《国家电网报》全方位报道第四届院士论坛

发布时间:2015-07-13 信息来源:办公室

由中国电科院主办的第四届中国电力发展和技术创新院士论坛于7月10日在京召开。7月11日,《国家电网报》通过多版面全方位宣传论坛盛况。

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第四届中国电力发展和技术创新院士论坛在京召开
院士纵论能源电力发展

张逸飞 齐立强 孔雷 马佳

7月10日,由中国电力科学研究院主办的第四届中国电力发展和技术创新院士论坛在京召开。中国科学院院士卢强、严陆光、周孝信、陶文铨、程时杰和王锡凡,中国工程院院士杨奇逊、杨裕生、郑健超、葛修润、薛禹胜、陈清泉、邱爱慈、倪维斗、彭先觉、王浚、叶奇蓁、陆佑楣、陈予恕和李立浧等20位两院院士齐聚北京,围绕“电力绿色发展,促进能源革命”主题,共同研究中国电力技术发展趋势,展示电网技术最新成果,探讨全球能源互联网理论,为“十三五”规划出谋献策。

中国电科院名誉院长、中国科学院院士周孝信做了题为“构建新一代能源系统的设想”的论坛主旨报告。在随后的分组会议中,11名院士和7名来自各领域的专家学者围绕能源开发与高效利用、电网安全与输变电技术、电工新技术与未来电网3个研究领域展开学术交流。

在能源开发领域理论探讨中,院士们对能源技术发展方向和路线格外关注,提出应明确可再生能源、储能和化石能源清洁利用的技术路线。就核电发展问题,有院士提出,应加大核电安全研究力度,重点研究耐事故燃料、严重事故预防和缓解措施,实现实际消除大规模放射性释放的目标。

在电网安全和输变电技术领域理论研究中,院士们解读了国家最新战略“中国制造2025”的内涵及对电力行业未来发展的影响,探讨了特高压输电装备安全运行的行业基础和共性关键技术问题,提出未来重点研发方向。加强针对电磁脉冲的电力系统防护研究、提高综合能源网可靠性研究成为院士们共同关注的话题。

在对电工新技术与未来电网的展望中,院士们探讨了智能微电网、压缩空气储能技术、无线充电、新型储能电池等近期电网技术研究成果,对互联网技术与电网技术的融合表示乐观,期待新一轮的电力技术融合升级将促进更加安全、高效、智能的新型电网发展,带来环保、经济等多重效益。

中国电力发展和技术创新院士论坛每两年举办一届,通过探索研究新理论、新方法、新材料和新技术,推动解决能源发展实际问题,通过传播和共享科技资讯,共谋合作发展之道。本届论坛共有来自各协会、高校和企业的近300位领导和专家参加。

智能微能源网群提升电网灵活性
——访中国科学院院士卢强
马佳 

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随着分布式能源和可再生能源发电的迅速发展,电网灵活性大大提高,环境友好,经济高效,同样是未来电网的基础要求。中国科学院院士卢强在论坛中提出,建立智能微电网群将使电网的灵活性大幅提升,而压缩空气储能新技术的发展,也将为新能源发电储能提供了新的思路。

“优化”:未来电网发展的主要目标

从根本上来讲,优化,是智能电网最本质的特征。智能,意味着电网能自主自动完成更多的人工操作,避免更多的失误,节省更多的时间,满足用户更多的需求。卢强院士认为,未来电网的发展,是研究如何做好电网优化,把“好”做到“更好”。

未来的电网,通过信息技术和计算机技术进行调度,能实现电力系统的完全闭环。一旦发生大事故,对于调度控制来说,计算机的准确性与速度将大大高于层级决策的人工方式。而这只是实现电力系统改造升级的一个方面。

卢强院士认为,未来电网将是大电网与微电网的结合体,即超大型骨干网架和分布式微电网的结合体。大电网的坚强架构是微电网发展的前提条件。而微电网具有污染物零排放、接纳清洁能源、超强调节能力的特征,恰好为大电网提供补充。

微电网的发展,智能化是不变的趋势。卢强院士提出了智能微电网群的概念,智能微电网具有微电网的所有特征,特别是零碳排放的特征。它能自动实现发电、储电、自用电以及与外部配电网交互电量的趋优化控制,优化微电网内部的保护系统,控制系统还能实现微电网与外部配电网“并网”与“离网”的干扰极小化。

第三次工业革命让传统科学与信息科学紧密联合,未来的电力系统应具有机器人的性质,卢强院士举了一个恰当的比方。电力系统理应实现人对于用电需求的各种意志,并能自主自动进行事故研判和处理,未来的电网调度、远程控制、需求响应的技术发展仍有更多的空间。

压缩空气储能:未来的电能“储蓄罐”

论坛上,卢强院士提到的一种储能方式引起了大家的浓厚兴趣。

在全球气候环境面临严峻挑战,化石能源无法满足发展需求的大前提下,可再生能源的开发与充分利用尤为重要。清洁能源的污染零排放、可再生的特性让开发者大为乐观,但其不稳定性也给电网技术发展提出了艰巨的挑战:如何缓解间歇性能源接入对电网的冲击?或者说,如何把这些“任性”的新能源发电储存起来,成为电网调峰的新武器?

