2008年是電力行業(yè)深刻反思之年。在改革開放30年的歷史性時刻，我們經歷了冰雪災害、汶川地震等特大自然災害、金融危機以及由此引發(fā)的全球性經濟衰退等一系列重大事件，這促使我們站在一個新的歷史高度，從人的終極關懷出發(fā)，進行更加深刻、更加本質的思考。終極思考是一種哲學思考，其出發(fā)點和落腳點都是為人類尋找安身立命之所和永續(xù)發(fā)展之路。
一個有趣的現象是，當工程師從社會責任的高度反思工具理性和價值理性的關系，追問“為什么發(fā)展，發(fā)展為了誰？”的問題時[注1]，經濟學家則從建立后危機時代世界經濟新體系的視角，思考如何在新的約束條件下平衡各種變量間的關系，追究危機和衰退到底是“周期性波動”還是“結構性震蕩”問題[注2]。非常耐人尋味的是，二者思考的結果，均指向了“結構性問題”。而解決結構性問題，必須在全社會重建核心價值觀，確立新的約束條件，并在此約束條件下重新平衡各種變量關系，重新配置相關要素資源，實現結構性轉型。
事實上，當前中國經濟可持續(xù)發(fā)展所面臨的重大困境，正是高碳型的產業(yè)結構和相應的粗放型經濟增長模式問題。不合理的產業(yè)結構和消費結構，形成了“高投入、高消耗、高排放、低效率”的粗放型經濟增長模式，這種結構性矛盾正是制約我國經濟可持續(xù)發(fā)展第一位的、重大而緊迫的問題。限于篇幅，本文不能對此展開討論，而僅就低碳經濟條件下電力工業(yè)變革與發(fā)展本身和系統(tǒng)內的問題進行分析研究。
近代西方發(fā)達國家的工業(yè)化和現代化過程，在走過一段以“天人相分”為基本理念的道路之后，已經對其造成的資源與生態(tài)破壞的惡果進行了深刻反省。近年來興起的“低碳經濟”概念，正是在全球氣候變化這一背景下，首先發(fā)端于西方，進而對世界產生了深遠的影響。所謂低碳經濟，就是以低能耗、低污染為基礎的經濟，即在低碳排放條件下實現經濟的持續(xù)增長。2007年9月，胡錦濤主席在APEC會議上指出：“氣候變化從根本上說是發(fā)展問題，只有在可持續(xù)發(fā)展的前提下才能妥善解決……應該建立適應可持續(xù)發(fā)展要求的生產方式和消費方式，優(yōu)化能源結構，推進產業(yè)升級，發(fā)展低碳經濟，努力建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，從根本上應對氣候變化的挑戰(zhàn)。”
能源行業(yè)是經濟發(fā)展的基礎和碳排放第一大戶，因此，必須大力提高能源利用效率，開發(fā)利用新能源，優(yōu)化能源結構，推進產業(yè)升級，這是低碳經濟的核心所在。為此，必須抓住機遇，大力推進能源變革。作為能源行業(yè)的主力軍，電力企業(yè)應當以科學發(fā)展觀為指導，順應能源變革的歷史潮流，主動在戰(zhàn)略方向上進行變革與調整，走出一條科學發(fā)展之路，在能源變革中擔當大任。
我國電力發(fā)展戰(zhàn)略調整的緊迫性
改革開放三十年，我國電力事業(yè)的快速發(fā)展為GDP年均增長9.8%提供了有力支撐。2008年，我國電力裝機容量達到7.93億千瓦，全社會用電量34268億千瓦時，均僅次于美國居世界第二位。
在我國電力事業(yè)快速發(fā)展的同時，一些深層次的矛盾與問題日益積累和加深，使電力工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展面臨諸多困境。
困境一：一次能源資源面臨枯竭，相關要素資源嚴重短缺。
近年來，我國電力裝機急速增加，需求預測一再被突破。例如，根據國家發(fā)改委能源研究所周大地主編的《2020中國可持續(xù)能源情景》（2003年版）預測，2020年電力裝機容量最多為8.20億千瓦；但僅僅6年后，我國2009年電力裝機容量預計將達到8.6億千瓦，已經超出預計的2020年裝機數。
根據中國2050年達到目前中等發(fā)達國家水平的經濟發(fā)展目標，中科院可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究組設計了未來中國發(fā)展的“基準”、“低碳”和“強化低碳”三種情景[注3]，利用模型定量分析了2005年-2050年不同情景下的能源需求和二氧化碳排放情況，2050年的一次能源需求、電力需求以及碳排放預測如表1、表2、表3。
表1：2050年一次能源需求量（百萬噸標煤）
表2：2050年發(fā)電裝機容量（萬千瓦）
表3：化石燃料燃燒二氧化碳排放量（單位：百萬噸碳）
注：碳與二氧化碳的數量折算關系為：1噸碳相當于3.67噸二氧化碳。
麥肯錫公司發(fā)布的《中國的綠色革命》研究報告也對中國2030年的能源需求和溫室氣體排放進行了測算，其測算結果與中科院可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究組的測算結果對比如表4。麥肯錫預測的減排情景下2030年裝機容量高于而發(fā)電量低于中科院的預測，主要原因可能在于二者預測的電力結構不同（表5），麥肯錫預測的風電和太陽能發(fā)電容量均遠遠高于中科院，煤電較低，而風能和太陽能的等效利用時間均遠遠小于煤電，因而要增加裝機容量。對新能源利用程度的不同體現在減排潛力上（新能源利用是減排的重要措施之一，其它減排措施還包括提高能效、增加森林面積等諸多方面），麥肯錫預計的減排潛力為67億噸CO2e（二氧化碳當量），其中電力行業(yè)的直接減排潛力為28億噸；中科院預計的減排潛力為44億噸CO2e（強化低碳情景與基準情景相比）。
表4：2030年我國電力裝機和溫室氣體排放預測
根據上述中科院三種情景的預測數據，2005-2050年能源需求總量驚人。按照平均數計算，石油在基準、低碳和強化低碳情景下，2005-2050年總耗量分別達到365億噸、235億噸和236億噸（按照1公斤原油折合1.43公斤標準煤計算），遠遠超出我國目前約21億噸的石油探明可開采儲量（表6）。以平均數計算，煤炭在基準情景、低碳情景和強化低碳情景下，2005-2050年總消耗量分別為1259億噸、936億噸和865億噸標準煤，換算成原煤分別為1763億噸、1310億噸和1211億噸（按照1公斤原煤折合0.7143公斤標準煤計算），也就是說，目前我國探明可開采的約1145億噸煤炭儲量遠不能滿足國內需求（表6）。從代際公平來看，這無疑是寅吃卯糧。
表6：我國主要化石能源資源儲量
資料來源：BP世界能源統(tǒng)計2008，為截至2007年數據。
核電和水電雖然是清潔能源，但也面臨著資源有限性的問題。核燃料鈾的儲量不容樂觀，根據2007年世界鈾資源紅皮書，全球已探明的開采成本低于130美元/公斤的鈾資源總量為546.9萬噸，按2006年全球天然鈾消耗6.65萬噸計算，可用82年。我國現在探明的天然鈾儲量只能供4000萬千瓦裝機運行50～60年，實際產量也嚴重不足，未來大規(guī)模發(fā)展核電所需的鈾燃料只能主要依賴進口。2008年，世界上共有438座核電站運行，44個在建（新開工項目大多在中國），計劃新建的核電站超過200座。隨著核電熱在全球再度興起，對鈾資源的爭奪必將日趨激烈。目前世界上主要的鈾礦資源已經被法國阿?，m等巨頭控制，我國海外找礦的難度日益增加。尤當反省的是，當代人僅用幾十年的核電所產生的核廢料，后代人將在長達100-10000年的時間里面對其存放的難題，這無疑是留給子孫后代的有害遺產。一些發(fā)達國家處置核廢料的費用高達數十億乃至數百億美元，但這只是一個永遠不會結束的處置管理計劃的開始。
