薛禹勝：電網(wǎng)是能源轉(zhuǎn)型的樞紐

尋求電網(wǎng)適應(yīng)新時代發(fā)展要求的更佳方案——訪中國工程院院士、國網(wǎng)電力科學(xué)研究院名譽(yù)院長薛禹勝

12月18日早上，和往常一樣，薛禹勝早早地來到辦公室，準(zhǔn)備在手機(jī)上收看慶祝改革開放40周年大會現(xiàn)場直播。

改革開放40年，是經(jīng)濟(jì)社會各領(lǐng)域中“中國奇跡”全面迸發(fā)的40年，更是電力行業(yè)取得卓越成就、為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)的40年。中國電力行業(yè)蓬勃發(fā)展，技術(shù)水平不斷邁上新臺階，人民用電更加便捷。對薛禹勝來說，這40年也是非同一般的經(jīng)歷。

“我是云貴高原上一塊被困住的小石頭，40年前的那個春雷把我震出困境，開始了至今40年的電網(wǎng)安全探索旅程。”

1978年是薛禹勝在貴州遵義一機(jī)部第二設(shè)計(jì)院的第8個年頭，那年他37歲。有一天，從廣播里聽到首屆研究生招生的年齡放寬到38歲的消息，他抓住了這次機(jī)會。他說：“就這樣，被困在云貴高原上的小石頭被改革開放的春雷震了出來，與電力緊密相連。”

“當(dāng)時，人類對電的駕馭能力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。”薛禹勝回憶，世界各國的科學(xué)家從20世紀(jì)70年代起就在尋求快速定量評估電網(wǎng)穩(wěn)定性的事故隱患的方法，到了1978年，這一世界性的難題——電網(wǎng)實(shí)行暫態(tài)安全分析仍未攻破。

20世紀(jì)80年代，這個難題逐漸被破解。薛禹勝介紹：“那時好多都是定性方法，就像盲人的探路棍，無法覺察臨近的風(fēng)險。而擴(kuò)展等面積法（EEAC）的量化功能使電網(wǎng)人員能直接估計(jì)系統(tǒng)在擾動下離崩潰狀態(tài)還有多遠(yuǎn)，猶如導(dǎo)盲犬對盲人的指引，掌握離開障礙物的距離并及時調(diào)整行走路線。這正是可以幫助電網(wǎng)人員規(guī)避大停電的最關(guān)鍵信息。”

EEAC是一套快速的量化算法，為構(gòu)建現(xiàn)代大電網(wǎng)的防御體系奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，扭轉(zhuǎn)了災(zāi)變防御工作的被動局面。這意味著對傳統(tǒng)方法的革命。1994年，EEAC在東北電網(wǎng)中心在線應(yīng)用通過了工程應(yīng)用鑒定，大大提高了我國電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。

與電網(wǎng)安全水平同步提高的，還有輸電的電壓等級。

2005年，中國工程院的咨詢報告明確提出，有必要加快特高壓輸電研究和工程應(yīng)用的步伐，建議加大對超高壓/特高壓輸電關(guān)鍵技術(shù)的研究的支持力度，并將這些關(guān)鍵技術(shù)納入國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃。

薛禹勝認(rèn)為，新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段，建設(shè)好特高壓是中國電力學(xué)術(shù)界和工程界攀登技術(shù)高峰難得的機(jī)遇。但也要看到，特高壓電網(wǎng)的安全運(yùn)行同樣是極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。因此，解決“超大規(guī)模輸配電和電網(wǎng)安全保障”這一難題，便擺在了科研工作者的面前。

改進(jìn)的方法在于尋找控制手段中風(fēng)險最小的組合，并以風(fēng)險的大小來判定故障的嚴(yán)重程度。過去由于無法在機(jī)理、算法方面找到綜合最優(yōu)的對策，難以做到經(jīng)濟(jì)性與安全性上的協(xié)調(diào)，往往為保障安全性過度地犧牲經(jīng)濟(jì)性。所以隨著電網(wǎng)的發(fā)展，控制手段也要改進(jìn)。

薛禹勝提出的“時空協(xié)調(diào)的大停電防御體系”就是這樣的一種改進(jìn)。

該體系立足于動態(tài)、定量、優(yōu)化、在線、自適應(yīng)、風(fēng)險和協(xié)調(diào)的觀點(diǎn)，有機(jī)協(xié)調(diào)預(yù)防控制、繼電保護(hù)、緊急控制、校正控制等防線，并為這些防線提供在線決策支持。

如何在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)？薛禹勝研究開發(fā)了“廣域監(jiān)測分析保護(hù)控制（WARMAP）”系統(tǒng)框架，實(shí)現(xiàn)時空協(xié)調(diào)的大停電防御體系，為更復(fù)雜電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供一個關(guān)鍵的技術(shù)支撐。他表示：“中國有能力在世界上建好特高壓輸電工程，也有能力保證它的安全穩(wěn)定運(yùn)行。”

與改革開放以來中國經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展相適應(yīng)，中國電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，且是世界上近20年唯一沒發(fā)生大停電事故的國家。薛禹勝認(rèn)為，這不是偶然。大電網(wǎng)安全投入就好像一個人的保險費(fèi)用。國外電網(wǎng)“身體”強(qiáng)壯，這可以減少生病概率，但不能避免車禍等意外事故的發(fā)生；而我國電網(wǎng)在強(qiáng)筋鍛骨的基礎(chǔ)上，還在計(jì)算投入多少“保險”費(fèi)用，才能夠得到最佳的安全控制，以保證大電網(wǎng)安全。