现在电力储能的“标配”是蓄电池。而这种延续已久的储能方式也有缺陷:价格高、寿命短、体积大,有时候甚至需要专用的大厦进行蓄电池的存储,而且,电池的更换与报废过程中对环境的污染也不容忽视。

卢强院士在论坛中分享了电量储能的一项新技术——压缩空气机储能,即用弃风、弃水、弃光的电来压缩空气,将空气压缩在一个能装200个大气压的容器内,等到要用的时候,再将压缩空气喷放出来,冲动涡轮机,带动机组进行发电。

压缩空气储能有三个典型优点:使用寿命长;环境友好,零碳排放;冷—热—电三联供,综合利用效率高。举一个例子对比,同样储能20万千瓦时,同样使用40年,锂电池的平均寿命为8年,即每5年就要更换一次,全寿命周期投资需10亿,而压缩空气储能系统平均寿命为40年,全寿命周期投资只需要1.8亿,其使用寿命与经济性远胜于锂电池。

再举个例子,这套系统在储、发4万千瓦时电的情态下,能够供应1800吨120摄氏度的热水和温度为4~5摄氏度的2万2千平米的冷气覆盖面积,供暖所用热量约可覆盖1500户,而4~5摄氏度的冷风正好是夏季蔬菜和水果保鲜所需求的资源。这种电热冷三联供的储能系统被证明是最节能的储能系统。

目前,这套系统的科学性已经被验证。卢强院士介绍,在安徽省芜湖市国家级高新科技开发区,就有一套500千瓦的压缩空气储能系统,运行一年证明符合设计要求。这套我国自主创新的储能技术,给未来电网智能化发展提供了新的实践路径。

加强电力系统防护电磁脉冲的研究
——访中国科学院院士王锡凡
孔雷 

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“我国电网在自然或人为引起的电磁脉冲辐射(EMP)下是很脆弱的,可能导致几个月或更长时期的电力系统瘫痪和灾难性的后果。”谈起电磁脉冲,大多数人可能比较陌生,更不清楚其对电力系统运行的危害性。在7月10日召开的第四届中国电力发展和技术创新院士论坛上,中国科学院院士、电力系统专家王锡凡给大家详细讲解了电磁脉冲与电力系统安全的关系。

EMP袭击对电力系统威胁巨大

“电力系统遭受EMP袭击将造成大面积、长时间的停电,会引起社会混乱。”谈起EMP对电力系统的危害,王锡凡以美国橡树岭国家实验室对美国电网防护EMP袭击的研究报告为大家进行了讲解。

他首先为大家列举地磁爆引起魁北克大停电的案例。1989年3月13日发生的太阳磁暴,对北美和英国电力系统产生巨大的破坏。魁北克电网全部瘫痪,600万居民断电,英国南部电网两台400/275千伏自耦变损坏。新泽西Salem核电站500千伏/1200兆伏安变压器被漏磁引起的高温彻底损坏。

据王锡凡介绍,电磁脉冲辐射的主要来源包括太阳黑子引起的磁暴、高空核爆、人为的电磁干扰。数据显示,全球受EMP影响造成的经济损失达1~3万亿美元,恢复需要4~10年,而防护费分摊到每个用户仅为20美分/年。所以,基于对魁北克大停电的分析和研究,2011年1月16日,美国一位议员提出《电力系统基础设施安全防护法案》。该法案明确针对三种电磁脉冲进行防护:高空核爆、电磁武器、自然产生的电磁脉冲。“所以,我国也应积极防范EMP袭击,这是一个国防问题。”王锡凡说。

王锡凡以核电磁脉冲的构成及特性介绍了电磁脉冲辐射对电力系统的巨大破坏力。“早期高频电磁脉冲(E1)对SCADA系统、控制系统、传感器、通信系统、计算机造成破坏,可造成配电网绝缘子闪络。中期的中频脉冲(E2)与雷电的电磁脉冲类似,相当于成千上万个雷电。在E1为之扫清保护后,可直接损坏电力系统主设备。晚期电磁脉冲(E3)类似地磁暴,主要对输电线路和低频设备造成破坏。”由此可见,电磁脉冲辐射对电力系统的巨大危害不言而喻,不论是发电厂、输电系统还是配电网,都难以幸免。