水電方面，根據2006年最新的資源普查，我國大陸水力理論蘊藏量6.94億千瓦，經濟可開發(fā)量4.02億千瓦，而且怒江、瀾滄江等大江大河的水能資源是否適合開發(fā)尚有爭議。因此，低碳情景和強化低碳情景下2050年水電裝機4.8億千瓦還存在較大的不確定性。
面對常規(guī)能源的短缺和為期不遠的枯竭，我們不禁要問：在不久的將來，中國發(fā)展所需的能源從何而來？中國能源工業(yè)乃至整個國家經濟、社會永續(xù)發(fā)展的出路何在？這是當代人必須思考而且亟待解決的尤為重大和緊迫的問題！
必須指出，中國固然可以考慮在全球范圍內獲取能源資源，事實上，2008年我國石油進口依存度已接近52%，且仍可能進一步加大。但毋庸置疑的是，中國這樣一個能耗大國，能源供應必須立足于國內自給為主，國外進口為輔。首先，化石能源資源在全球范圍內都是不可再生的稀缺資源；其次，資源政治需要強大的經濟與軍事實力作后盾，且這種軍事實力絕不僅僅是防御性的；最后，假設我國具備了這種實力，是否能夠摒棄“和平崛起”的理念，重走超級大國在全球攫取資源的老路呢？事實已經證明，此路難以走通。
電力行業(yè)除了消耗大量的一次能源之外，還需要占用、耗費大量的土地、淡水以及銅、鋁、鋼等材料，這些資源也都正在變得越來越稀缺。例如，2008年我國電力行業(yè)消耗的銅占全國總耗量的近43%，消耗的電解鋁占全國總耗量的14%。2008年6月，中國環(huán)境與發(fā)展國際合作委員會和世界自然基金會（WWF）共同發(fā)布的《中國生態(tài)足跡[注6]報告》指出，中國消耗的資源已經超過了其自身生態(tài)系統(tǒng)所能提供資源的2倍以上，并超過了全球資源承載力的15%。
[注1]見本文作者系列文章《重建電力核心價值》。文章認為：“對災害的反思不能只局限在設計標準及技術措施層面，必須進行結構性、系統(tǒng)性分析并深入到價值層面的思考，否則就不可能科學分析、正確揭示問題的本質。”“在電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配、用各環(huán)節(jié)中，僅靠發(fā)電規(guī)模和送出規(guī)模而缺乏其它環(huán)節(jié)及結構性要素的有機聯(lián)系與配合，是無法實現系統(tǒng)的整體價值的?！薄半娏ζ髽I(yè)需要在宏觀層面重建以人為本的核心價值，在中觀層面重建以供電可靠性為根本的核心能力，在微觀層面重建以客戶需求為導向的業(yè)務流程?！?BR> [注2]見秦曉《金融危機新認識》，財經雜志，2009年第5期。文章認為：“此次金融海嘯，不是通常意義上的周期性波動，而是結構性震蕩?！薄按舜挝C是一次典型的結構性震蕩。事端的起因是美國次級債，但根子在美國過度消費、儲蓄不足的發(fā)展模式?！?BR> [注3]中國科學院可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究組：《2009中國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略報告》?；鶞是榫笆遣徊扇夂蜃兓瘜Σ叩那榫?，已經采取的常規(guī)能源政策將持續(xù)下去?！笆晃濉逼陂g節(jié)能20%的目標未包括在內。低碳情景即通過國家政策所能夠實現的低碳排放情景。強化低碳情景主要考慮了全球共同努力情況下，技術進步進一步強化，重大技術成本下降更快，發(fā)達國家的政策會擴展到發(fā)展中國家，并考慮2030年之后中國經濟規(guī)模世界最大，可以進一步加大對低碳經濟的投入。同時中國在一些領域的技術開發(fā)方面成為世界領先，如清潔煤技術以及碳捕獲和封存（CCS），可使CCS技術在中國得到大規(guī)模應用。
困境二：資源消耗過大，環(huán)境嚴重惡化，面臨巨大的溫室氣體減排壓力。
我國電源結構不合理，直接導致了一次能源特別是煤炭資源消耗過大，高碳排放和環(huán)境狀況惡化。截至2008年底，我國火電裝機占總裝機容量的75.9%（主要是燃煤機組），發(fā)電量比例更是高達81%。煤炭的大量開采嚴重消耗了本已十分緊缺的煤炭資源、土地資源和水資源，大量的煤炭燃燒則加劇了污染物的高排放。在各類一次能源中，單位熱量含碳量從高到低依次是：木材（110）、煤炭（97）、石油（73）、天然氣（56），我國以煤為主的能源結構，導致了二氧化碳等污染物排放水平居高不下。2006年，電力行業(yè)排放的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、煙塵分別占到全國總排放量的40%、53%、50%和42%左右。目前，我國二氧化硫排放量居世界首位，溫室氣體（包括二氧化碳、甲烷、氧化亞氮等）排放總量也即將超過美國排世界第一位。有關研究表明，我國環(huán)境污染帶來的經濟和生態(tài)破壞損失大約相當于當年GDP的7%-20%。
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科學觀測表明，地球大氣中二氧化碳的濃度已從工業(yè)革命前的280ppm（280毫升/立方米）上升到了2008年的386ppm（圖1），遠遠超過了過去65萬年自然因素引起的變化范圍。全球平均氣溫也在近百年內升高了0.74℃，特別是近30年來升溫明顯（圖2）。研究表明，人類活動對全球氣候變暖的影響超過90%。很多科學家將400-450ppm設為大氣中二氧化碳的濃度上限（也有樂觀者認為是550ppm，有悲觀者認為是350 ppm），以避免“不可逆轉的災難性后果”。
近年來，世界地緣政治更加凸顯出資源政治的特點，而氣候變化也已經從自然科學問題，逐漸上升為全球關注的重大發(fā)展問題和政治問題。雖然目前我國人均溫室氣體排放遠低于發(fā)達國家，但總量巨大。根據《京都議定書》，中國作為發(fā)展中國家在2012年以前不必承諾減排義務，但后《京都議定書》時代的國際合作機制談判正處于關鍵時期。今年12月將在哥本哈根召開聯(lián)合國氣候變化大會，屆時各方將就2012年后如何應對氣候變化問題達成新的協(xié)議。中國目前在世界經濟、政治中的地位與影響與日俱增，而能否在保持經濟較快發(fā)展的同時有效減排溫室氣體，承擔應有的責任，正越來越成為備受國際社會關注的焦點，并將承受越來越大的國際壓力。
圖1：150年間大氣中二氧化碳濃度變化
資料來源：江澤民《中國能源問題研究》
圖2：近百年全球氣溫變化
資料來源：江澤民《中國能源問題研究》
中美兩國居全球溫室氣體排放前兩位，其應對氣候變化的態(tài)度與措施格外引人矚目。美國2010財政年度預算案提出，到2020年和2050年，美國的溫室氣體排放量分別比2005年減少14%和83%，污染排放許可將在奧巴馬首個任期結束的前一年，即2012年開始出售。
