近期以来，智能电网与高温超导技术引起了行业内外的广泛关注，这实际上是电力行业长期酝酿的技术革命正在出现突破的重要标志。积极发展新能源与分布式电源以顺应全球资源与环境约束的大趋势，绝非仅仅为了改变电源结构，而是社会生产方式乃至生活方式的重大变革，也是能源利用方式的根本性突破。对于电网来说，并非只是对传统发展方式的修补升级就能适应上述变化，而是要求电力传输技术与运行方式进行重大变革。而智能电网和高温超导技术应是实现这场变革的主要技术基础和物质载体，二者将与新能源及分布式电源一起，共同构建未来的新型电力体系。 

 1、建设智能电网

 “智能电网”是近年来提出的一个新概念。应当说，在现有的电网自动化、信息化建设中已经体现了智能电网的部分技术含量，如“数字化变电站”、“配网自动化”等。目前对智能电网尚无统一的定义，对其涵义和意义的理解更是见仁见智。就意义来讲，笔者认为，智能电网是21世纪电力工业新的而绝非常规技术路线的必然产物，其最大价值在于它是实现能源变革的重要技术支撑和网络平台。

 许多专家认为，电网中太阳能、风能等可再生能源（不包括水电）的比例可达20%-30%。这些新型电力的大量接入及其多变性使发电资源发生了根本性变化。多变的可再生能源利用、分布式发电、需求响应、微电网和超导电网的接入以及电动运输体系和建筑智能管理等的应用，使得电力网络愈发复杂。比如电力将从不同位置进入网络，使传统的自上而下式的无源网络变为有源网络，电力潮流从发电厂向用户单向输送变为多向，信息从单向流动变为在电网企业和用户之间双向互动，等等。对此，常规的接入系统方式和电网结构已不能适应，必须重新设计和改造电力网络，以便对大量可再生能源的多变性进行管理，支持分布式发电和分布式存储，平滑电源输出负荷以避免电网受到冲击，并满足电力系统多向潮流和双向通信的需要，这就要求大大提升电网的智能化水平，建设更加智能化的技术支持系统，这是建设智能电网最重要的意义所在。

 智能电网建设的目标应当包括但不限于以下方面：

 一是新能源优化。智能电网作为大规模推进新能源发展的技术支撑，支持太阳能发电、风电等新能源、分布式电源以及微电网、超导电网的接入，并有效防止风电等新能源功率多变性、潮流多向性等特点对电网的冲击，保证电能质量。

 二是可靠性优化。通过在线故障检测、隔离及恢复技术、停电管理等，保障电网安全稳定运行，降低大面积停电风险，提高供电可靠率。

 三是输配电运行优化。通过对电网运行数据、设备状态数据的实时收集与分析，提高电网运行管理水平。

 四是资产优化。通过设备实时远程监控与报警、设备状态评估、先进的维修管理等，提高资产利用率，充分发挥资产绩效。

 五是需求侧管理和服务优化。通过压缩负荷或转移负荷，并充分利用价格杠杆的作用，更好地管理高峰负荷，同时为客户提供更多的消费选择，降低客户成本，提高系统资源配置效率。

 六是环境优化。从社会环境来看，智能电网的目标是和谐电网；从自然环境来看，智能电网的目标是绿色电网。

 特别需要强调的是，智能电网的发展，将从根本上促进电网企业转变需求侧管理思路与方法，拓展服务领域，提高终端能效。目前，错峰、避峰和负荷控制仍然是电网企业实施需求侧管理的重要内容，而新的形势要求需求侧管理把提高终端能效放在突出位置。为此，电网企业需要在宏观和微观两个层面付诸行动，在宏观层面，严格执行国家政策，通过实施差别电价、限制高能耗产业用电等措施，促进产业结构的优化调整和经济增长方式的转变；在微观层面，通过向用电客户推广使用节能新技术、新产品，为客户开展节能服务，提高终端能效水平。

 节能服务融入需求侧管理具有重要的意义，不但为提高终端能效创新了有效的途径，而且也拓展了电网企业优质服务的内涵和社会价值。今后随着新能源发电规模和领域的扩展，电动运输体系将逐渐普及，电网企业可以利用自身优势，在提供相关服务（如集中式的蓄电池充电与配置）方面发挥重要作用。由此，电网企业将从单一的电力供应商，转向综合性的能源供应服务商，进而为开展集约化的能源服务、最大限度提高终端能源利用效率、节约社会成本做出更大的贡献。实现这样的转型，不但需要电网企业自身坚持创新，充分运用市场化的手段，还需要国家监管政策、财政政策的支持。