通过分析电磁脉冲辐射对电力系统的威胁,王锡凡说,“电磁脉冲造成的大停电难以恢复,大量一次、二次设备同时被干扰损坏,电磁脉冲辐射会首先破坏通信系统和控制设备,使处理事故和恢复供电更加困难,其它基础设施如交通、通信、供水、金融等系统瘫痪,都给电力系统恢复带来困难,包括燃料供应等。”

EMP威胁的应对策略

王锡凡说,电力系统必须对电磁脉冲辐射的袭击进行防护,把破坏后果降低到合理的程度,并提出从分析和计算、试验与仿真、组织与协调、电力系统分析和电力系统规划等方面开展研究。

王锡凡认为,防护电磁脉冲主要做好三个关键环节,即:对电力系统的防护、减轻袭击的破坏后果、电磁脉冲弹袭击后的修复。“要保护电力系统在受到电磁脉冲辐射袭击后仍能维持正常运行是不可能的。因此,防护原则应该是在灾后能迅速恢复对重要用户供电,通过特殊接地等措施保护发电机、变压器、开关等,以及供气系统贵重设备免受E2、E3损坏。”王锡凡说。

居安思危,有备无患。对电力系统而言,电源布局和输电接线方式要适当考虑自然灾害,包括地磁爆、极端天气及电磁脉冲辐射等造成的破坏后果和恢复情况,控制系统、通信系统和保护系统等应有合理的抗电磁干扰水平。同时加强变压器、断路器等关键设备抵御GIC的能力,建立有效的备用机制。“我们电力系统的设备、结构和运行方式,运行、调度人员应对防范EMP有足够的认识和心理准备,并应加强这一领域的研究,开发经济有效的措施,防护EMP对我国电网的袭击。”王锡凡最后强调。

探索电网用储能电池的发展方向
——访中国工程院院士杨裕生
马佳 

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储能电池在推动各领域技术、经济快速发展的重要性越来越明显。同时,各行业对电池功能要求越来越高,能量密度、功率密度、寿命、安全性、可靠性、环境适应性、制造与成本等,考量因素不断增多。然而,并没有一种新型“万能电池”的存在,这是杨裕生院士在本次论坛上提出的重要观点。

电网用电池是个新事物

现代用户对电网提出越来越高的可靠性要求,这不仅需要电网的智能化,也需要规模储能。大规模新能源并入电网,风能、太阳能等可再生能源发电具有波动大、难以人为控制的特点,直接并入电网,会影响供电质量。为了实现稳定、均衡的供电,将电能“存”起来,其技术研发愈发迫切,开发高效、安全的储能技术具有重大意义。

以铅炭电池为例,杨裕生院士强调了其低成本、安全、原料易得、可靠、产业化技术成熟等显著优势,铅炭电池也已经成功应用于城市微电网、风光储能电站、风电路灯等系统,还能为各种电动汽车提供动能,是符合我国产业布局和制造水平的一种储能电池。

对于电网使用电池储能,杨裕生院士指出,电网用电池是个新事物,要根据规模大的特点,发展电网储能电池。可研究的方向如超级电容器用于智能电网调频;铅炭电池用于智能电网的功率平滑,也适用于可再生能源、分布式电网及家用;高安全性的锂离子电池可参与竞争。

电池发展应兼容并包

目前,储能电池有很多种,包括锂离子电池、铅酸电池、镍氢电池、超级电容、钠硫电池等,在比能量、循环寿命、安全性、成本等各方面有所差异。

并不存在一种“万能电池”,杨裕生院士这样解读,“尺有所短,寸有所长,不要轻言‘某电池将取代另外的电池’。”有言论称“世界进入铝电池时代”,发展“镍碳超级电容”,其实是偷换概念、夸大其词的说法。

电池发展的过程与其他事物一样,需要长期的创新积累和科学论证。杨裕生院士对电池发展的未来仍很有信心,但他强调,对于电池技术的“下一代”,一定要综合考虑多方面的因素,采取兼容并包的态度,反复认真论证“下一代”技术。

电池发展挑战与机遇并存

对于未来电池的发展,杨裕生院士认为,储能电池的发展应将安全因素放在首位考虑,不要片面追求高比能,应优先使用高安全性的电池,宁愿牺牲一些比能量规模。在蓄电的设计中要控制不发生“连锁反应”,要坚持安全操作规程,决不可“滥用”。另外,电池处理不当会产生污染,这也是未来电池发展中应着重注意的问题。