2005年美國二氧化碳排放57.8億噸，如果減排目標能夠實現，美國2050年二氧化碳排放量將只有9.8億噸。而根據表3，2050年中國二氧化碳排放量在基準情景下為127.2億噸，低碳情景下88.3億噸，強化低碳情景下51.2億噸。即便在強化低碳情景下，中國的人均碳排放也將比美國高出近50%[注5]。屆時，后京都議定書時代的中國將無可避免地面臨巨大的減排壓力。電力行業(yè)作為我國溫室氣體的主要排放大戶，必須承擔起相應的減排責任。
困境三：電力工業(yè)傳統(tǒng)技術路線面臨挑戰(zhàn)。
縱觀一部人類能源消耗的歷史，從火的發(fā)現使用一直到工業(yè)革命前的100多萬年間，人類都是生活在綠色、生態(tài)、與大自然和諧相處的環(huán)境中，人類祖先依靠可再生能源已經生存了數百萬年。但僅僅誕生在200多年前的工業(yè)革命迅速改變了這一切。伴隨著人類能源消耗的大幅增加，生態(tài)環(huán)境也隨之在這個拐點上陡然急劇惡化，乃至全球氣溫上升，大氣層出現臭氧洞，人類自身的生存環(huán)境出現重大危機。
工業(yè)革命的偉大成就，是通過不斷的技術進步把人類改造物質世界的能力幾乎發(fā)揮到了極致——沿著更大、更快、更高、更強的技術路線——一直走到了核裂變、核聚變。從電力工業(yè)來看，其基礎原理和技術一直沿用工業(yè)革命以來的架構，沒有出現革命性的突破。發(fā)電機、變壓器參數越來越高、體積越來越大、重量越來越重，連風力發(fā)電機也已達到數百噸；輸電線路、電纜直徑越來越粗、電壓越來越高、容量越來越大、距離越來越長。當一條又一條、越來越多的截面達上萬平方米（寬、高各為幾十至上百米）、長度逾千公里的巨大高壓電磁走廊在大地上縱橫捭闔、呼嘯而過的時候，我們不能不憂心忡忡地感到困惑：電力工業(yè)沿著這條技術路線還將走多遠？！由此帶來的嚴重的資源、環(huán)境、運輸以及安全等方面的困境，究竟如何得到根本解決？
事實上，我們今天已經生活在一個由金屬基礎構造向非金屬基礎構造變遷的時代，而且這些基礎構造的趨勢是重量逐漸減輕，占用空間逐漸減小。隨著電子領域金屬電極真空管被硅基半導體取代，通信領域銅導體被?；饫w取代，制造、建筑領域的鋼鐵材料越來越廣泛地被碳纖維取代，可以預見，在電力領域陶基高溫超導材料將有可能取代銅、鋁、鋼材，成為電纜、電動機、發(fā)電機、變壓器等設備的主要材料，從而使得電力設備的體積、重量以及損耗都將超乎想象地大大減小。與此同時，分布式能源（包括常規(guī)能源如燃氣輪機發(fā)電和新能源分布式發(fā)電）越來越廣泛的應用，也將從根本上改變傳統(tǒng)的集中式發(fā)電和大規(guī)模傳輸的模式，從而對常規(guī)電網的結構、智能化程度、運行與調度方式等等帶來巨大的挑戰(zhàn)。
事實證明，電力工業(yè)的變革不可避免，變革刻不容緩。當前正在經歷的世界金融危機，為能源變革提供了重要契機。歷史經驗表明，全球經濟危機往往催生重大科技創(chuàng)新突破和科技革命。人類的智慧發(fā)展到今天，應當更有遠見卓識來選擇新的變革方向，而選擇的依據必然是人類可持續(xù)發(fā)展的客觀現實需要。因此，能源領域的變革將最有可能為新一輪技術革命帶來突破。同時，能源變革還將有效拉動新材料、加工制造、IT等相關產業(yè)的發(fā)展，成為應對當前金融危機，帶動經濟走出低迷、實現增長的新引擎。目前中國與世界主要國家在新能源、高溫超導等相關領域尚未形成較大差距，有些方面還處于領先地位，如果我們能夠及時把握戰(zhàn)略機遇，加大創(chuàng)新力度，率先取得突破，必將能為我國在今后低碳經濟下的發(fā)展奠定重要基礎，從而在21世紀全球競爭中贏得巨大優(yōu)勢。
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在把握能源變革機遇方面，美國總統(tǒng)奧巴馬的結構性能源新政對我們頗有啟示。應當看到，新能源技術與碳排放交易是發(fā)達國家搶占未來低碳經濟制高點的重要戰(zhàn)略組合。如果發(fā)達國家在新能源利用、碳減排技術上取得絕對優(yōu)勢，同時在全球推行碳排放交易，并成為新規(guī)則的制定者，那么包括中國在內的發(fā)展中國家未來的發(fā)展將受到嚴重制約：要么購買碳排放量，要么購買新能源或碳減排技術。中國無論如何選擇，都將受制于人，從而在國際分工中繼續(xù)扮演低端與廉價的角色。
令人憂慮的是，面對上述困境，我國電力工業(yè)至今還缺乏對未來發(fā)展方向和技術路線的戰(zhàn)略定位以及整體性規(guī)劃設計。而如果繼續(xù)沿著慣性軌跡發(fā)展下去，由于電源結構和能耗水平等制約，其資源和環(huán)境狀況均將難以為繼。況且，目前的電力等能源價格機制也不能反映資源稀缺性程度、環(huán)境外部性成本和市場供求關系。應當說，我們在戰(zhàn)略上尚未做好應對困境的準備。戰(zhàn)略規(guī)劃上的落后是根本性的落后，是輸在起跑線上的落后。未來二十年是我國極為重要的戰(zhàn)略機遇期，作為最重要二次能源的電力工業(yè)，必須盡快做出科學的戰(zhàn)略選擇。
筆者認為，我國電力乃至能源發(fā)展的唯一選擇就是走低碳經濟之路，一方面最大限度地提高能源特別是不可再生能源的終端利用效率，另一方面大力開發(fā)利用新能源，尋找滿足我國能源需求的終極解決途徑。為此，必須從能源安全和國家利益的高度出發(fā)，盡快明確我國整個能源體系低碳導向的戰(zhàn)略方向，制定切實可行的規(guī)劃，大力推進能源變革。當前尤須把拉動經濟增長與能源變革有機結合起來。電力行業(yè)作為能源行業(yè)的重要領域，應當以科學發(fā)展觀為指導，從國家和民族利益的高度出發(fā)，刻不容緩地主動推進能源變革，促進電力工業(yè)并帶動整個國民經濟實現科學發(fā)展。對此我們必須有清醒的認識，并納入國家規(guī)劃予以保證，為后化石能源時代的到來未雨綢繆，及早謀劃。
[注5]預計2050年中國人口14.6億，美國人口咨詢局預計2050年美國人口4.14億。
[注6]太陽能發(fā)電系統(tǒng)夜晚不能發(fā)電，陰雨天出力降低，所以需要在全球不同地方按時區(qū)配置若干太陽能發(fā)電廠，然后把這些發(fā)電廠連接成網，如此這個全球能源系統(tǒng)就可以24小時不間斷發(fā)電、供電，這就是用太陽能電池和超導電纜裝備成的全球能源網的概念。由于要在全球范圍內配置電力資源，輸電距離很長，容量很大，常規(guī)輸電線路損耗過高，占用土地面積過大，所以必須采用高溫超電纜連接。
電源發(fā)展的戰(zhàn)略選擇：新能源與分布式電源
1、開發(fā)利用新能源
