切的要求。(www.xing528.com)

新型大容量储能技术，能有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化，改善电能质量，使大规模风电及太阳能发电方便、可靠地并入常规电网，同时它更加注重节地、节能、减排的效果。

大容量储能技术的应用，可提高电网的运行稳定性和运行效率，将给传统电机工业带来重大影响，并在未来电力系统中发挥重要作用。

近年来，储能技术的研究和发展受到各国重视。美国政府已将大规模储能技术定位为支撑新能源发展的战略性技术，在美国能源部制定的关于智能电网资助计划中，储能技术项目超过了其他所有项目，获得了最大的资金支持力度。日本已有多套大容量储能装置投入应用。

大容量储能技术主要有物理储能、化学储能和电磁储能三大类。物理储能包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能，化学储能包括铅酸、镍氢、锂离子、钠硫、液流和金属空气等化学电池储能，电磁储能主要指超导磁场储能。其中，除抽水蓄能外，其他的各种储能方式在技术原理、关键材料、关键设备和规模化应用等方面均有待攻关突破。

物理储能中，压缩空气储能具有大规模应用的优势，但目前效率仍较低（约40%），需要依赖大型岩洞等地理条件。针对这些问题，科研人员提出了超临界的压缩空气储能系统方案，它具有效率高、能量密度大、不依赖大的储存装置、运行安全和环境友好等优点，具有广阔发展前景。飞轮储能具有储能密度高、循环寿命长、易维护、无污染的特点。未来，飞轮储能在高速低损耗轴承技术、真空技术和相关材料工艺等方面仍有待突破。

化学储能中铅酸和镍氢电池技术已经非常成熟，但由于循环次数少、充放电存在记忆特性，在电网的兆瓦级储能上鲜有应用。目前，锂离子电池的规模化生产技术日趋成熟，锂离子储能电池能更好地满足电网储能要求，但在进一步提高能量密度和单体一致性等方面仍有待提高。钠硫、液流电池技术具有大规模应用的优势，已在安全性、能量转换效率和经济性等方面取得了突破，产业化应用条件也日趋成熟，被视为新兴、高效且具广阔发展前景的大容量电力储能电池。当前，钠硫电池储能密度为140千瓦时/米³，是铅酸电池的5倍，循环寿命超过6000次。液流电池可以100%深度放电，储存寿命更长；同时，储能系统的功率和容量相互独立，可通过增加电解液的量或提高电解液的浓度达到增加电池容量的目的，电解液的储存可根据场所特点灵活设计。另外，锌空气、铝空气、锂空气等金属空气电池也逐渐步入了产业化阶段，金属空气电池具有能量密度高、重复利用灵活方便等优势，但目前整体系统效率较低（一般在40%左右），技术上仍有待发展。我国储能电池的研究基本与国际同步，部分企业已掌握大规模储能的关键技术，拥有自主知识产权。目前，中国科学院上海硅酸盐研究所，成功研制出具有自主知识产权的容量为650安时的钠硫储能单体电池，使我国成为继日本之后世界上第二个掌握大容量钠硫单体电池核心技术的国家，并已建成2兆瓦大容量钠硫单体电池中试生产示范线。我国比亚迪（BYD）公司也于2009年9月在深圳建成采用磷酸铁锂电池的1兆瓦（4兆瓦时）电池储能示范电站，为大容量储能技术的发展做出了有益探索。

电磁储能，已有少数超导磁储能系统在电网中得到了初步应用，在维持电网稳定、提高输电能力和用户电能质量等方面可发挥作用。

图8-41 兆瓦电池储能电站

高效率、低成本、长寿命、无污染是大容量储能新技术发展的方向。随着我国风能、太阳能等新能源发电技术的蓬勃发展以及智能电网的构建，新型大容量储能技术已经迎来了逐步成熟、走向实用化和产业化的最佳发展时期。随着国家鼓励新能源发展各项政策的实施，在未来10年左右，大容量化学储能技术有可能实现重大突破，为我国电机工业的可持续发展做出更大的贡献。

（3）电气化交通技术装备

未来10年左右，以电气化交通为代表的大容量用电装备，将在技术水平、产业规模等多方面实现新突破，在电机工业的发展中，也将占据越来越重要的地位。

以燃油驱动的传统交通工具的广泛应用，带来了燃油紧张、尾气污染等一系列问题，成为经济社会可持续发展过程中亟待解决的重大课题。洁净的电气化交通是绿色、低碳社会交通发展的重要方向。电气化交通主要包括电动汽车、城市轨道交通、电气化铁路与磁悬浮交通。