杨裕生院士表示,抓住各类电池的特点,依势发展,是当前电池技术需要注意的问题。比如锂离子电池,应将安全性放在首位;锂硫电池,则需攻克寿命、功率和安全三大关;液流电池,需提高自动化程度和能量效率,降低成本;超级电容器,应突破高性能超级活性碳材料技术,替代进口、降低成本。

而探索新电池的方向,也应以安全性、比能量、使用方便性为首要考虑因素。杨裕生院士提出了一个当前研究的新型储能电池——锌锂锰水系电池。这系列电池具有安全性高、环境友好、比能量高、成本低和使用方便的突出特点,进一步提高其循环性能,此类电池将成为规模储能领域有竞争力的储能器件。

未来电网是技术融合的多面体
——访中国工程院院士郑健超
马佳 

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当今,科技发展、智能发展的趋势已异常明显:知识融合、学科融合、技术融合唱响了第三次工业革命的主旋律。电力行业作为国计民生的重要基础行业,对国民经济的发展及人民生产生活起着重要作用。在提倡“互联网+”的时代,融合,已成为各行各业创新发展的新标杆。在第四届中国电力发展和技术创新院士论坛上,中国工程院院士郑健超也分享了他的观点,未来电网将融合各类新技术,最终达到功能、效益、技术附加值的大幅度提升。

互联网+电网:可靠与灵活并存

融合的电网具有怎样的特征?郑建超院士这样描述:各种智能设备就地分散接入“电能总线”和“信息总线”;各种设备灵活可控,大幅度提高系统可靠性和灵活性。

做得更多、更加可靠、更加经济,是未来电网最主要的特征。郑健超院士之前就曾描述过未来电网的特征:抵抗自然灾害和防止人工失误的能力将大幅增强;占地面积将变得更小,造价更低更具有竞争力,对环境的影响也将降低到公众可接受的程度;更加灵活,允许更多的可再生能源轻松接入,适应更多的运行方式与用户需求,并将电力转换效率与资源利用效率最大化。

信息技术的快速发展为电网发展插上翅膀。郑健超表示,未来电网发展趋势是现代电网与互联网的融合。从技术的角度讲,是现代电网技术与现代信息通信技术的融合、高电压技术与微电子技术的融合。

对于电网来讲,融合的趋势还包括交流和直流的融合。以前,大家对这两种输电方式的优缺点分得很清楚。现在,已经出现了柔性直流输电,有些也发展为多端直流输电,并能向海岛送电。这一切都说明,新一轮的电网技术融合与设备升级正在酝酿。

电网监测的进化:无线传感器网络

无论何时,电网安全稳定运行,都是其最基本的技术指标。所以,对于电网状态的测量与监视技术发展,也是未来电网研究的重头戏。论坛上,郑健超院士带来了近期研究成果——无线传感器网络。

与一般无线传感器有所区别,电网的传感器有一部分位于高电压,这对电网的无线传感器提出很多要求:不用电池,用能源收集器供电;特低的功率,所需要的功率仅为0.1微瓦;需要很强的通信能力。

同时,电网运行维护需要大量人力物力,并且具有一定的危险性,无线传感器网络正在研究的一个方向便是电流电压功率的非接触测量,能直接减少线路运维工作者进行危险操作的次数。

想象一下,未来,故障信息通过无线感应器传输数据回来,方便快捷,节省人力。而郑健超院士也指出,虽然目前技术已经开始起步,但在电网技术方面仍处于研究阶段,未来有前景的研究方向,是如何让传感器智能化,变成“不侵扰的复合监测系统,保护隐私的智能电表和高安全性传感器网络”。

终极效应:技术融合催生设备创新

融合的最大效应,是“1+1>2”。未来电子技术与电网技术的融合,是协同增效的过程,会促进相关技术的加速创新,其技术附加值会大幅提升,给电网技术设备带来革命性的跨越发展机遇。

一台能装进手提箱的变压器?郑健超院士的提法让在场观众为之振奋。实际上是换流器和传统变压器的融合,固态智能电力变压器,它的传输功率密度比常规变压器大2个数量级,重量却只有75磅,是以前变压器的百分之一,甚至能被装进手提箱里。这个变压器在输配电系统都将有广阔的应用前景。

还有一个有意思的研究,是限流器与其它设备的融合。郑健超院士指出,固态限流器与断路器的融合,限流器与动态电压恢复器联合使用,限流器还能提高风电机组的低电压穿越能力,提供输送容量。开发新的设备,如果单纯考虑单一功能,单打一的设备,其市场前景不容乐观。但如果变成一机多用,多功能使用,则更加经济,具备更强的市场竞争力。

“发展具有功能融合的设备是未来趋势,但技术创新的过程是漫长的。”坚持创新是重中之重,郑健超院士也表示,发展微电网不是盲目用弱电系统改造传统设备,关键要记住,技术融合的判断依据是协同增效,而技术融合的脚步仍不会停止。