應當指出，我國以煤為主的能源資源稟賦，決定了我國以煤為主的電源結構還將持續(xù)相當一段時期，而且電網結構也應與此相適應，例如，我國能源資源與負荷中心分布不均衡的特點，決定了西電東送的資源配置格局將會長期存在。但是，從現在開始，必須按照低碳經濟的要求，對煤電采取優(yōu)化發(fā)展的策略，一方面嚴格貫徹國家“上大壓小”方針，關停小火電，代之以采用超臨界、超超臨界以及潔凈煤發(fā)電（如IGCC）等先進技術的大型高效機組，或因地制宜發(fā)展熱電聯(lián)產，在發(fā)電側大力提高能效并降低污染物排放；另一方面，必須在電源結構上做出新的戰(zhàn)略選擇，即在新增裝機中盡可能控制煤電裝機。按照麥肯錫公司和中科院可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究組的估算，2030年我國煤電裝機在減排情景和強化低碳情景下分別為5.5億千瓦和6.25億千瓦（表5），這是我國資源與環(huán)境狀況所決定的硬約束。但是，截至2008年底，我國煤電裝機已經達到了6億千瓦。所以，從發(fā)展低碳經濟考慮，必須建立新的約束條件，使得今后20年我國煤電裝機總量盡量穩(wěn)定在6億千瓦左右的水平或略高一點，而主要對煤電機組的結構進行大力調整，在新增電力裝機中更多采用太陽能、風能、水電、核電等可再生能源。與此同時，在電源總量穩(wěn)定和結構調整的情況下，應當從戰(zhàn)略規(guī)劃的高度逐步對長距離、大規(guī)模、高參數輸電線路加以必要的控制。
如前所述，全球石油、天然氣、鈾的儲量只夠開采40-80年，煤炭雖然可以開采130多年，但過多使用會加劇惡化生態(tài)環(huán)境。所以，石油、天然氣、煤炭以及核能等資源都具有過渡性質，不是人類賴以持續(xù)生存發(fā)展的終極能源?，F在看來，人類的終極能源可能是太陽能及其衍生的風能、水能，不僅取之不盡，用之不竭，而且僅排放極少的二氧化碳（圖3），是發(fā)展低碳經濟、實現永續(xù)發(fā)展的唯一選擇。
CO2排放量（克-CO2/千瓦時）
（資料來源：OHM，2004年11月）
圖3：各種發(fā)電技術二氧化碳排放量對比
（1）太陽能
我國太陽能資源非常豐富。太陽能年輻射量超過60億焦耳/平方米，每年地表接收的太陽能相當于17000億噸標準煤的能量，具有良好的太陽能利用條件?？梢愿鶕柲苜Y源分布條件，采取小規(guī)模分散式或大規(guī)模集中式兩種不同的利用方式。
太陽能分布式利用的前景廣闊。目前我國大約有40億平方米的建筑物屋頂面積，另有約10億平方米的南立面可以利用，如果有20%安裝太陽能電池，按每平方米太陽能電池發(fā)電能力100瓦計算，則可以安裝1億千瓦。按照中國城市化發(fā)展進程，2050年之前新建房屋面積預計不低于現有面積，如果50%的面積安裝使用太陽能屋頂，則又可以安裝2-3億千瓦。目前，我國城鎮(zhèn)居民對“太陽能屋頂”的認識程度不高，因此必須由政府加大政策力度大力推行，而且考慮到該方式直接向客戶供電等因素，可以由電網企業(yè)實施。例如，筆者在荷蘭考察過的ENECO ENERGIE能源公司1MW太陽能小區(qū)，其屋頂太陽能一體化建筑構件全部由該能源公司投資并擁有產權，同時負責運行維護。由于統(tǒng)一規(guī)劃建設，最大限度保持了小區(qū)的美觀，并有助于節(jié)約成本。最近，美國加利福尼亞州政府通過了一項大規(guī)模的太陽能開發(fā)項目，于未來５年內在加州150處商業(yè)大廈的屋頂上安裝太陽能光伏電池，投資額將達8.75億美元。該項目就是由電網企業(yè)南加州愛迪生公司負責實施的。此外，愛迪生公司還將在加州其它商業(yè)大廈的屋頂上安裝太陽能設備。
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太陽能發(fā)電的集中式利用，目前的應用主要是在沙漠、荒灘等地區(qū)建立大規(guī)模太陽能發(fā)電站。如1984年12月，美國在莫赫夫沙漠地區(qū)建成了第一個大型太陽能發(fā)電站，發(fā)電功率達1.38萬千瓦，隨后又相繼建成了７套太陽能發(fā)電系統(tǒng)，總發(fā)電功率達20萬千瓦。據了解，我國已經籌劃在甘肅敦煌、西藏拉薩(或阿里)、內蒙古、甘肅、新疆以及云南石林等地選擇荒漠、戈壁、荒灘等空閑土地，建設大型太陽能電站示范項目。筆者作一大膽測算：如果每平方米太陽能電池組件發(fā)電能力為100瓦，太陽能電池面積按總占用土地面積的一半計算，則20平方公里土地面積內布置的太陽能電池陣列的發(fā)電能力可達100萬千瓦。我國沙漠總面積約130萬平方公里，按照上述標準，如果利用沙漠面積的5%即6.5萬平方公里裝設太陽能電池陣列，則發(fā)電裝機容量可達32億千瓦，按年滿發(fā)時間1000小時計算，則年發(fā)電量可達32000億千瓦時，接近2008年我國全年發(fā)電量（34334億千瓦時）。盡管理論測算并不等于實際應用，但由此可以理解太陽能利用對可持續(xù)發(fā)展的重大意義是毋庸置疑的。為此，日本專家曾提出著名的“GENESIS工程”概念，即建立“裝備太陽能電池和超導電纜的全球能源網絡”的構想，并認為這是目前作為工程師解決人類終極能源需求唯一能夠建議的可行方案。
當前，還應高度關注太陽能薄膜發(fā)電技術的推廣應用。相比于晶體硅光伏電池，薄膜硅電池雖然光電轉化效率較低，但其成本也低，而且在高溫、弱光環(huán)境中的發(fā)電性能更優(yōu)，尤其是透光性強，用于農業(yè)大棚不僅可以發(fā)電，而且能夠有效改善動植物生長環(huán)境，對發(fā)展現代農業(yè)具有重要意義，在較發(fā)達地區(qū)的城郊和農村具有十分廣闊的應用前景。如果建在城市郊區(qū)，可以直接接入城鄉(xiāng)配電網，避免了長距離輸電。按照現有技術水平，每畝地可以裝設薄膜太陽能電池不低于20千瓦，我國城市郊區(qū)耕地總面積約4.7億畝，如果用1億畝裝設薄膜太陽能大棚，則總裝機容量可達20億千瓦。按照年等效發(fā)電時間1000小時計算，可以生產20000億千瓦時電量，相當于2008年全國發(fā)電量的近六成。
（2）風能
我國的風能資源也非常豐富，潛力巨大。按照國家發(fā)改委《全國風能資源評價技術規(guī)定》估算，我國陸地上離地面10米高度處的風能資源理論儲量約為43億千瓦，技術可開發(fā)量約為3.8億千瓦。中科院地理所估算我國近海10公里范圍內10米高的風能資源超過19億千瓦。所以，我國風電裝機達到億瓦級完全有資源保障。風能的集中利用是在風能富集地區(qū)建設具有一定規(guī)模的風電場，分布式利用則主要是用于為分散式建筑供電，尤其對解決老少邊窮地區(qū)的無電戶用電具有重要意義。
我國風能資源豐富但季節(jié)分布不均勻,一般春、秋和冬季豐富，夏季貧乏，而我國水能資源夏季為豐水季節(jié)，冬季、春季是枯水季節(jié)，風能與水能的季節(jié)分布高度互補。所以，大規(guī)模發(fā)展風電可以在一定程度上彌補我國水電冬春兩季枯水期電力電量之不足。
我國風能資源豐富的地區(qū)主要是東南沿海及附近島嶼以及“三北”（東北、華北、西北）地區(qū)。另外，內陸也有個別風能資源豐富點，近海風能資源也非常豐富，這些地區(qū)距離負荷中心并不遙遠。分省來看，風能分布比較豐富的主要有內蒙古、新疆、河北、吉林、遼寧、黑龍江、山東、江蘇、福建和廣東等。筆者認為，當前應優(yōu)先考慮開發(fā)距離電力負荷中心較近的沿海及其島嶼地區(qū)以及近海的風能資源，即年風功率密度在200瓦/平方米以上的山東、江蘇、上海、浙江、福建、廣東、廣西和海南等?。ㄊ校┭睾＝?0公里寬的地帶，以及東部沿海水深5-20米的海域。
