毋庸置疑，未來的能源體系肯定是可再生能源主導的。屆時，可再生能源發電是主要模式，電能在終端能源中的比重將上升。

中國科學院電工研究所所長肖立業在第十二屆中國電氣工業發展高峰論壇上對記者表示，理想的電網能夠將廣域范圍的各種變幻莫測的電力資源轉變成滿足變幻莫測的電力需求所需要的資源，并保障電網安全可靠。因此，可以把智能電網看成是一個“能源計算網絡”，用戶從能源計算網絡中獲取可靠的電力。

肖立業認為，未來，智能電網關鍵技術的發展方向是可再生能源時空互補性、直流電網技術、超導與新材料技術的應用、信息技術的運用與智能微網技術。

整合時空互補性

時下，能源互聯網是一個火熱的議題。

而智能電網與能源互聯網主要是可再生能源與信息的融合，即通過可再生能源發電及電網和信息的融合，通過熱轉化及熱力網方式與信息的融合，通過轉化成氫、合成燃料等與電網、熱力網及信息的融合，通過市場與信息融合。

眾所周知，可再生能源輸出功率依賴于天氣，隨機性強，具有間隙性和波動性。而電力系統是一個復雜的動態過程，需維持供電和用電的實時平衡，保證系統的安全穩定性。這就形成了一對矛盾。

目前，我國智能電網面臨的挑戰之一是有功功率實時平衡，挑戰之二是發電資源和負荷地理分布不均衡。因此，構建廣域電網仍將是我國智能電網發展的必然趨勢。

合理利用廣域可再生能源時空互補性可以實現能源網跨地理區域資源優化配置，同時能有助于改善電網有功功率的瞬態平衡問題，提高電網運行經濟性和穩定性。

例如，中國科學院電工研究所此前開展的“我國廣域風能時空互補性調查研究”結果顯示，較單個站點，廣域風能時空互補后，功率滿發或為零的情況較少，總輸出功率波動明顯減緩。所有區域互補后，廣域風能輸出功率呈現“日高夜低”的波動特性，發電功率峰值出現在下午15:00左右，與負荷波動曲線呈一定相似性。在夏季，其功率與華東電網負荷的相關系數達0.601。

各區域內風能互補后，其1分鐘時間尺度輸出功率波動率相比單個站點下降48.8%、74.7%，10分鐘尺度風電功率波動下降56.6%、69.1%，已滿足或非常接近國家電網對接入風電波動率的要求。廣域風能時空互補后，無需配置儲能或者配置很少容量的儲能便能滿足現行我國風電的并網要求。

時空互補對未來可再生能源規模化利用將產生重大影響。如，節約區域線路傳輸容量，解決風電遠送;同一電網，可再生能源可滲透率增大;電網內旋轉備用容量需求減少;解決“三北”電網調峰難、棄風過多的現象;功率輸出更加穩定、預測精度提高。

未來，廣域可再生能源的時空互補技術的發展方向包括：未來可再生能源輸電網結構的構建;包含可再生能源電網的運行方式;大電網不同時間尺度下儲能需求評估，跨區域多端直流輸電線路容量優化。風光互補、風水互補解決“三北地區”棄風過多的問題。風光、風水、風光水打捆直流外送電力。多層次直流環網。

未來配電網應能有效整合各種資源的時空互補性，可再生能源燃料、生物質能、水電均是可調度能源，規模較大。因此，肖立業認為，完善的輸配電網也許并不需要大規模儲能系統，儲能系統將可能僅限于微網層面以保障用戶供電可靠性和實現需求側響應。

電氣設備的重要意義

肖立業指出：“改變電網的結構和運行模式、提升電氣設備的性能和研制新型電氣設備，對于解決電網的問題非常關鍵。特別是，基于新材料的新型電氣設備和具有自適應功能的電氣設備，對于未來電網發展具有重要意義。”

在肖立業看來，未來，電網運行模式將逐步向直流轉變。因為直流輸電網不存在交流輸電網的穩定性問題，適合于構建超大規模電力網絡，特別適合于不穩間歇性、不穩定性電源的規模化接入，電網的運行與電源動態特性無關，可更加方便接入不同類型的電源。直流輸電距離遠，單位輸送功率造價低，網絡損耗相對小，另一極發生故障時可單極運行，對環境無電磁干擾，控制靈活等。