 2008年，美国克西尔能源公司据称在科罗拉多州的波尔德(Boulder)市建成了全美第一个智能电网。该公司表示，智能电网将是一个使可再生能源得以优化利用，并使环境得以最大程度保护的解决方案。2009年5月18日，美国公布了《初始智能电网互动性标准框架1.0版》（Initial Smart Grid Interoperability Standards Framework, Release 1.0，共16项标准），同时将显著增加对智能电网项目的奖励资助力度，最多可达2亿美元，比原来提高10倍；智能电网示范项目资助从4000万美元提高到1亿美元。

 综上所述，智能电网是能源变革中电网技术进步的过程，而不是一个简单实现的工程项目。智能电网也不是一般意义上的技术进步，而是涉及整个电力系统乃至全社会的系统工程，涉及发展理念、管理体制、技术路线以及企业文化等方面的重大变革。随着信息技术的快速发展，建设智能电网已经具备了坚实的科技基础。虽然目前智能电网正在我国热议，但在实际建设上尚无实质性进展。当务之急是要结合国情实际，明确智能电网的科学涵义，研究规范智能电网的基本框架标准，并在此基础上制定我国智能电网发展规划，选择适当区域开展试点，扎扎实实地推进，避免误入歧途或流于空谈。 

 2、高度重视并加快高温超导技术的研发利用

 高温超导技术是21世纪有可能为电力工业带来革命性变化的唯一高科技储备，也是未来新能源变革的重要技术支撑。所谓“高温”是相对于绝对零度（-273.15℃ ）而言的。一般超导材料在接近绝对零度时电阻为零，所以在应用上会遇到制冷等障碍。1986年发现了高温超导现象，即导体电阻为零的临界温度大大高于绝对零度。目前的高温超导电缆一般在液氮温度（-196℃）区间运行。

 高温超导技术的应用非常广阔，大致可分为三类：大电流应用（强电应用），包括超导发电、输电和储能；电子学应用（弱电应用），包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性应用，主要用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。著名的超导专家马梯阿斯（B. T. Matthias）曾经断言：“如果在常温下，例如在27℃左右实现超导，那么现代文明的一切技术都将发生变化。”专家提醒人们应以更长远的眼光来关注和重视高温超导的未来。事实上，正如半导体一样，当1947年威廉·肖克利及其同事发明晶体管时，谁会想到半导体会拥有今天这样无可替代的地位呢？同样，光导纤维的发明也给通信领域带来了革命性的变化。从趋势来看，超导电力技术也正沿着从金属结构到非金属结构的类似路径发展。

 自高温超导现象发现以来，科学家们先后研制了第一代铋系（BSCCO）和第二代钇系（YBCO）高温超导材料（高温超导体是金属氧化物，在本质上是陶瓷材料，所以称为陶瓷超导材料）。由于第一代铋系材料的高成本以及一些性能问题如磁场下临界电流的急剧衰减等，使其大规模应用前景变得渺茫，科学家不得不将研究重点转移到开发第二代YBCO材料上来，后者具有更为优异的磁场下性能，是真正的液氮温区下强电应用的超导材料。第一代铋系和第二代钇系高温超导材料都属于铜基超导体。2008年，日本和中国科学家相继报告发现了一类新的铁基超导材料，该发现被美国《科学》杂志评为2008年十大科学进展之一。专家认为，铁基超导体比传统铜基超导体具有更为广泛的应用前景，而且通过比较铁基与铜基超导体的异同之处，科学家就有可能彻底揭开高温超导的形成机理，为进一步研究高温超导技术打开理论之门。

 在目前各类应用中，高温超导输电与电网企业最为相关。正如人们用更高容量的光纤代替铜导线建设“信息高速路”一样，超导技术的应用也将给电力工业带来根本性的变化，形成显著提高效率和负载能力的“电力高速路”。与常规输电线路相比，高温超导电缆主要具有以下优势：

 一是传输容量大。同样截面的高温超导电缆的输送能力是常规电缆的3～5倍。根据测算，110kV超导电缆设计输送容量可达常规线路500kV水平，220kV 超导电缆接近1100kV特高压输送容量（表7）。而且，由于超导电缆无需考虑相互间的磁场影响，可以在有限空间内方便地增加回路数，成倍增加输送容量。

表7：高温超导电缆与常规输电线路输送容量对比

 
注：高温超导电缆设计电压不超过220kV。
资料来源：北京云电英纳超导电缆有限公司。

  二是传输损耗低。目前高温超导电缆一般运行在液氮温度（-196℃）,交流电缆系统的损耗包括电缆本体的损耗（交流损耗、恒温器漏热）、电缆终端损耗（恒温器漏热、电流引线电阻损耗）以及制冷系统损耗（主要是设备电损耗）。一般来说，在传输相同容量的电能时，高温超导电缆的运行损耗约为常规电缆的40%～50%。而且输送容量越大、距离越长，超导电缆的低损耗优势越突出。