我國風能、太陽能資源分布與用電負荷分布存在著地域不對稱的特點。東部地區(qū)用電負荷密集，珠三角、長三角以及環(huán)渤海地區(qū)集中了全國70%左右的用電負荷，而中西部地區(qū)太陽能、風能資源豐富。由于這些地區(qū)的電網結構普遍薄弱，大規(guī)模開發(fā)太陽能、風能，會受到電網送出能力不足的制約，這一方面可以通過在當地發(fā)展高耗能產業(yè)等措施，就地消納部分電量；另一方面還需加強電網建設予以支持，這與后文將要提到的高溫超導技術密切相關。
（3）關于新能源發(fā)電的成本
成本偏高是制約新能源發(fā)展最主要的因素。實踐證明，只有市場規(guī)模的擴大，成本才能進一步降低。近年太陽能、風能發(fā)電成本大幅度下降，就主要是技術進步與市場規(guī)模擴大共同作用的結果。有關研究表明，太陽能光伏組件累計產量每翻一番，價格降低約20%。美國2006年預測光伏發(fā)電成本與常規(guī)發(fā)電成本將于2015年趨于一致，德國2007年預測二者到2017年趨同。目前我國集中利用的太陽能光伏發(fā)電最低成本已經降到0.73元/千瓦時，考慮產業(yè)鏈合理利潤后上網電價為1.34元/千瓦時。不久前，我國主要光伏電池生產廠商聯(lián)合宣布，到2012年實現光伏發(fā)電上網電價1元/千瓦時的目標。
近年來風力發(fā)電成本也經歷了迅速下降的過程。目前我國國產陸上風電機組成本已下降到6000元/千瓦，發(fā)電成本可降至0.375元/千瓦時。世界風能理事會的有關研究認為，風電成本的進一步下降，將60%依賴規(guī)?；l(fā)展，40%依賴技術進步。過去的風電成本下降更多的是依靠技術進步，以后的進一步下降則更多依賴于規(guī)?；?、系列化和標準化。該理事會估計到2020年，陸上風機的總體造價還可以在2006年基礎上再下降20%-25%，海上風機的造價可以降低40%以上，發(fā)電成本可以同幅下降。
在全球氣候變暖的嚴峻形勢下，征收碳稅將勢在必行，同時化石燃料的價格將會隨著儲量的減少而逐漸提高，這也會導致傳統(tǒng)發(fā)電成本與新能源發(fā)電成本差距的縮小（麥肯錫公司估計，2007年我國煤炭開采和消費造成的外部成本可達現有煤炭成本的150%。因此，如果加上外部成本，煤電的上網電價將大幅度提高）。
（4）關于新能源發(fā)電的并網問題。
無論風能還是太陽能發(fā)電都必須妥善解決好接入電網系統(tǒng)問題，特別是遠距離、大規(guī)模光伏電站、風電場的電力傳輸，必須與超導電纜技術的實際應用相結合。
風電場的出力隨著風速的變化呈不穩(wěn)定性特點，太陽能發(fā)電功率隨不同季節(jié)、每天的時間段以及不同的天氣狀況會發(fā)生很大的變化，從而給電網平衡調度、安全穩(wěn)定以及電能質量帶來影響，而且隨著并網規(guī)模的逐漸增加，影響會越來越大，這是必須面對并認真加以解決的問題，也是智能電網建設需要著力研究解決的問題。
風能、太陽能發(fā)電與儲能裝置相結合，是解決并網問題的重要途徑之一。比較成熟的大規(guī)模儲能技術主要是抽水蓄能電站，但受自然條件制約，無法大規(guī)模發(fā)展。目前有望取得實際應用的大規(guī)模儲能技術主要有蓄電池、壓縮空氣儲能、超導儲能、飛輪儲能、超級電容器儲能、氫儲能等。近年來大功率、大容量（電量）、長壽命、響應迅速的蓄電池技術有了較大發(fā)展，如釩電池充放電狀態(tài)切換只需要0.02秒，響應速度1毫秒，目前美國商業(yè)化示范運行的釩電池功率已達6MW，可以很好地配合新能源發(fā)電。在新能源的分布式利用情況下，還可以與蓄冷、蓄熱技術相結合。
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總之，電力企業(yè)應當以開放的姿態(tài)，積極支持新能源的開發(fā)利用。在戰(zhàn)略規(guī)劃、投資理念、接入系統(tǒng)設計、科技創(chuàng)新、技術支持以及管理創(chuàng)新等諸多方面及早研究，未雨綢繆，從理論上和實踐上做好充分的準備。建議盡快從國家層面設立若干不同規(guī)模和特點的新能源技術（包括后文將要提到的智能電網、高溫超導電力技術）開發(fā)應用綜合示范區(qū)或特區(qū)，為今后大規(guī)模推廣應用積累經驗，同時為適應后《京都議定書》時代的要求打造創(chuàng)新型的“國家名片”。
2、加大分布式電源建設力度
分布式電源是目前能夠大幅度提高化石能源終端利用效率的最佳方式之一，具有廣闊的市場和應用前景。分布式電源目前尚無完全統(tǒng)一的定義，一般是相對于傳統(tǒng)的集中供電方式而言的，主要是指以小規(guī)模、模塊化、分散式的方式布置在用戶附近的發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可獨立地輸出電、熱和（或）冷能。目前，分布式電源的方式主要有：一是高效的熱電聯(lián)產或冷熱電聯(lián)產系統(tǒng)，采用燃氣輪機、蒸汽輪機、微型燃氣輪機等；二是可再生能源利用，如太陽能發(fā)電、風力發(fā)電、小水電、生物質能發(fā)電等；三是蓄電池，例如，與新能源發(fā)電相配合的蓄電池、電動汽車蓄電池等。分布式電源有以下主要優(yōu)點：
一是大幅提高能源利用率。冷熱電聯(lián)產等分布式電源根據用戶的不同需求，對能量實行梯級利用，最大限度提高能效，而且可以避免遠距離輸送冷熱能的損失（5%左右） 以及大電網的輸配電損失（目前我國為6.5%－7.5%），從而大幅度提高能源綜合利用效率。如目前技術條件下分布式燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的能源利用率可達70%-90%，而燃煤電廠只有30%-45%。
二是有效降低環(huán)境污染、節(jié)約土地。由于分布式電源能效高，而且主要利用比煤炭清潔的天然氣、太陽能、風能等，所以污染物排放低。如天然氣蒸汽-燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的二氧化碳排放量為燃煤電廠的57%左右（如圖3），氮氧化物的排放量不到燃煤電廠的20%。由于分布式電源布置在用戶側，直接與配網連接，所以還可減少變電站及電力線路走廊建設用地。
三是進一步提高供電可靠性。分布式電源設備啟停方便，負荷調節(jié)靈活，各系統(tǒng)相互獨立，可彌補集中供電系統(tǒng)在安全穩(wěn)定性方面的不足。如在突發(fā)嚴重災害、電網崩潰等情況下，保障重要用戶的電力供應。由于未來要大規(guī)模應用太陽能和風能發(fā)電，而這兩種發(fā)電方式都存在輸出功率不穩(wěn)定的特點，需要在終端配置分布式能源加以配合，所以分布式電源還發(fā)揮著調峰調頻的作用。城市化的發(fā)展對電力供應提出了新的要求，負荷更為集中，可靠性要求更高，大力發(fā)展分布式電源，是較好的選擇之一。
分布式電源雖然規(guī)模較小，但是其能效高、污染小，所以與傳統(tǒng)意義上低效率、高污染的“小火電”完全不同。
