電力系統(tǒng)，被稱為地球上最復雜的人造系統(tǒng)。風電、太陽能等新能源的加入，使這個復雜系統(tǒng)更加令人“頭痛”。

“大規(guī)模風電、太陽能光伏電站是靠天發(fā)電的，不像火電可以被靈活控制。它們的輸出功率具有隨機波動性和不可準確預測性，造成了電力系統(tǒng)的調(diào)度運行非常困難。”9月12日，華北電力大學電氣與電子工程學院院長李庚銀在“產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)大講堂”上說。

在我國，新能源的儲量非常豐富，特別是風電和太陽能發(fā)電，都具有大規(guī)模開發(fā)的可行性。按照李庚銀的估計，到2020年新能源會占到能源消費的15%左右，已經(jīng)成為重要的“替代能源”；到2030年預計新能源將占能源消費的25%左右，成為“主流能源”；到2050年，這一比例將會達到40%左右，新能源將成為“主導能源”。

然而，新能源發(fā)電領(lǐng)域早已冰火兩重天。一方面，風電、太陽能發(fā)電得到追捧，大力開發(fā)包括風能、太陽能、生物質(zhì)能、核能在內(nèi)的新能源，早已成為實現(xiàn)能源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的必然選擇；另一方面，電源結(jié)構(gòu)性矛盾非常突出，缺少快速響應新能源電力隨機波動性的調(diào)峰能力，大規(guī)模新能源電力的消納面臨挑戰(zhàn)，棄風、棄光現(xiàn)象嚴重。

除了入網(wǎng)問題外，輸送也讓電力系統(tǒng)變得更復雜。“我們的能源基地，無論是傳統(tǒng)的火電、水電，還是新能源電力，大部分集中在西南、西北、華北北部、東北，而電力負荷中心基本都在東南沿海地區(qū)，于是西電東送成為必然趨勢，而這種大容量、遠距離的輸送，使得電力系統(tǒng)的運行控制變得非常復雜。”李庚銀說，目前，我國在建和建成的最遠輸電距離已經(jīng)超過三千公里。

在傳統(tǒng)電力生產(chǎn)格局受到挑戰(zhàn)的情況下，科學家提出了一個新概念——系能源電力系統(tǒng)。李庚銀介紹，電力系統(tǒng)要在隨機波動的負荷和隨機波動電源之間，實現(xiàn)能量的供需平衡，其結(jié)構(gòu)形態(tài)、運行控制方式以及規(guī)劃建設(shè)、管理都會發(fā)生根本性的變革，所以形成了以新能源電力生產(chǎn)傳輸消費為主體的新一代電力系統(tǒng)，即新能源電力系統(tǒng)。

這并不是我國僅有的概念。2008年，德國提出了國家級能源互聯(lián)網(wǎng)項目“E-Energy”，利用信息和通信技術(shù)開發(fā)新的解決方案，以滿足未來以分布式能源供應為主的電力系統(tǒng)需求。針對可再生能源的日益普及，美國能源部也提出了FREEDM項目，其理念是在電力電子、高速數(shù)字通信和分布控制技術(shù)的支撐下，建立具有智慧功能的革命性電網(wǎng)構(gòu)架，吸納大量分布式能源。

對于“新能源電力系統(tǒng)”，我國科學家要研究的內(nèi)容還不少。“我們要從電網(wǎng)的響應、電源的響應、負荷的響應三個角度挖掘其內(nèi)涵。”李庚銀說，從電網(wǎng)的角度，要研究新型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，包括特高壓輸電、電網(wǎng)智能調(diào)度及控制安全防御等；從電源的角度，要研究電網(wǎng)友好型先進發(fā)電技術(shù)、多能源互補和火力發(fā)電的產(chǎn)業(yè)運行等；從負荷的角度，要研究可平移負荷資源的利用與儲能、新型用電方式和供需機制等。

“現(xiàn)在，這個研究工作還是在理論研究階段、方法研究階段，沒有形成能夠在電力市場應用的產(chǎn)業(yè)化軟件，但是我們有一些計算實例，希望在未來幾年能夠進一步得到企業(yè)的支持。”李庚銀說。

據(jù)悉，產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)大講堂由中國科協(xié)企業(yè)工作辦公室和北京市科協(xié)聯(lián)合主辦，中關(guān)村天合科技成果轉(zhuǎn)化促進中心承辦，自2016年以來已舉辦了18期。