1. 现在我国的发电现状和过去几十年来的发展历程1.1历程：自从改革开放以来，我国走上了迅猛发展的道路，电力作为支撑经济发展的基石产业，也随之发展迅速。自建国以来，我国的总装机容量呈指数形式增长，增长了700多倍（图1）。特别是2005年后，每年的增量接近1亿千瓦，而法国2014年装机总容量仅有1.3亿千瓦，足以见得我国目前对电的需求之大。有需求就必须有生产，我国同时也是目前世界各国在建发电装机容量最大的国家。近年来，随着我国的GDP迅速提高，电力生产有不能满足经济发展和人民需求的趋势，提高单位电量所能创造的GDP的数值势在必行（图2）。一方面我们应该大力寻求新的能源来源，另一方面也要优化产业结构，提高能源利用效率。1.2现状：我国目前的发电形式是火电为主，水电为辅，大力发展新能源发电（图3）。我国由于发展过于迅猛，所以只能以大量兴建技术要求较低，建成速度较快的火力发电厂。由于我国地势西高东低，有很多条大江大河奔腾而下，水电条件很好，所以我国的水力发电也占到很大的比例。可是由于水电站局限性较大，受季节雨量等因素影响明显，所以不能作为主要发电来源，而火电站主要依靠不可再生能源煤炭来发电，对环境破坏很大，也不能持续发展。目前我国已经建成的火电厂几乎达到饱和，不能有太大的提高。而在我国的西部，有大量的风能和太阳能资源，是很有发展前景的未来能源基地。2. 电力行业重要的技术指标：2.1装机容量：电力系统的总装机容量是指该系统实际安装的发电机组额定有功功率的总和，表征着一个电网能够向外输出的有功功率的最大值。截至2014年底，我国发电装机容量136019万千瓦[3]，表示我国所有的发电设备在2014年底可以输出的最大功率为136019万千瓦。一个国家的装机总容量可以代表这个国家的发电水平，也能代表它的工业发展水平。除总的装机容量外，各种形式的发电装机容量所占的比例也是衡量一个国家发达水平的重要指标。火电为主的国家一般是发展中国家，新能源发电占比例较大的国家多为发达国家。由此（图4）可见，我国发展任重而道远。2.2输电电压：发电站发出的电输送到用户侧需要经过电网的传输。由功率等于电压乘电流，导线的线损等于电阻乘电流的平方，在功率和导线电阻一定的条件下，有：输电电压越高，线损越小的结论。随着用户对用电量的需求增加，输电电压必须有所增加才能适应变化，减小线损，提高能量利用率。所以输电电压可以代表一个国家输电和承载大功率用电的能力。目前我国最高输电电压为交流1000KV，直流±800KV，是世界最高水平[4]。2.3即时消纳电力系统是一个不能储存能量的系统，每一时刻发的电量必须要和使用的电能相互平衡，即达到即时消纳，否则会造成系统的损害甚至瘫痪。随着人们用电形式的丰富，负载侧对电力系统的功率需求不确定性增加；由于风电与太阳能发电受自然因素影响较大，人为控制很有限，随着大规模风电和太阳能发电的并网，供电侧对电力系统的功率供应不确定性也增加。那么，我们的电网面临着很大的不确定性因素，电能能否实现即时消纳成为电力系统稳定运行的一个最大的挑战。原有的电网已经不能适应需要，坚强而灵活的智能电网成为了解决问题的突破口。3. 在2066年的展望：由于电力是国民生产的基础产业，所以在未来很长一段时间内这个产业不会消失，并且会发展得更加完善和起到更重要的作用。3.1.装机总量根据现在工业发展和人民对电的需求的增长，也根据人类社会发展的客观规律，发电总量的增长是必然的。可能的增长形势有两种：指数增长和线性增长。现分析其可能性。如果是指数增长，根据（图）之前六十年的增长趋势，用Excel画出拟合趋势线，得到2066年的装机总量应达到2300亿千瓦（图5）。这个数值超出了我们能够开发的风能、水能、太阳能和化石能源的总和，显然是不合理的，所以不会呈现指数增长。如果是线性增长，取近2004到2014年基本处于线性增长的一段数据（数据来源图1），用Excel画出拟合趋势线，得到2066年的装机总量应达到61亿千瓦（图6）。这个数值在资源与能量的限制范围之内，可能达到。就以这个数据为基础，我们来设想一下2066年的电力行业状况。3.2.发电形式根据上面得到的装机总量，我们来预测一下各类发电量所占的比重。