能源革命赋予电力可靠性研究新使命
——访中国工程院院士薛禹胜
孔雷 

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"非化石类能源成为终端能源的主要方式是发电,电能是联系一次能源及终端能源的高效、灵活而绿色的纽带。”在7月10日举行的第四届中国电力发展和技术创新院士论坛上,中国工程院院士薛禹胜说。

电力对能源安全及环境安全极其重要

经济可靠的电力支撑了能源安全及环境安全,更是对现代文明的重要支持。电网是电力传输及电力市场的物理平台,其稳定性的分析与控制一直被高度关注,但充裕性的分析与控制则长期被忽视。

基于对电力可靠性研究的思考,薛禹胜首先为大家抛出了一个新的名词——综合能源网。他认为,电力流及信息流服从的物理规律不同,不能用互联网的术语及规律来描述能源流,比如将固态变压器解释为电能“路由器”是不妥的,即使沿用“能源互联网”,也应读为综合能源网。

“二次能源是一次能源与终端能源之间的桥梁,电能是最高效、最清洁的二次能源。电力对能源安全及环境安全极其重要。”在他看来,智能电网的框架若要完整地反映能源革命赋予电力系统的使命,还需在能源的两个替代中,深化智能电网的内涵,并在与非电环节交互中,探索智能电网的外延。

薛禹胜说:“一次能源中的清洁替代及终端能源中的电能替代是能源安全及环境安全的重要保证。”电力工业如何在大规模替代的能源流中有效地承上启下、兼顾左右,要求电力工业及电工装备产业支撑这两个替代,并需要在智能电网概念的基础上扩展新概念。

薛禹胜特别提到,要从信息能源融合的视角来拓展智能电网的概念,他说:“信息能源系统融合的一个方面体现在,涵盖电力流在内的能源流的可靠性需要专用通信网的支持;另一方面则体现在开放的网络经济及广泛的用户参与都需要互联网平台的支持。”薛禹胜认为,依靠开放式的平台,可提高市场效益。

对电力可靠性研究的思考

谈到对电力可靠性的研究时,薛禹胜认为,电网是电力传输及电力市场的物理平台,电力系统的可靠性直接关系到国家安全,包括安全性和充裕性,即电力系统承受可信的扰动而不崩溃的能力和电力系统在扰动后仍保持供需平衡的能力。

薛禹胜坦言,中国在电力安全预警防御技术上引领世界,但还有一些需求不能满足。

“应该在大能源层次上研究充裕性和稳定性的风险。利用风险观点协调安全与经济性,安全约束不再单独需要,量化分析是约束优化及控制优化的基础。”谈到供电可靠性的问题,薛禹胜认为,自然环境、能源环境、经济环境、社会环境、人才环节、创新环境、基础设施、政策与监管的扰动都会影响供电可靠性。反之,电力系统的充裕性与稳定性也影响各外部环节。薛禹胜强调,要从大能源观点研究电力流的上下游,考虑电力与一次能源及终端电源的交互,如何适应大能源变革;能源转换及储能技术的影响;针对大规模可再生能源、分布式发电及储能,需要哪些外延等问题。

薛禹胜提出,综合能源网之类的新概念必须不同于智能电网,也区别于“Energy Internet”。在大能源观下,电力系统监控与分析的概念也需要延伸,如:电厂与电网,设备与系统,博弈与机理的交互影响;技术措施、经济领域与管理决策;能源、经济与环境的综合分析与控制;多领域、跨学科的系统工程等。

“提高多道防线的自适应能力是重要的研发方向。”薛禹胜认为,电网要全面提升应对高风险极端事件的能力,“科学的说法应该是‘按风险的准则’来权衡可靠性与经济性,而不是‘按多少年不遇的准则’来确定所必须关注的灾害场景。”

加速开发安全可靠的自主核电技术
——访中国工程院院士叶奇蓁
齐立强 

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我国核电正掀起一轮新的建设高潮。目前,我国建成投运核电机组23台,总装机容量2138.6万千瓦;在建28台,总装机容量2800万千瓦。根据《核电发展中长期拓展规划(2011~2020)》,至2020年,我国将建成投运核电机组总装机容量5800万千瓦。中国工程院院士叶奇蓁认为,核电高速发展的同时,需要核电自主开发利用技术不断进步。在开发利用核电技术的同时,还需要高度重视安全,使得核电技术真正造福人类。

我国核电技术自主研发取得进展

目前,中国核工业集团公司和中国广核集团有限公司利用已拥有技术开发三代核电机型ACP1000和ACPR1000,开发了具有自主知识产权的三代核电技术“华龙一号”,达到国际三代核电技术指标。这一技术充分利用当前国产化技术,具有完整自主知识产权。