 与超导交流电缆相比，超导直流电缆更具优势。由于超导交流电缆会产生磁滞损耗（交流损耗）并导致发热，所以限制了输送电流，而高温超导直流电缆本体不存在交流损耗，不会出现这种情况。用第二代高温超导材料制成的直流电缆，输送容量将是相同直径铜导线的100倍以上，且基本不产生输送损耗，不限制输送距离。

 三是节约线路走廊。同样的输送容量，超导电缆占用空间约为常规电缆的1/3。相比于输电线路，超导电缆征地面积大大减少（表8），基本上避免了树木砍伐。

表8：单回输电线路和超导电缆的线路走廊宽度

资料来源：北京云电英纳超导有限公司。

 四是环保。超导电缆可以完全避免电磁场辐射、无线电干扰。

 前文提到，有专家提出建设“装备太阳能电池和超导电缆的全球能源网络”（GENESIS工程），该网络只能采用高温超导电缆连接[注4]。就我国情况来看，东部地区用电负荷密集，但太阳能富集区主要在西部、北部，风能资源主要分布在“三北”地区，同时在东部地区大规模发展太阳能发电站还受到土地资源的限制，所以，我国大规模发展太阳能发电、风电需要进行长距离输电。而且，太阳能和风力发电设备每年的等效利用小时数为常规能源机组的1/5-1/3，如果每年要满足同样多的电量需求，太阳能、风能发电设备的容量将是常规机组3-5倍，送出线路的容量也将是3-5倍，如果采用常规输电线路，需要占用3-5倍的线路走廊。只有采用高温超导电缆，才能实现大规模、远距离、低损耗输电，而且极大节约线路走廊。

 另外，太阳能、风能发出的电力一般是低电压、大电流（各电池板、机组并联连接），大规模送出需要升压，相比于常规输电线路，高温超导电缆可以实现低电压、大电流方式输送，更加节约成本。

 正因为超导输电具有上述突出优点，《美国电网2030》的规划提出了采用超导技术建设其骨干电网的建议，美国能源部于2006年8月向国会提交的《美国输配电网五年规划（2008-2012年）》中，专门论述了“高温超导性”，认为高温超导电力设备可能会成为21世纪提高输电系统能力、效率和可靠性的关键技术，并对高温超导技术的研究应用提出了具体的目标、进度和措施。

我国在高温超导研究方面并不落后。2001年7月,笔者在云南电力工作期间，就曾与清华大学构建了产学研合作科研机制，提出了我国高温超导电缆发展路线图（图4），并研制了亚洲第一组、世界第三组实用型“30米、35kV／2kA三相高温超导电缆系统”，于2004年4月19日在云南电网投入运行，当时各项指标达到了世界先进水平，迄今仍是世界上实用化运行时间最长的超导电缆。其后又研制开发了我国第一组实用化超导限流器并投入运行，为我国高温超导研究应用提供了很好的技术储备。

注：$/kAm:美元/千安米，$/m:美元/米，p:超导线材价格，p1:制冷机价格, η:制冷机效率，p2:低温恒温器价格。

图4：我国高温超导电缆发展路线图

2008年4月22日，世界上第一条商业化应用的高温超导电缆在美国纽约投入运行。该系统由三根138千伏的电缆组成，满负荷输电能力574MW。其输电容量是相同粗细铜导线的150倍，电缆沟宽度仅为1米。

 超导电力技术代表了电力技术变革的方向，对能源变革具有重要意义。但迄今为止我国在政府有关部门和企业层面都没有给予应有的足够重视，更没有像美国那样从国家规划层面进行研究并推动实施，这是不应有的战略性缺陷。为此，我国应尽快将高温超导电力技术的发展纳入政府规划，加大研究力度，启动示范工程，为今后大规模商业化应用创造条件。

 目前，单就制造成本来看，高温超导电缆造价偏高，这限制了其商业化应用。但目前较高成本体现的是试验线路的水平，与大规模实用化的造价有很大差别。超导电缆所具有的传输容量大、占用走廊少、损耗低、环境友好等优点，是常规电缆难以达到的。常规输电线路本体造价虽然较低，但征地拆迁等费用看涨，尤其是在城市内和城郊占地成本急剧上升，而且近年来由于电力建设征地、拆迁、环评等引发的矛盾冲突事件呈上升趋势，造成社会稳定问题，所以综合考虑性价比，长期来看高温超导电缆的制造、建设、运行成本费用将趋于同常规电缆和高压输电线路接近，这主要取决于：市场规模扩大后的规模效应；超导线材性能的提高和相对价格下降；低温恒温器国产化规模生产；制冷设备技术的完善和国产化生产等等，这些条件的实现都需要通过建设示范工程来推动。先期可以在城市配网和城郊输网中推广使用高温超导电缆，同时在新能源项目和示范区中大力推进高温超导技术的研发应用。