國內外同行也有這樣的共識。2010年，中科院電工所首次提出分層直流環網的結構模式以構建國家新能源電網。2012年，中國科學院咨詢項目“能源革命中電網技術發展預測和對策研究”報告中，針對未來電網的發展趨勢指出：“未來電網的發展將受到新能源電力發展和智能化技術發展的作用，對未來電網發展模式影響最大的三項先進技術是多端直流輸電技術、超導輸電技術和儲能技術。”2013年4月，美國麻省理工學院公布了未來可能改變世界的十大科學技術，直流電超級電網就是其中一項。

電氣設備是智能電網的重要組成部分，而材料是構造電氣設備的物質基礎，電氣設備的功能特點在某種程度上是由材料的性質決定的。因此，采用新材料提升電氣設備的性能對于智能電網的發展非常重要。

綠色環保的新型材料在電網中應用能夠有效降低電力建設對于環境的破壞;新型半導體材料能夠提升電力電子器件的性能，推動電力電子技術的進步與發展;新型節能材料應用于輸變電工程能夠有效降低能量傳輸損耗并能產生長遠的經濟效益;新型能源材料能夠促進電網用大容量儲能技術的發展;新型智能材料在電網中的應用能夠提高電網的傳感檢測水平;新型電工絕緣材料能夠為保證電網的安全性提供必要的支撐。

聚合智能微網

無論能源互聯網是一種什么概念，智能微網都是其中最重要的構成單元。通過用戶-能源-電網區域范圍聚合智能微網，構成能源互聯網，解決了大量分散資源參與的機制和運行問題，激發更多商業模式。

針對規模化推廣分布式能源，尤其是高比例分布式可再生能源接入的系列問題，未來以智能微網為基礎構建能源互聯網將是發展方向。主要包括信息融合、能源融合和網架。信息融合是指通過信息-設備-網絡的廣域融合，實現信息的擴展、融合、分析和挖掘，提供更多感知信息和決策;能源融合是通過多種能源相互補充和轉化，發揮不同供用能系統間的互動和轉化能力，并充分利用電能需求、天然氣需求、供熱需求間的峰谷交錯，既能改善可再生能源間歇性和隨機性的缺陷，也有利于提高能源綜合利用效率，增強運行靈活性和互動能力;網架是指通過基于多端直流的能量路由器互聯，將垂直網絡扁平化，釋放網絡更大的能源接入潛力和互動能力。

肖立業指出，未來智能微網的關鍵技術及發展方向是支撐區域智慧能源互動的信息技術與系統、基于能量路由互聯的供能網絡相關技術和能源互聯網下的互動、控制與管理。

目前，信息-能源-設備-電網從信息上仍然存在割裂，整個能源互聯網系統中的信息孤島依然存在，需要信息-能源-設備-電網的融合;分布式能源和微網在生產過程和用戶用電過程中，信息不僅不完整且缺乏關聯和挖掘，阻礙其更加高效地融入系統并提供輔助服務。

支撐區域智慧能源互動的信息技術與系統的關鍵技術包括分布式能源信息、電網生產管理信息、地理氣象信息的多源異構數據融合，系統狀態、運行、資產、維護等多維數據挖掘與分析技術，信息物理融合的計算、感知、控制、風險預警與預防技術，能效管理與輔助決策。

交流網絡難以做到同一層相互連接，采用基于多端直流的能量路由器將能夠在同一層可挖地相互連通，轉移能量，釋放網絡更大的能源接入潛力和互動能力。不僅在電網上打破結構限制，并且在能源網絡上實現多能源間的互聯互濟。

基于能量路由互聯的供能網絡的關鍵技術包括多能耦合能源互聯的建模和計算分析，能源互聯微網群的系統網架與規劃技術，能量路由器等關鍵設備技術，大規模微網互聯網絡的穩定控制與運行決策技術。

用戶/分布式能源具有生產者屬性，不僅需要主動配電網對分布式能源進行主動控制和管理，也需要用戶/分布式能源/微網等主動參與需求響應;大量信息數據和區域較大范圍聚合意味著變量大幅增加，目前控制和優化模型均為簡化模型，且難以保證最優。

能源互聯網下的互動、控制與管理的主要關鍵技術包括電力改革下微網與電網間互動機制、業務架構及仿真關鍵技術，微網群參與輔助服務的聚合優化和控制，復雜互動環境下全局優化方法。

伴隨其清潔、高效、綠色用電的需求也日益增長，用戶側的電動汽車充電站、分布式儲能、熱電聯產、可再生能源等多類型新型用戶和能源有大量的接入需求。

微網群互聯和互動構成的能源互聯網將在滿足高度供電可靠性和高效率的前提下，為用戶側各類型用電設備和分布式能源提供良好的接入環境，并能夠充分利用用戶側資源，使電網和用戶共同受益。