叶奇蓁介绍说,“华龙一号”在研发过程中,非常重视安全可靠性指标,充分借鉴了日本福岛核事故经验反馈,贯彻了核安全纵深防御和设计可靠性原则,采用“能动与非能动结合的安全设计理念”。其中,能动安全系统可以高效快速地消除或缓解事故,非能动安全系统可以保障在动力源丧失时有效应对事故。

“华龙一号”具备完善的严重事故预防与缓解措施,采用双层安全壳,具有抗商用大飞机撞击能力。除了“华龙一号”,我国还在研制另外一种三代核电技术:CAP1400。这是在引进AP1000基础上自主开发的,目前已通过初步设计审查。

“AP1000技术是美国的,只要是净功率135万千瓦以下的机组都受到知识产权保护。于是,我们自主开发的CAP1400净功率达到了140万千瓦,毛功率达到了150万千瓦。”叶奇蓁说,为了满足CAP1400的安全性要求,还需要开展非能动安全系统研究,并采用MSHIM进行负荷跟踪,以提高运行灵活性。

让叶奇蓁感到无比自豪的是,我国的核电技术已经实现了走出去,ACP1000已出口到巴基斯坦2台机组。“华龙一号”核电技术出口更成为我国“一带一路”的主力军之一。

核电开发利用要确保安全

在核电行业,安全比什么都重要。尤其是在几次大型核电事故后,人们对核电更加敬畏,甚至“谈核色变”。

引发堆芯迅速损坏导致安全壳早期失效的事故,主要包括反应堆冷却剂系统中大部件的失效和反应性失控事故。严重事故会导致安全壳失效,产生高压熔堆、蒸汽爆炸、氢气爆炸、安全壳超压失效、安全壳边界熔穿等严重后果。

叶奇蓁表示,目前我国自主研发的核电技术,正在努力达到实际消除大规模放射性释放的标准。叶奇蓁说,“排除战争中恶意轰炸核电站的反人类行为,可以做到核电站的绝对安全。”

叶奇蓁说,“我们可以进行一些必要的技术改造,基础设施不好改,还可以改用耐事故燃料。”由于放射性物质主要保存在燃料元件内部,要从设计上实际消除大量放射性物质释放的可能性,最佳选择是将事故序列中止在燃料元件破损之前。因此,福岛事故之后,核电燃料研发新方向——耐事故燃料,它能够为操作员提供更长的应对时间和缓解严重事故后果,具体目标包括降低堆芯(燃料)熔化的风险;缓解或消除锆水反应导致的氢爆风险;提高事故下裂变产物的包容能力。

叶奇蓁还介绍,国内外耐事故燃料的主要技术方向,按照燃料改进和包壳改进分为两个方面:燃料方面的目标是尽量提高燃料热导率和增强事故下对裂变产物的包容能力;包壳方面的目标是尽量减少或消除锆水反应,提高包壳高温性能。

重视输电线路的优化设计和安全运行
——访中国工程院院士陈予恕
孔雷 

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“‘电力装备’为第一个十年纲领中要大力突破发展的重点领域之一。”在第四届中国电力发展和技术创新院士论坛“电网安全与输变电技术”分会场上,中国工程院院士陈予恕在题为《特高压输电装备安全运行与动力学》的发言中讲道。在本次论坛上,陈予恕解读了国家最新战略“中国制造2025”的内涵,重点介绍了“中国制造2025”对电力行业未来发展的影响,并结合非线性动力学专业领域的发展,探讨了“特高压输电装备”安全运行的行业基础和共性关键技术问题,提出未来的重点研发方向。

我国特高压输变电装备创造了世界先进技术

陈予恕首先谈了自己学习“中国制造2025”的体会。他说:“‘中国制造2025’是我国实施制造强国战略的行动纲领。不但有任务、有重点、有政策,还有制度和措施,必将激起我国广大技术工人、广大知识分子和广大人民群众建设强大祖国的热情和积极性。”

陈予恕重点解读了制造强国战略对电力行业提出的需求,并结合自身从事的专业领域,就“特高压输电装备”保障安全运行的行业基础和共性关键技术提出了见解,对特高压输电装备安全运行与动力学进行了分析探讨。

陈予恕认为,我国在特高压输变电装备领域已经创造了世界先进技术。“我们要认真深入学习‘中国制造2025’这个我国实施制造强国战略的纲领性文件,把我们的研究行动纳入国家制造强国战略规划之中,大幅提升创新能力,扩大行业优势,尽快形成行业全球创新引领能力。”