分布式電源最重要的價值是最大限度地提高常規(guī)能源的利用效率。常規(guī)能源主要是天然氣、煤層氣等，一般采用蒸汽-燃氣聯(lián)合循環(huán)，二次能源實行冷熱電或熱電聯(lián)供為主。我國天然氣已探明儲量并不豐富，將寶貴的氣源用于分布式發(fā)電，是比用于常規(guī)電廠更有價值的利用方式。燃煤的熱電聯(lián)產機組，也是重要的分布式電源形式，特別是在我國北方地區(qū)，應當因地制宜地大力發(fā)展熱電聯(lián)產。目前，我國現役電廠中還有大量中小型純凝氣式發(fā)電機組，可以有選擇地將位于城市周邊的機組改造為熱電聯(lián)產，提高綜合能效，這在技術上、經濟上都被證明是可行的。除常規(guī)能源外，分布式電源還可以利用太陽能、風能、生物質能等新能源作為一次能源。
為推進分布式電源的發(fā)展，當前需要重點開展以下工作：
（1）加強對分布式電源整體性影響的研究。
研究用戶側分布式電源模式對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的影響，對電網調度運行的影響，對設備停電檢修安全性的影響以及電力企業(yè)為分布式供能系統(tǒng)所提供的安全備用的代價，從整體上研究分布式電源在我國未來的發(fā)展模式，確保真正體現該項技術的技術經濟性優(yōu)勢。
（2）研究微網接入、運行技術，制定相關標準。
重點研究在并網條件下，分布式電源系統(tǒng)的優(yōu)化集成與匹配設計技術，以及分布式電源微網系統(tǒng)并網關鍵技術。明確接入系統(tǒng)短路電流限制、保護配置、電壓控制方式、電能質量指標等技術規(guī)范。
（3）做好分布式能源規(guī)劃。
強大的電網是支持分布式電源發(fā)展的基礎，而分布式電源又是對大電網的有益補充。在大規(guī)模開發(fā)利用新能源的情況下，分布式電源還承擔著調峰調頻、保證電網安全穩(wěn)定的重要作用，對電網的智能化程度要求很高。因此，分布式電源是電力系統(tǒng)的重要組成部分，必須納入電力系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃。政府需要出臺有關政策，支持分布式電源的發(fā)展，并將分布式電源列入城市規(guī)劃，預留建設用地。
電網發(fā)展的戰(zhàn)略選擇：智能電網與超導電力技術
近期以來，智能電網與高溫超導技術引起了行業(yè)內外的廣泛關注，這實際上是電力行業(yè)長期醞釀的技術革命正在出現突破的重要標志。積極發(fā)展新能源與分布式電源以順應全球資源與環(huán)境約束的大趨勢，絕非僅僅為了改變電源結構，而是社會生產方式乃至生活方式的重大變革，也是能源利用方式的根本性突破。對于電網來說，并非只是對傳統(tǒng)發(fā)展方式的修補升級就能適應上述變化，而是要求電力傳輸技術與運行方式進行重大變革。而智能電網和高溫超導技術應是實現這場變革的主要技術基礎和物質載體，二者將與新能源及分布式電源一起，共同構建未來的新型電力體系。
1、建設智能電網
“智能電網”是近年來提出的一個新概念。應當說，在現有的電網自動化、信息化建設中已經體現了智能電網的部分技術含量，如“數字化變電站”、“配網自動化”等。目前對智能電網尚無統(tǒng)一的定義，對其涵義和意義的理解更是見仁見智。就意義來講，筆者認為，智能電網是21世紀電力工業(yè)新的而絕非常規(guī)技術路線的必然產物，其最大價值在于它是實現能源變革的重要技術支撐和網絡平臺。
許多專家認為，電網中太陽能、風能等可再生能源（不包括水電）的比例可達20%-30%。這些新型電力的大量接入及其多變性使發(fā)電資源發(fā)生了根本性變化。多變的可再生能源利用、分布式發(fā)電、需求響應、微電網和超導電網的接入以及電動運輸體系和建筑智能管理等的應用，使得電力網絡愈發(fā)復雜。比如電力將從不同位置進入網絡，使傳統(tǒng)的自上而下式的無源網絡變?yōu)橛性淳W絡，電力潮流從發(fā)電廠向用戶單向輸送變?yōu)槎嘞?，信息從單向流動變?yōu)樵陔娋W企業(yè)和用戶之間雙向互動，等等。對此，常規(guī)的接入系統(tǒng)方式和電網結構已不能適應，必須重新設計和改造電力網絡，以便對大量可再生能源的多變性進行管理，支持分布式發(fā)電和分布式存儲，平滑電源輸出負荷以避免電網受到沖擊，并滿足電力系統(tǒng)多向潮流和雙向通信的需要，這就要求大大提升電網的智能化水平，建設更加智能化的技術支持系統(tǒng)，這是建設智能電網最重要的意義所在。
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智能電網建設的目標應當包括但不限于以下方面：
一是新能源優(yōu)化。智能電網作為大規(guī)模推進新能源發(fā)展的技術支撐，支持太陽能發(fā)電、風電等新能源、分布式電源以及微電網、超導電網的接入，并有效防止風電等新能源功率多變性、潮流多向性等特點對電網的沖擊，保證電能質量。
二是可靠性優(yōu)化。通過在線故障檢測、隔離及恢復技術、停電管理等，保障電網安全穩(wěn)定運行，降低大面積停電風險，提高供電可靠率。
三是輸配電運行優(yōu)化。通過對電網運行數據、設備狀態(tài)數據的實時收集與分析，提高電網運行管理水平。
四是資產優(yōu)化。通過設備實時遠程監(jiān)控與報警、設備狀態(tài)評估、先進的維修管理等，提高資產利用率，充分發(fā)揮資產績效。
五是需求側管理和服務優(yōu)化。通過壓縮負荷或轉移負荷，并充分利用價格杠桿的作用，更好地管理高峰負荷，同時為客戶提供更多的消費選擇，降低客戶成本，提高系統(tǒng)資源配置效率。
六是環(huán)境優(yōu)化。從社會環(huán)境來看，智能電網的目標是和諧電網；從自然環(huán)境來看，智能電網的目標是綠色電網。
特別需要強調的是，智能電網的發(fā)展，將從根本上促進電網企業(yè)轉變需求側管理思路與方法，拓展服務領域，提高終端能效。目前，錯峰、避峰和負荷控制仍然是電網企業(yè)實施需求側管理的重要內容，而新的形勢要求需求側管理把提高終端能效放在突出位置。為此，電網企業(yè)需要在宏觀和微觀兩個層面付諸行動，在宏觀層面，嚴格執(zhí)行國家政策，通過實施差別電價、限制高能耗產業(yè)用電等措施，促進產業(yè)結構的優(yōu)化調整和經濟增長方式的轉變；在微觀層面，通過向用電客戶推廣使用節(jié)能新技術、新產品，為客戶開展節(jié)能服務，提高終端能效水平。
節(jié)能服務融入需求側管理具有重要的意義，不但為提高終端能效創(chuàng)新了有效的途徑，而且也拓展了電網企業(yè)優(yōu)質服務的內涵和社會價值。今后隨著新能源發(fā)電規(guī)模和領域的擴展，電動運輸體系將逐漸普及，電網企業(yè)可以利用自身優(yōu)勢，在提供相關服務（如集中式的蓄電池充電與配置）方面發(fā)揮重要作用。由此，電網企業(yè)將從單一的電力供應商，轉向綜合性的能源供應服務商，進而為開展集約化的能源服務、最大限度提高終端能源利用效率、節(jié)約社會成本做出更大的貢獻。實現這樣的轉型，不但需要電網企業(yè)自身堅持創(chuàng)新，充分運用市場化的手段，還需要國家監(jiān)管政策、財政政策的支持。