电动汽车已成为电气化交通发展的重点关注领域。电动汽车产业包括车辆工业、蓄电池电源工业及充电基础设施产业。我国从2001年起在“863”计划中列入了“电动汽车技术”专项，电池、电机、电控等关键技术已取得了可喜进展。插电式混合动力汽车，已形成一定开发能力，正向产业化、市场化转变；纯电动汽车，整车性能与国际水平相当，并进入运营示范阶段；燃料电池汽车，也建立了技术平台，正在研发探索中。2008年奥运会期间，北京市开展了当时世界最大规模的电动汽车示范运行。2010年世博会期间，在上海世博园有1000多辆包括纯电动、超级电容、燃料电池等形式的新能源汽车投入运行。未来10年左右，电动汽车产业的发展将围绕若干关键总成的开发和制造展开，在动力电池等关键领域取得突破，从而促进电动汽车产业又好又快发展。

图8-5 电动汽车及充电站

我国城市轨道交通起步较晚，到2000年年底，仅有北京、天津、上海和广州四市共205千米的运营线路。进入21世纪以来，随着城市化进程的加快，大城市轨道交通发展迅速，促进了城市轨道交通产业的快速成长，国产化也取得了显著成果。2010年年末，京、津、沪、渝等13大城市的通车里程达到1469千米；2015年年底，全国通车里程将超过3000千米；2020年年底，有望达到6000千米以上。随着新型城市轨道交通技术的研发和装备自主化战略的进一步实施，我国城市轨道交通有望在设备技术水平和产业规模上实现新突破，逐步形成完整而具有世界先进水平的轨道交通产业。

电气化铁路也是电气化交通的重要组成部分。2010年年底，我国电气化铁路里程达4.2万千米，承担着铁路客货运量的50%。展望2020年，全国铁路电气化率将达到60%以上，总里程7万千米左右。近年来，高速铁路快速发展。2008年8月，中国第一条高速铁路——京津城际铁路投入运行。2009年12月，武汉至广州高速铁路建成通车。北京至上海全长1318千米的世界最长、标准最高的高速铁路，于2011年年中投入试运行。预计到2020年，时速200千米及以上的高速铁路运营里程，将接近1万千米。未来10年左右，通过有针对性地研发出一大批适用性产品，中国高速铁路将引领世界潮流，从而带动我国电力机车、驱动电源与控制、供电产业的发展。

此外，大型煤矿与金属矿专用的特种重型车辆——大型矿用电动轮自卸车，过去长期依赖进口。近年来，在国家的鼓励支持下，国内企业加大自主创新力度，实现了核心技术和系统集成能力的突破。其中，湘电集团在108吨、154吨自卸车国产化技术基础上，陆续研制成功具有完全自主知识产权的220吨、300吨交流传动矿用电动轮自卸车，220吨自卸车已出口澳大利亚力拓公司，标志着我国大型露天矿运输设备制造业技术已经达到国际先进水平。同时，湘电集团正在研发320吨、400吨自卸车，有望形成交流化、智能化的108吨～400吨系列产品。

图8-6 湘电集团SF35100型300吨交流传动矿用电动轮自卸车

（4）第四代核电技术装备

在第三代核电技术逐渐成熟的同时，人们把目光又投向更远的未来，第四代核电技术研发也正在积极进行中。

第四代核能系统具有经济性好、安全性高、废物产生量少、无需场外应急、核扩散防控严格等特点。2000年，以美国为首的核电技术先进国家成立了第四代核能国际论坛，提出了第四代核能系统研究的开发计划，并选出六种堆型，即高温气冷堆、气冷快堆、超临界水冷堆、钠冷快堆、铅冷快堆和熔盐堆作为优先研究开发对象。在这六种候选堆型中，我国在高温气冷堆、钠冷快堆和超临界水冷堆方面，已开展了基础研究工作。目前，中国原子能科学研究院热功率达6.5万千瓦的中国实验快堆——钠冷快堆在进行提升功率实验后已并网运行。

高温气冷堆具有固有安全性，可用于发电、工业供热及规模化制氢。我国已研发出具有第四代特征的模块式高温气冷堆核电站，技术水平处于世界前列。在国家中长期科技发展规划中，已设立“大型先进压水堆和高温气冷堆核电站”重大专项。可以预计，通过高温气冷堆示范工程建设，在国际第四代先进核能技术竞争中，我国将争取到有利地位。

超临界水冷堆具有热效率高、系统简化、功率大、核燃料利用率高等突出优点。目前，通过国家重点基础研究计划“973”等渠道，正在开展超临界水冷堆基础研究工作。

同时，国内外还提出了行波堆等新型核反应堆的设计思路，也引起了有关方面的关注。