 [注4]“生态足迹”也称“生态占用”，它显示在现有技术条件下，指定的人口单位内（一个人、一个城市、一个国家或全人类）需要多少具备生物生产力的土地和水域，来生产所需资源和吸纳所衍生的废物。生态足迹通过测定现今人类为了维持自身生存而利用自然的量来评估人类对生态系统的影响。其值越高，人类对生态的破坏就越严重。

  结论

  综上所述，主要结论如下：

 1、在世界金融危机和全球性经济衰退的大背景下，我国电力工业所面临的问题并非常规意义上的供求失衡所导致的周期性波动，而是长期积累下来的重大结构性问题。因而不能沿着以往均衡-失衡-均衡的轨迹收敛到原点，重复和延续过去的发展路径，而必须以资源和环境为前提，在新的约束条件下重新平衡各种变量关系，确立科学发展的新方向。否则，增长将是不可持续的。

 2、低碳经济是全球气候变化背景下人类的必然选择，也是我国资源环境约束条件下经济社会可持续发展的必由之路，乃大势所趋。能源变革是低碳经济的核心，正在加速到来，正如毛泽东主席当年预言中国革命高潮即将来临时所说：“它是站在海岸遥望海中已经看得见桅杆尖头了的一只航船，它是立于高山之巅远看东方已见光芒四射喷薄欲出的一轮朝阳，它是躁动于母腹中的快要成熟了的一个婴儿。”为此，电力企业应当顺势而为，在发展的价值理念导向、发展的技术路线以及经营管理方式上进行方向性的战略调整，进而在能源变革中发挥领航作用，引领经济社会走上低碳之路，实现可持续发展。

 3、从国家利益和能源安全考虑，必须尽快明确未来中国电力乃至整个能源体系的战略取向，尽快制定我国电力工业乃至能源工业发展与变革的战略规划，大力推进能源变革。应当抓住当前各国在新能源技术方面还没有拉开明显差距的机遇，抢占能源变革的技术制高点，并加快产业化进程使其尽快形成新的经济增长点。

 4、电力工业实施以低碳经济为取向的能源变革，其战略选择是发展新能源、分布式电源、智能电网以及高温超导电力技术（图5）。大力发展新能源，是应对气候变化和化石能源短缺和枯竭的必然选择，必须积极支持和鼓励新能源的开发利用。分布式电源是最大限度提高化石能源利用效率的有效方式，同时也是大规模利用新能源的有力配合，应当纳入电力系统整体发展规划予以考虑。智能电网是推进能源变革的重要技术支撑和实现平台，必须尽快开展智能电网的研究、规划与建设工作。高温超导不仅是彻底实现能源变革的重要技术支撑和物质基础，而且是电力工业21世纪划时代变革的重要技术储备，必须从国家战略高度出发，大力支持和加快推进高温超导技术的研究与应用。

 
图5：电力工业实施能源变革的组成要素

5、能源变革是一项系统工程，需要政府、社会的大力支持与推动。为此，需要在以下方面进行相应的变革与调整：首先，实施能源变革的关键是推进体制变革，包括政府管理体制、电力工业体制、经济管理体制的改革以及配套政策措施。为此，政府必须转变理念，树立正确的发展观、政绩观，建立符合科学发展观要求的政绩评价体系，从国家民族长期可持续发展的战略高度认识能源变革的重大意义，为能源变革创造条件、提供支持；同时，继续深化电力体制改革，使电力企业适应能源变革的需要。其次，改革对电网企业、发电企业的绩效评价体系，改变以经营绩效（收入、利润等）为主的考核模式和标准，充分体现对企业经济效益、社会效益和环境效益的综合价值判断；第三，在政府层面加快建立健全新能源发展及促进节能减排市场化机制的相关法律法规、政策措施、价格机制、政策补贴等政策规制。

中国革命的先行者孙中山先生曾经说过：“世界潮流，浩浩荡荡，顺之则昌，逆之则亡。”从世界范围来说，无论是应对当前的金融危机，还是面对未来全球气候变暖及资源枯竭，能源变革的潮流已是大势所趋，不可逆转。从国家民族复兴和永续发展考虑，下决心大力推进能源变革，功在当代，利在千秋，时不我待！