应用动力学原理分析并防治线路舞动

众所周知,输电线路导线舞动是影响电网安全运行的危害之一。对输电线路舞动的分析与防治正属于动力学范畴。陈予恕介绍,输电线路导线舞动是指输电线路导线在不对称覆冰及风力的作用下引起的一种低频率振动现象,其频率为0.1~3赫兹,振幅为导线直径的20~300倍。“输电装备的安全运行保障问题引起了人们极大的重视,特别是随着我国特高压输电线路的发展,我国在保证输电线路装备安全运行方面也取得了不少进展。”陈予恕说。

谈到输电导线舞动与减振器系统的动力学特性时,陈予恕说:“输电导线舞动的防治策略和结构有多种形式,如压重防舞器、动力减振器防舞器、失谐摆防舞器以及最近提出的线性零频减振器防舞器等。”他现场为大家展示了以线性零频减振器防舞器为例建立的振动方程组,并通过分析非线性减振器与输电导线耦合系统的动力学特征得出结论:非线性减振器的线性固有频率影响了输电导线各阶固有频率附近的共振频率范围,但其非线性刚度对减振器与输电导线的共振频率范围无影响,输电导线各阶固有频率附近存在共振频率禁带,共振频率禁带的大小与各阶模态函数的平方正相关。“所以说,多个非线性减振器与单个同质量的非线性减振器相比,具有更宽的共振频率范围。”陈予恕总结道。

杆塔、基础和导线应作为整体系统建模分析

输电线路的构成,除了导线,还有杆塔和基础。陈予恕认为,杆塔是一个复杂的空间结构,它除承受静载荷外,还承受着风载、导线质量及舞动的动载荷,有时还需考虑地震载荷等,而基础则承受着杆塔和导线的载荷。

为此,陈予恕建议,“目前在设计输电线路时多数是对杆塔、基础和导线分别进行强度、刚度和振动等计算分析,以便确定其结构参数的大小。但是在输电线路送电过程中,它们是互相联系耦合的一个整体,建议作为一个整体系统进行建模分析,并将理论结果与线路实验结果互相验证,以便做到安全、经济和可靠的运行。”

“输电线路的优化设计和安全运行,其理论基础是动力学,我建议应给以足够重视,为我国特高压输电线路技术领先世界先进水平创造条件。”陈予恕最后说道。

电动汽车需“三好”
——访中国工程院院士陈清泉
马佳 

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发展电动汽车、实现交通能源全面转型,成为实施能源持续利用战略、低碳经济转型、生态文明建设的重要举措。

此次院士论坛中,中国工程院院士、英国皇家工程院院士、世界电动车协会创始主席陈清泉带来了对电动汽车、动力电池、基础设施、无线充电发展方向新思考,他提出发展电动汽车的三个关键因素:好的产品,好的基础设施,好的商业模式。

电动汽车产业转型是系统性工程

中国汽车市场今后十年将持续以约10%的年增长率发展,这将给中国的能源安全和空气污染带来严峻挑战,中国对电动汽车的需求更迫切。

陈清泉认为,应处理好两个三方关系:一是处理好政府、企业和市场的关系,二是处理好产品、基础设施和商业模式的关系。

陈清泉认为,中国电动汽车的发展不是一个单维空间,也不是封闭式的创新,汽车能源的结构性变革涉及能源资源生产、交通模式、商业模式、基础设施、智能交通、智慧城市等方面,是一项延伸范围广、综合程度高、多领域交叉融合的系统性工程,因此一定要紧密结合“两个建设”:其一是结合智能电网建设,其二是结合远程智能信息控制、智慧型城市建设,按照大城市、城市间、小城镇“点线面”三个步骤有序推进。

动力电池的技术发展路线亟需完善   电动汽车发展的核心内容,是电池技术的进步。当前发展较为成熟的磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、三元材料电池均很难满足电动汽车续驶里程的最终发展要求。因此,动力电池的发展方式尤为重要,陈清泉认为应兼顾比能量与安全性,以提升比能量密度为主线,多角度、系统化提高电池安全可靠性。他提出,下一代动力电池研发应着力攻克正、负极材料和电介质隔板的核心技术及模块智能技术,应跨领域联合开展新一代高容量锂离子正负极材料和以锂聚合物电池——锂硫、锂空气、钠空气为代表的新型体系电池研发,形成核心知识产权保护体系。

无线充电是重要发展方向

“电动汽车和电网的关系,处理好了就是双赢,处理不好就是两败俱伤。”陈清泉院士说。而有一种新的充电方法,或许能很好地实现“双赢”的局面——无线充电。以电磁场为媒介实现电能传递,可大幅提高电能传输的自由度,成为电动汽车能源补给技术的新兴热点。无线充电技术发展应注重效率与安全并举。无线充电技术主要有电磁感应、磁场共振、无线电波三种技术,其发展应重点研究非接触变压器拓扑优化、耦合磁场屏蔽、漏磁控制、电磁兼容、磁路模型设计、高频电力电子技术等方面,同步提升无线充电的效率和安全性能。