2008年，美國克西爾能源公司據稱在科羅拉多州的波爾德(Boulder)市建成了全美第一個智能電網。該公司表示，智能電網將是一個使可再生能源得以優(yōu)化利用，并使環(huán)境得以最大程度保護的解決方案。2009年5月18日，美國公布了《初始智能電網互動性標準框架1.0版》（Initial Smart Grid Interoperability Standards Framework, Release 1.0，共16項標準），同時將顯著增加對智能電網項目的獎勵資助力度，最多可達2億美元，比原來提高10倍；智能電網示范項目資助從4000萬美元提高到1億美元。
綜上所述，智能電網是能源變革中電網技術進步的過程，而不是一個簡單實現的工程項目。智能電網也不是一般意義上的技術進步，而是涉及整個電力系統(tǒng)乃至全社會的系統(tǒng)工程，涉及發(fā)展理念、管理體制、技術路線以及企業(yè)文化等方面的重大變革。隨著信息技術的快速發(fā)展，建設智能電網已經具備了堅實的科技基礎。雖然目前智能電網正在我國熱議，但在實際建設上尚無實質性進展。當務之急是要結合國情實際，明確智能電網的科學涵義，研究規(guī)范智能電網的基本框架標準，并在此基礎上制定我國智能電網發(fā)展規(guī)劃，選擇適當區(qū)域開展試點，扎扎實實地推進，避免誤入歧途或流于空談。
2、高度重視并加快高溫超導技術的研發(fā)利用
高溫超導技術是21世紀有可能為電力工業(yè)帶來革命性變化的唯一高科技儲備，也是未來新能源變革的重要技術支撐。所謂“高溫”是相對于絕對零度（-273.15℃ ）而言的。一般超導材料在接近絕對零度時電阻為零，所以在應用上會遇到制冷等障礙。1986年發(fā)現了高溫超導現象，即導體電阻為零的臨界溫度大大高于絕對零度。目前的高溫超導電纜一般在液氮溫度（-196℃）區(qū)間運行。
高溫超導技術的應用非常廣闊，大致可分為三類：大電流應用（強電應用），包括超導發(fā)電、輸電和儲能；電子學應用（弱電應用），包括超導計算機、超導天線、超導微波器件等；抗磁性應用，主要用于磁懸浮列車和熱核聚變反應堆等。著名的超導專家馬梯阿斯（B. T. Matthias）曾經斷言：“如果在常溫下，例如在27℃左右實現超導，那么現代文明的一切技術都將發(fā)生變化?！睂＜姨嵝讶藗儜愿L遠的眼光來關注和重視高溫超導的未來。事實上，正如半導體一樣，當1947年威廉·肖克利及其同事發(fā)明晶體管時，誰會想到半導體會擁有今天這樣無可替代的地位呢？同樣，光導纖維的發(fā)明也給通信領域帶來了革命性的變化。從趨勢來看，超導電力技術也正沿著從金屬結構到非金屬結構的類似路徑發(fā)展。
自高溫超導現象發(fā)現以來，科學家們先后研制了第一代鉍系（BSCCO）和第二代釔系（YBCO）高溫超導材料（高溫超導體是金屬氧化物，在本質上是陶瓷材料，所以稱為陶瓷超導材料）。由于第一代鉍系材料的高成本以及一些性能問題如磁場下臨界電流的急劇衰減等，使其大規(guī)模應用前景變得渺茫，科學家不得不將研究重點轉移到開發(fā)第二代YBCO材料上來，后者具有更為優(yōu)異的磁場下性能，是真正的液氮溫區(qū)下強電應用的超導材料。第一代鉍系和第二代釔系高溫超導材料都屬于銅基超導體。2008年，日本和中國科學家相繼報告發(fā)現了一類新的鐵基超導材料，該發(fā)現被美國《科學》雜志評為2008年十大科學進展之一。專家認為，鐵基超導體比傳統(tǒng)銅基超導體具有更為廣泛的應用前景，而且通過比較鐵基與銅基超導體的異同之處，科學家就有可能徹底揭開高溫超導的形成機理，為進一步研究高溫超導技術打開理論之門。
在目前各類應用中，高溫超導輸電與電網企業(yè)最為相關。正如人們用更高容量的光纖代替銅導線建設“信息高速路”一樣，超導技術的應用也將給電力工業(yè)帶來根本性的變化，形成顯著提高效率和負載能力的“電力高速路”。與常規(guī)輸電線路相比，高溫超導電纜主要具有以下優(yōu)勢：
一是傳輸容量大。同樣截面的高溫超導電纜的輸送能力是常規(guī)電纜的3～5倍。根據測算，110kV超導電纜設計輸送容量可達常規(guī)線路500kV水平，220kV 超導電纜接近1100kV特高壓輸送容量（表7）。而且，由于超導電纜無需考慮相互間的磁場影響，可以在有限空間內方便地增加回路數，成倍增加輸送容量。
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表7：高溫超導電纜與常規(guī)輸電線路輸送容量對比
注：高溫超導電纜設計電壓不超過220kV。
資料來源：北京云電英納超導電纜有限公司。
二是傳輸損耗低。目前高溫超導電纜一般運行在液氮溫度（-196℃）,交流電纜系統(tǒng)的損耗包括電纜本體的損耗（交流損耗、恒溫器漏熱）、電纜終端損耗（恒溫器漏熱、電流引線電阻損耗）以及制冷系統(tǒng)損耗（主要是設備電損耗）。一般來說，在傳輸相同容量的電能時，高溫超導電纜的運行損耗約為常規(guī)電纜的40%～50%。而且輸送容量越大、距離越長，超導電纜的低損耗優(yōu)勢越突出。
與超導交流電纜相比，超導直流電纜更具優(yōu)勢。由于超導交流電纜會產生磁滯損耗（交流損耗）并導致發(fā)熱，所以限制了輸送電流，而高溫超導直流電纜本體不存在交流損耗，不會出現這種情況。用第二代高溫超導材料制成的直流電纜，輸送容量將是相同直徑銅導線的100倍以上，且基本不產生輸送損耗，不限制輸送距離。
三是節(jié)約線路走廊。同樣的輸送容量，超導電纜占用空間約為常規(guī)電纜的1/3。相比于輸電線路，超導電纜征地面積大大減少（表8），基本上避免了樹木砍伐。
表8：單回輸電線路和超導電纜的線路走廊寬度
資料來源：北京云電英納超導有限公司。
四是環(huán)保。超導電纜可以完全避免電磁場輻射、無線電干擾。
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前文提到，有專家提出建設“裝備太陽能電池和超導電纜的全球能源網絡”（GENESIS工程），該網絡只能采用高溫超導電纜連接[注4]。就我國情況來看，東部地區(qū)用電負荷密集，但太陽能富集區(qū)主要在西部、北部，風能資源主要分布在“三北”地區(qū)，同時在東部地區(qū)大規(guī)模發(fā)展太陽能發(fā)電站還受到土地資源的限制，所以，我國大規(guī)模發(fā)展太陽能發(fā)電、風電需要進行長距離輸電。而且，太陽能和風力發(fā)電設備每年的等效利用小時數為常規(guī)能源機組的1/5-1/3，如果每年要滿足同樣多的電量需求，太陽能、風能發(fā)電設備的容量將是常規(guī)機組3-5倍，送出線路的容量也將是3-5倍，如果采用常規(guī)輸電線路，需要占用3-5倍的線路走廊。只有采用高溫超導電纜，才能實現大規(guī)模、遠距離、低損耗輸電，而且極大節(jié)約線路走廊。
另外，太陽能、風能發(fā)出的電力一般是低電壓、大電流（各電池板、機組并聯(lián)連接），大規(guī)模送出需要升壓，相比于常規(guī)輸電線路，高溫超導電纜可以實現低電壓、大電流方式輸送，更加節(jié)約成本。