由于现在我国的火电装机总量已接近饱和，并且火电要消耗不可再生的化石能源，也会造成很大的环境影响，所以在未来不会成为主要的发电形式，应该与现在水平相当或者更低，在8亿千瓦左右。水电是可再生的能源，我国可能会大规模建设，可是受到地形、资源量等因素的限制，我国水力资源理论储量为6.94亿千瓦[6]，按可以开发80%计算，约在5.5亿千瓦。我国现有风力资源总量为40亿千瓦，可用于开发的风力资源量为10亿千瓦（图7），预计2066年将会全部开发利用。我国太阳能理论储量约为1.5万亿千瓦，十分丰富，但受到开发难度的限制，能够集中开发的资源量较为有限，但仍大于60亿千瓦，所以在没有增加其他新能源的基础上，太阳能将成为我国未来发电的主要来源。除此以外，还有核电、地热、潮汐等新型发电形式，但由于技术上的问题（如潮汐）和其不可再生性（如核电），不大可能用于大规模开发，预计装机总量之和约为2亿千瓦以下。综合上述分析，预计在2066年我国的各类发电所占比重如下图（图8）所示：3.3.输电技术由于我国风能水能和太阳能的产能中心在西北和西南地区，未来的主要能源来源在西部，而工业和人口集中分布在东部，负荷中心与产能中心严重不匹配（图9）。随着用电量的增加，输电必将成为一大难题，只要输电问题不能解决，上述一切设想均不能成立，我国的发展必将受到极大限制。我国近年来在不断探索如何提高输电电压，从而提高输电线的传输功率，现已达到交流1000KV的水平。可是输电电压的提高与所需投入的建设费用不成线性关系，要想少许提高电压的等级，就会大量的增加成本[7]。根据现有的技术，电压等级提升空间不大。那如何输送这些电能呢？可以从两个方面入手。一是将用电负荷建在发电中心周围，这样就不需要远距离输电了，可是我国西部气候条件和交通条件不适合大多数工业的发展，只能将部分可能适应西部的产业转移到西部，这不能从根本上解决问题。第二就是通过减小线损来降低损耗，理论上讲，超导体上无论电流有多大都不会损耗任何能量，如果能把输电线电阻降为零，那么就不需要很高的电压等级了。“高温超导”技术就是解决这一问题的关键。预计在50年后，高温超导输电线已经成为我国大容量输电的核心，在将电能从产能中心输到负荷中心后，再接入普通电网进行变配电。3.4.新型储能技术随着用电的多元化和发电形式的改变（风电和太阳能），用电和发电的不确定性越来越大，这对电网的即时消纳能力提出了更高的要求。除了在电网中运用各种传感器来监测和控制电网内的能量输入和输出外，在未来，将会有更多的各式储能设备接入电网中来。小到每家每户的充电宝，电动汽车之类，大到抽水储能，压缩空气储能等大型设备，如果协调不好，这些设备可能会对电网造成毁灭性的灾难；如果协调得当，它们反而能够增加电网的稳定性。如果能够在风大力、阳光充足的时候使这些设备处于充电状态，风力小、阳光不充足的时候使它们处于放电状态，那么就能够实现发电量的最大化，使弃风弃光现象减少。效仿阶梯电价，实时电价将成为解决问题的有效途径，发电量大的时候电价低，发电量小的时候电价高，大家就会主动去找电价低的时候去充电。还有一种更加极端的情况，如果大家可以在电价高的时候向电网卖电，从中赚取差价，那么这个调节机制将会更加迅速。对电网公司来说，这可能会有损经济利益，但对电网来说，这有助于维持其稳定性，保证电网不会因输入和输出的不平衡而崩溃。4. 总结：在2066年，我国电力系统在装机容量上可能会达到60亿千瓦，以太阳能发电为主要形式，其他形式为辅助形式。输电上会在主干线路上运用高温超导输电，其他线路上还使用现有的钢芯铝绞线。智能电网将会成为电力系统的核心，通过自动的，人为的调节达到供求的平衡，最大限度地利用资源并且防止电网的崩溃。 参考文献：[1]电气工程导论教学课件电机系教师编写作者：闵勇，张伯明，何金良，梅生伟等[2]《基于低碳经济的我国电力行业可持续发展研究》作者：吉林大学盖兆军[3]数据来源：国家统计局《2014年国民经济和社会发展统计公报》[4]数据来源：电气工程导论教学课件[5]数据来源：由图3推导得到[6]数据来源：国家发展和改革委《我国水力资源概况》[7]观点来源：电气工程导论课堂