应加快开拓新型商业和建设模式

电动汽车如何形成产业化规模,形成市场竞争力?陈清泉说:电动汽车的基础设施应适应无缝集成灵活的客户开发模式。基础设施是电动汽车推广应用的重要基础,应有创新的商业模式配合。基础设施的发展应遵循“方便、经济、高效”原则,分类型、分步骤、均衡化探索适应无缝集成灵活的客户开发模式,凝聚基础设施发展的内生动力。

陈清泉院士还提醒道,创新是充分利用已有的设施进行改造升级。电动汽车基础设施建设应充分利用城市已有电能基础设施,比如充分利用无轨和轻轨车供电设施、城市路灯供电设施等已有电能基础设施,构建换电站、快充站、车载充电器“点线面”一体化集成的能源供给体系。

能源技术革命是能源发展的动力
——访中国工程院院士李立浧
齐立强 

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“中国计划2030年左右,二氧化碳排放达到峰值,计划到2030年非化石能源占一次能源消费比重提高到20%左右。”采访中,中国工程院院士李立浧指出,要实现这个目标,我们必须加快推进能源技术革命。

李立浧长期从事电网工程与直流输电技术研究,曾参加和组织建设了我国第一条330千伏交流输电工程、第一条500千伏交流输电工程、第一条±500千伏直流输电工程、我国第一条也是世界上第一条±800千伏直流输电工程,为推进我国电网技术发展,尤其是直流输电技术与交直流并联电网运行技术跨入国际先进行列做出了贡献。

推动能源技术革命必须立足国情

李立浧表示,能源革命是一个宏观概念,包括生产革命、消费革命、技术革命和体制革命,其具体实现形式就是通过产学研各界开展高级合作,推动能源技术革命,带动产业升级。

当今,世界各国,尤其是欧美发达国家投入巨资和热情推动能源技术革命,积极抢占绿色能源技术的制高点。世界上新一轮能源技术革命已经出现,页岩气开发,油气资源深度开发,煤炭清洁化利用,风能和太阳能技术开发以及电动汽车、储能技术、智能电网等关键技术在不断发展,逐渐取得突破。在这一背景下,积极推动能源技术革命,把能源技术及其关联产业培育成带动我国产业升级的新的经济增长点,对于保障我国能源安全、推动经济社会可持续发展以及应对气候变化具有重大意义。

李立浧认为,推动能源技术革命,必须立足我国国情,紧跟国际能源技术革命新趋势,以绿色低碳为方向,分类推动技术创新、产业创新、商业模式创新,并同其他领域高新技术紧密结合,把能源技术及其关联产业培育成带动我国产业升级的新增长点。

能源技术革命需要确定清晰方向

关于能源技术革命的研究,过去已经有了很多,李立浧认为,对于能源技术,我国需要确定一个更加清晰的方向。

在能源技术革命研究中,技术方向、技术路线非常重要。李立浧举例说,当年发展高清电视时,有的国家采取模拟电路的技术路线,失败了;有的国家走了数字化路线,成功了。恰恰因为技术路线正确,做出技术路线的正确决策,才能够取得未来的技术领先优势。结合我国国情和能源禀赋以及应对气候变化,需要研究我国能源技术不同阶段的发展目标。

李立浧展望未来时说,到2030年,我国需要在能源技术方面有重大突破,逐步改变以煤炭为主的基本格局,以保持2030年以后能源供给以我为主的局面。

能源技术革命需要更多创新思维

随着能源在社会生产生活中地位越来越重要,能源发展问题也越来越受到人们的广泛关注。李立浧表示,在高度信息化的今天,未来能源的发展势必与互联网的开放性思维相碰撞,依靠大数据云计算平台的分析,在能源生产、能源传输、能源消费方面进行突破,以实现能源清洁、互联的均衡发展。

李立浧建议,在能源生产方面,应大力推进煤炭等化石能源的清洁高效利用,着力发展绿色新能源,形成以清洁能源为主动力的多轮驱动能源供应体系。在能源传输方面,打破传统能源传输介质束缚,更新能源传输方式。随着能源生产的多样化发展,能源消费转以就地消费为主。在能源消费方面,实现能源形式之间的相互转换,为消费端因地制宜地的选择能源消费类型提供可能,是能源就地消费的有力保障。同时,能源消费流量及状态数据可以被实时采集,便于能源间的协调控制与均衡发展。