薛禹勝院士在2015年7月10日第四屆中國電力發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新院士論壇上的演講激起與會者極大興趣與反響。應(yīng)小編之邀, 薛院士就其演講涉及的學術(shù)問題進行了問答式闡述?，F(xiàn)匯編于此, 以饗讀者。

一、如何看待電力工業(yè)在能源革命中的作用?

一次能源是指自然界中以原有形式存在的天然能源，包括化石類能源及可再生能源;用戶直接消費的能源形式則被稱為終端能源。將一次能源直接作為終端能源既低效，又不環(huán)保。為了使終端用戶可以直接使用原本難儲存或難輸送的可再生能源，或者使化石類能源的利用更高效、安全、清潔，都需要先將一次能源轉(zhuǎn)換為二次能源的形式，如電能、氫能等。其中，電能在終端能源中的占比往往被用來從一個側(cè)面衡量社會文明的程度。

中國必須盡快由高碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)向低碳經(jīng)濟， 能源的綜合優(yōu)化問題更為凸出。其要點是一次能源中的清潔替代及終端能源中的電能替代。如果不能實現(xiàn)能源的這兩個替代， 就無法持久地保障國家安全、環(huán)境安全及社會發(fā)展。而電力則是一次能源與終端能源之間的樞紐橋梁， 在能源的兩個替代中均處于核心地位。

二、怎樣理解電力的可靠性?

各種一次能源在其對應(yīng)類型的發(fā)電站中轉(zhuǎn)換為電能， 通過電網(wǎng)輸送， 供廣域的電力用戶消費。不論從哪個視角來看， 電網(wǎng)都被公認為是最復雜的人造系統(tǒng)之一， 包括地域分布之廣袤、時間尺度的多樣、模型維數(shù)之高、非線性之強， 以及潛在風險之大。電能又是一種極其特殊的商品， 其生產(chǎn)與消費之間的平衡必須在每個瞬間都保持住， 任何內(nèi)外故障引起的電力不平衡都必須立即消除。嚴重故障的處理往往涉及整個系統(tǒng)范圍， 并必須在1秒以內(nèi)處理好， 否則就可能觸發(fā)多米諾骨牌的傾覆， 大停電使人們想起來都不寒而栗。電力可靠性包括以下兩方面： 安全性要求電力系統(tǒng)承受可信的擾動而不崩潰; 充裕性則要求電力系統(tǒng)在擾動消除后保持供需平衡。

三、智能電網(wǎng)的概念是否能充分應(yīng)對能源革命的使命?

智能電網(wǎng)的框架在能源革命中， 需要深化其內(nèi)涵， 并拓展到與非電環(huán)節(jié)及其交互。包括在能源革命的整個進程中， 如何主動發(fā)揮一次能源與終端能源之間大范圍協(xié)調(diào)優(yōu)化的核心紐帶作用， 在支撐環(huán)境安全及經(jīng)濟安全的同時， 提高全局能效， 減少能源流全程中的風險。智能電網(wǎng)的框架是上述目標中的核心環(huán)節(jié)， 但還不是全部， 概念上至少存在著以下拓展的必要性。

從整個能源流的視角看， 電力系統(tǒng)除了要根據(jù)智能電網(wǎng)概念來發(fā)展本身， 還需要在能源流大規(guī)模的兩個替代中， 主動地承上(一次能源) 啟下(終端能源)， 兼顧左右(與其他二次能源協(xié)調(diào))， 提高整體能效及可持續(xù)發(fā)展能力。

從全局可靠性的視角看， 一次能源的開發(fā)、二次能源的轉(zhuǎn)換及終端能源的消費模式都會影響到電力可靠性; 反之亦然。因此必須將電力可靠性問題放在能源流整體中考慮。此外， 還必須計及相關(guān)的非能源環(huán)節(jié)的影響， 包括與資金、減排、物流、人才、信息、政策與監(jiān)管等環(huán)節(jié)可靠性的交互作用。

從信息融合的視角看， 智能電網(wǎng)框架強調(diào)了信息系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的深度融合， 但外部環(huán)節(jié)中的事件必然會影響電力系統(tǒng)的運行工況及潛在故障的風險。因此， 信息物理融合的理念需要在更大范圍內(nèi)拓展。

四、那么您如何看待拓展后的框架?