正因為超導輸電具有上述突出優(yōu)點，《美國電網2030》的規(guī)劃提出了采用超導技術建設其骨干電網的建議，美國能源部于2006年8月向國會提交的《美國輸配電網五年規(guī)劃（2008-2012年）》中，專門論述了“高溫超導性”，認為高溫超導電力設備可能會成為21世紀提高輸電系統(tǒng)能力、效率和可靠性的關鍵技術，并對高溫超導技術的研究應用提出了具體的目標、進度和措施。
我國在高溫超導研究方面并不落后。2001年7月,筆者在云南電力工作期間，就曾與清華大學構建了產學研合作科研機制，提出了我國高溫超導電纜發(fā)展路線圖（圖4），并研制了亞洲第一組、世界第三組實用型“30米、35kV／2kA三相高溫超導電纜系統(tǒng)”，于2004年4月19日在云南電網投入運行，當時各項指標達到了世界先進水平，迄今仍是世界上實用化運行時間最長的超導電纜。其后又研制開發(fā)了我國第一組實用化超導限流器并投入運行，為我國高溫超導研究應用提供了很好的技術儲備。
注：$/kAm:美元/千安米，$/m:美元/米，p:超導線材價格，p1:制冷機價格, η:制冷機效率，p2:低溫恒溫器價格。
圖4：我國高溫超導電纜發(fā)展路線圖
2008年4月22日，世界上第一條商業(yè)化應用的高溫超導電纜在美國紐約投入運行。該系統(tǒng)由三根138千伏的電纜組成，滿負荷輸電能力574MW。其輸電容量是相同粗細銅導線的150倍，電纜溝寬度僅為1米。
超導電力技術代表了電力技術變革的方向，對能源變革具有重要意義。但迄今為止我國在政府有關部門和企業(yè)層面都沒有給予應有的足夠重視，更沒有像美國那樣從國家規(guī)劃層面進行研究并推動實施，這是不應有的戰(zhàn)略性缺陷。為此，我國應盡快將高溫超導電力技術的發(fā)展納入政府規(guī)劃，加大研究力度，啟動示范工程，為今后大規(guī)模商業(yè)化應用創(chuàng)造條件。
目前，單就制造成本來看，高溫超導電纜造價偏高，這限制了其商業(yè)化應用。但目前較高成本體現的是試驗線路的水平，與大規(guī)模實用化的造價有很大差別。超導電纜所具有的傳輸容量大、占用走廊少、損耗低、環(huán)境友好等優(yōu)點，是常規(guī)電纜難以達到的。常規(guī)輸電線路本體造價雖然較低，但征地拆遷等費用看漲，尤其是在城市內和城郊占地成本急劇上升，而且近年來由于電力建設征地、拆遷、環(huán)評等引發(fā)的矛盾沖突事件呈上升趨勢，造成社會穩(wěn)定問題，所以綜合考慮性價比，長期來看高溫超導電纜的制造、建設、運行成本費用將趨于同常規(guī)電纜和高壓輸電線路接近，這主要取決于：市場規(guī)模擴大后的規(guī)模效應；超導線材性能的提高和相對價格下降；低溫恒溫器國產化規(guī)模生產；制冷設備技術的完善和國產化生產等等，這些條件的實現都需要通過建設示范工程來推動。先期可以在城市配網和城郊輸網中推廣使用高溫超導電纜，同時在新能源項目和示范區(qū)中大力推進高溫超導技術的研發(fā)應用。
[注4]“生態(tài)足跡”也稱“生態(tài)占用”，它顯示在現有技術條件下，指定的人口單位內（一個人、一個城市、一個國家或全人類）需要多少具備生物生產力的土地和水域，來生產所需資源和吸納所衍生的廢物。生態(tài)足跡通過測定現今人類為了維持自身生存而利用自然的量來評估人類對生態(tài)系統(tǒng)的影響。其值越高，人類對生態(tài)的破壞就越嚴重。
綜上所述，主要結論如下：
1、在世界金融危機和全球性經濟衰退的大背景下，我國電力工業(yè)所面臨的問題并非常規(guī)意義上的供求失衡所導致的周期性波動，而是長期積累下來的重大結構性問題。因而不能沿著以往均衡-失衡-均衡的軌跡收斂到原點，重復和延續(xù)過去的發(fā)展路徑，而必須以資源和環(huán)境為前提，在新的約束條件下重新平衡各種變量關系，確立科學發(fā)展的新方向。否則，增長將是不可持續(xù)的。
2、低碳經濟是全球氣候變化背景下人類的必然選擇，也是我國資源環(huán)境約束條件下經濟社會可持續(xù)發(fā)展的必由之路，乃大勢所趨。能源變革是低碳經濟的核心，正在加速到來，正如毛澤東主席當年預言中國革命高潮即將來臨時所說：“它是站在海岸遙望海中已經看得見桅桿尖頭了的一只航船，它是立于高山之巔遠看東方已見光芒四射噴薄欲出的一輪朝陽，它是躁動于母腹中的快要成熟了的一個嬰兒。”為此，電力企業(yè)應當順勢而為，在發(fā)展的價值理念導向、發(fā)展的技術路線以及經營管理方式上進行方向性的戰(zhàn)略調整，進而在能源變革中發(fā)揮領航作用，引領經濟社會走上低碳之路，實現可持續(xù)發(fā)展。
3、從國家利益和能源安全考慮，必須盡快明確未來中國電力乃至整個能源體系的戰(zhàn)略取向，盡快制定我國電力工業(yè)乃至能源工業(yè)發(fā)展與變革的戰(zhàn)略規(guī)劃，大力推進能源變革。應當抓住當前各國在新能源技術方面還沒有拉開明顯差距的機遇，搶占能源變革的技術制高點，并加快產業(yè)化進程使其盡快形成新的經濟增長點。
4、電力工業(yè)實施以低碳經濟為取向的能源變革，其戰(zhàn)略選擇是發(fā)展新能源、分布式電源、智能電網以及高溫超導電力技術（圖5）。大力發(fā)展新能源，是應對氣候變化和化石能源短缺和枯竭的必然選擇，必須積極支持和鼓勵新能源的開發(fā)利用。分布式電源是最大限度提高化石能源利用效率的有效方式，同時也是大規(guī)模利用新能源的有力配合，應當納入電力系統(tǒng)整體發(fā)展規(guī)劃予以考慮。智能電網是推進能源變革的重要技術支撐和實現平臺，必須盡快開展智能電網的研究、規(guī)劃與建設工作。高溫超導不僅是徹底實現能源變革的重要技術支撐和物質基礎，而且是電力工業(yè)21世紀劃時代變革的重要技術儲備，必須從國家戰(zhàn)略高度出發(fā)，大力支持和加快推進高溫超導技術的研究與應用。
圖5：電力工業(yè)實施能源變革的組成要素
5、能源變革是一項系統(tǒng)工程，需要政府、社會的大力支持與推動。為此，需要在以下方面進行相應的變革與調整：首先，實施能源變革的關鍵是推進體制變革，包括政府管理體制、電力工業(yè)體制、經濟管理體制的改革以及配套政策措施。為此，政府必須轉變理念，樹立正確的發(fā)展觀、政績觀，建立符合科學發(fā)展觀要求的政績評價體系，從國家民族長期可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度認識能源變革的重大意義，為能源變革創(chuàng)造條件、提供支持；同時，繼續(xù)深化電力體制改革，使電力企業(yè)適應能源變革的需要。其次，改革對電網企業(yè)、發(fā)電企業(yè)的績效評價體系，改變以經營績效（收入、利潤等）為主的考核模式和標準，充分體現對企業(yè)經濟效益、社會效益和環(huán)境效益的綜合價值判斷；第三，在政府層面加快建立健全新能源發(fā)展及促進節(jié)能減排市場化機制的相關法律法規(guī)、政策措施、價格機制、政策補貼等政策規(guī)制。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