40年間，我國電力事業(yè)乘著改革的春風(fēng)砥礪前行，發(fā)生改變的是規(guī)模、技術(shù)水平等方方面面，不變的是安全。薛禹勝認(rèn)為，尋找到新時代電網(wǎng)如何適應(yīng)能源發(fā)展需求的更佳方案，成為我國電網(wǎng)未來發(fā)展的方向。

“電能是連接一次能源與終端能源的橋梁，是推動能源轉(zhuǎn)型的中心環(huán)節(jié)。要利用仿真平臺，研究電力轉(zhuǎn)型對能源轉(zhuǎn)型的主動支撐。”

改革開放40年能源發(fā)展報告顯示，40年來，我國的能源發(fā)展取得了舉世矚目的歷史性成就，但長期累積下來的發(fā)展不平衡、不協(xié)調(diào)等問題也不斷加劇。

前不久，薛禹勝參加了在波蘭舉行的聯(lián)合國氣候大會。他又一次深刻地意識到，人類面臨著能源危機(jī)、氣候變化、環(huán)境安全等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，能源的清潔替代成為全球的共識。3年前在第21屆聯(lián)合國氣候變化大會上達(dá)成的《巴黎協(xié)定》中，各國同意將全球氣溫相對于工業(yè)化前水平的升幅控制在2攝氏度內(nèi)，并努力控制在1.5攝氏度內(nèi)。但是按照目前各國的自主減排方案，至本世紀(jì)末升溫幅度將達(dá)到2.7攝氏度，難以達(dá)到2攝氏度的目標(biāo)。

薛禹勝說，人類的發(fā)展會影響到生存的環(huán)境。如果發(fā)展超過環(huán)境自修復(fù)能力的話，就是用長期利益換取短期利益。這顯然是不可取的。那么，如何在發(fā)展的速度和保護(hù)環(huán)境的程度之間找到最佳的解決方案？他在思考，電力系統(tǒng)應(yīng)該如何更好地在發(fā)電側(cè)支撐清潔能源替代，而在能源的消費(fèi)端支撐電能替代。

目標(biāo)和方案都指向能源轉(zhuǎn)型。在薛禹勝看來，能源轉(zhuǎn)型的要點(diǎn)是大力開發(fā)利用可再生能源，提升能源利用效率降低排放，但可再生能源要經(jīng)過二次能源轉(zhuǎn)化，二次能源又要通過電網(wǎng)輸送到終端，所以電網(wǎng)是推動能源轉(zhuǎn)型的樞紐和中心環(huán)節(jié)。為此，要以電力和電網(wǎng)作為核心支撐，使一次能源實(shí)現(xiàn)大規(guī)模清潔能源替代，終端能源實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電能替代，構(gòu)建多種能源資源互補(bǔ)互濟(jì)、協(xié)同發(fā)展的新一代能源系統(tǒng)。

在此背景下，薛禹勝提出電網(wǎng)要主動支撐能源轉(zhuǎn)型。他認(rèn)為，我們要優(yōu)化一次能源的轉(zhuǎn)型目標(biāo)及路徑，要正確預(yù)計(jì)在能源轉(zhuǎn)型中，需要我們電力系統(tǒng)起到什么“量”的支撐作用，要分析我國在不同轉(zhuǎn)型目標(biāo)及轉(zhuǎn)型路徑下，可以獲得的環(huán)境與發(fā)展效果以及付出的代價。比如，我們制定的2030年和2050年能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)及其路徑，如何才能更優(yōu)化？

這就需要用到能源轉(zhuǎn)型的科學(xué)決策法。薛禹勝表示，我們一直在研究仿真模型平臺，把經(jīng)濟(jì)模型、政策模型、物理模型、數(shù)學(xué)模型等放在一起，進(jìn)行多領(lǐng)域交叉的復(fù)雜問題的建模與參數(shù)設(shè)置。

薛禹勝補(bǔ)充道：“能源轉(zhuǎn)型離不開政策與參與者的行為。”他以電動汽車為例——目前對于電動汽車的研究都是建立在一個假設(shè)的前提下，即汽車停在充放電站時，電池就可以被服務(wù)商或者調(diào)度人員調(diào)用。這是一個脫離市場環(huán)境的假設(shè)。但現(xiàn)實(shí)因素是如何取得車主的認(rèn)可、包括充放電之間的電量損失及電池壽命如何補(bǔ)償?shù)鹊?。比如，用戶臨時改變行程出行，但發(fā)現(xiàn)電池電量不足的補(bǔ)償問題。要解決這個問題，一定要充分考慮電動汽車發(fā)展的各個環(huán)節(jié)，包括購買、出行、充電和備用服務(wù)等不同場景下，人們的行為怎樣參與博弈。

薛禹勝認(rèn)為，必須要發(fā)揮電網(wǎng)對能源轉(zhuǎn)型的主動支撐作用，將能源轉(zhuǎn)型的研究置于社會、物理、經(jīng)濟(jì)、政策、行為等多種框架之中，通過混合仿真來幫助宏觀決策，將基于主觀經(jīng)驗(yàn)的決策方法提升到更為科學(xué)的水平。