信息能源融合的兩個要素是物理對象與信息系統(tǒng)， 見圖a。前者包括電力系統(tǒng)、非電的能源系統(tǒng)， 以及相關(guān)的非能源系統(tǒng); 后者包括機密性和實時性好的專用通信網(wǎng)及支持公開接入和廣泛參與者無障交互的互聯(lián)網(wǎng)(Internet)。核心基礎(chǔ)設(shè)施的決策與控制需要采用專用通信網(wǎng); 開放的售電服務(wù)、廣泛的用戶參與、分布式發(fā)電與儲能的社會化參與、以融資租賃業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)的金融業(yè)務(wù)、電力市場化等則需要互聯(lián)網(wǎng)的支撐。

智能電網(wǎng)討論的范疇見圖b。如果討論信息與能源的融合問題， 不但必須涵蓋電力系統(tǒng)及非電的能源系統(tǒng)， 而且必須涵蓋Internet 與專用網(wǎng)兩者。不論是用電力系統(tǒng)替換能源系統(tǒng)(圖c)， 還是用Internet替換信息系統(tǒng)(圖d)， 都難免以偏概全之嫌。

電力流與信息流服從的物理規(guī)律不同。如果將他們之間的融合引導到表面上名詞的統(tǒng)一， 例如用互聯(lián)網(wǎng)的術(shù)語及規(guī)律來描述能源流， 不但違背了物理規(guī)律， 并且也誤導了真正需要的深度融合。在這個新領(lǐng)域的開啟階段， 應(yīng)該盡量避免用詞不當而誤導， 例如不要直接譯自國外IT專家提出的“Energy Internet”。Internet是IT行業(yè)的專用名詞， “Energy Internet”是指關(guān)于能源系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)， 還是指能源互聯(lián)的網(wǎng)呢? 我認為名詞“綜合能源網(wǎng)”或“信息能源網(wǎng)”可以較好地反映問題涉及的各個組分， 見圖e。

即使由于某些原因， 沿用“能源互聯(lián)網(wǎng)”的中文描述， 也應(yīng)默認為“綜合能源網(wǎng)”。而對應(yīng)的英文名詞則不應(yīng)該是Energy Internet， 而是Comprehensive Energy Network或Integrated Energy Networks。

五、中國電力系統(tǒng)可靠性的預警防御技術(shù)有哪些主要的不足?

雖然中國在電力安全性的預警防御技術(shù)上引領(lǐng)世界， 但至少還不能滿足下述需求。這包括充裕性問題被粗獷處理為固定比率的備用容量; 即使對于穩(wěn)定性的研究也還不能真實反映上下游環(huán)節(jié)及信息可靠性對電網(wǎng)的影響; 缺乏對電力系統(tǒng)外部環(huán)節(jié)的自適應(yīng)能力。應(yīng)認真考慮極端災害的風險， 將停電防御范圍相應(yīng)擴大， 研究其外部災害的演化過程及其機理。在科研體制中， 繼續(xù)發(fā)揮集中力量占領(lǐng)前沿的同時， 也應(yīng)該鼓勵瞬間即逝的發(fā)散思維。

六、綜合能源系統(tǒng)的可靠性面臨哪些新的挑戰(zhàn)?

需要在大能源的層次上研究綜合能源系統(tǒng)的充裕性和穩(wěn)定性風險。自然環(huán)境、能源環(huán)境、經(jīng)濟環(huán)境、社會環(huán)境、人才環(huán)節(jié)、創(chuàng)新環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施、政策與監(jiān)管的擾動都會影響電力可靠性。

值得關(guān)注的方向包括： 電力系統(tǒng)監(jiān)控與分析計及電廠與電網(wǎng)， 設(shè)備與系統(tǒng)， 博弈與機理的交互影響; 技術(shù)措施、經(jīng)濟領(lǐng)域與管理決策的交互; 能源、經(jīng)濟與環(huán)境的綜合分析與控制的交互; 兩個替代下的發(fā)、輸、用電充裕性框架模型及備用調(diào)度; 加強安全穩(wěn)定性的基礎(chǔ)研究和大小擾動的統(tǒng)一穩(wěn)定性理論， 自適應(yīng)的穩(wěn)定控制系統(tǒng); 引入博弈行為的混合仿真平臺及能源發(fā)展的仿真研究。這個任務(wù)是多領(lǐng)域、跨學科的系統(tǒng)工程。

七、請簡要歸納一下您的觀點

智能電網(wǎng)的框架尚未完整地反映能源革命賦予電力系統(tǒng)的使命。在大規(guī)模的兩個替代中， 需要深化其內(nèi)涵， 外延其范疇; 在能源革命的推進中， 更好地支撐環(huán)境安全和經(jīng)濟安全。需要的新名詞是綜合能源網(wǎng)或綜合能源系統(tǒng)， 其概念不同于智能電網(wǎng)， 也有別于Internet。針對現(xiàn)有電力可靠性研究之不足， 大能源觀下電力系統(tǒng)監(jiān)控與分析的概念要延伸， 信息物理融合的理念也要拓展到整個能源流。綜合能源系統(tǒng)的可靠性研究的重要方向是考慮能源流的上下游對電力可靠性的影響， 提高多道防線的自適應(yīng)能力， 全面提升應(yīng)對高風險極端事件的能力。