| （1）从结构上讲，由于未来电力资源与负荷资源的地理分布不匹配，以及可再生能源在广域范围具有良好的时空互补性，因而保持和发展一个规模适当的大电网是十分必要的。同时，由于可再生能源具有分散性，就地利用资源的分布式发电和面向终端用户的微型电网也将会大量出现，因此未来电网的结构将呈现大电网和微型电网并存的格局。其次，为了保障供电的安全可靠性，需要发展环形网络。针对不同电压等级，宜采用多层次的环状结构网络，并实现相邻层次间和同层次不同区域环形电网间的互联，以构造一个多层次网状结构的网络。 （2）在运行模式上，需要发展直流电网模式或交直流混合电网模式。这是因为，直流输电网不存在交流输电网固有的稳定问题，因此，采用直流输电网，将从根本上解决交流电网所固有的安全稳定性问题。从配电网和微电网层面来讲，未来的直流负荷将占相当高的比重且分布式电源（如光伏发电或储能）也将以直流为运行模式。与此同时，还需要采用“分层分区运行、总体协调互动”的模式，以充分实现广域范围内各种资源的优化互补利用和区域电网间互为备用和支撑。电网结构和模式的改变将带来大量的科技创新机遇，值得关注。 第三，新材料技术将在电网中得到广泛的应用。 在电网的结构和模式确立以后，电网的运行性能在很大程度上就取决于电气设备了，而电气设备是由各种材料按照特定的结构制造而成的，材料的特性在很大程度上直接决定了电气设备的性能。过去100多年来，对电网发展影响最大的创新来自新材料技术—电力电子器件的发明及其在电网中的应用，而像氧化锌避雷器、六氟化硫断路器、碳纤维复合芯导线等技术发明，其根本创新之处在于新材料的应用。 展望未来，随着新材料技术的不断发展，新材料技术将在电网中得到广泛的应用。 （1）首先，高压大功率电力电子器件（如宽禁带半导体器件等）和装备将会使得对高压大功率电力的变换和控制，如同集成电路对信息的处理（实际上也就是对低压小电流的电能的变换和控制）一样灵活高效。由于未来电网中的大量可再生能源电力是变幻莫测的，而电力用户对电力的需求也具有多样性且也是随时变化的，因而对电力的变换和控制的目的就是将变幻莫测的电源变成能满足用户需求的电力。从这个意义上讲，电力电子器件和装备的广泛使用，将使得电网像计算网络处理和分配信息资源一样来处理和分配电力，因而可以把未来电网看成是一个“能源计算网络”，各种电力资源通过“能源计算网络”有机组织、联系和控制起来，从而为用户提供可靠的电力。因此，这个“能源计算网络”也可以称之为“云电力网络”，而用户从“云”中获取可靠的电力。 （2）新型高性能的电极材料、储能材料、电介质材料、高强度材料、质子交换膜和储氢材料等的发明和使用，将使得高效低成本电力储能系统成为现实并进入千家万户，从而优化电网的运行、简化电网的结构和控制，并对电源波动和电网故障作出响应。电力储能系统就如同计算网络中的信息储存系统一样，对于未来电网是必要的。 （3）高性能的超导材料在电网中的应用，将大大降低电气设备的损耗、重量和体积，并可提高电气设备的极限容量和灵活性，超导限流器还可以有效地限制故障电流并保护其他电气设备和整个电网的安全稳定性。正因为如此，美国能源部甚至将超导技术视为“21世纪电力工业唯一的高技术储备”。 （4）其他新材料，如纳米复合材料、场（包括电场和磁场）控和温控的非线性介质材料、低残压压敏电阻材料、新型绝缘材料、绝缘体—金属相变材料、新型铁磁材料、用于高效低能耗的电力传感器材料（如巨磁阻材料、压电晶体、热电材料等）都将可能在未来电网中得到广泛的应用。 第四，物理电网将与信息系统高度融合。 如果把电网比喻成为一个人的话，那么物理电网就是人的骨骼、肉体和器官，而电网信息系统则提供相当于人的感觉能力、分析能力和决策能力。当前的电网，不仅在物理层是不完善的，而且其信息系统的建设与未来需求还有很大的差距。有关该方面的内容，也就是国际上近些年谈得很多的所谓“智能电网”的概念，本文不宜做过多的重复。但是，需要说明的是，在现有电气设备的基础上，仅仅依靠提升电网的信息化程度，远远解决不了未来电网所面临的问题。改变电网的结构和运行模式、提升电气设备的性能和采用新型功能的电气设备，对于解决未来电网的问题同样重要甚至是更为根本性的。另外，需要强调的是，能够从创新材料入手发展具有自适应功能的电力设备和保护设备，就可以显著降低电网对于传感、通讯和数据处理的技术要求，这对于提高电网的安全可靠性和综合效益是非常有益的。因此，切忌认为将信息技术用于电网就是未来电网发展的全部。 |
