美國電網(wǎng)2030計(jì)劃

1、美國電網(wǎng)的Grid2030計(jì)劃摘要 美國能源部為使美國電力系統(tǒng)升級換代，正在制定Grid2030計(jì)劃。本資料的第一部分介紹制定該計(jì)劃的背景，第二部分介紹Grid2030計(jì)劃對美國電網(wǎng)發(fā)展的遠(yuǎn)景目標(biāo)，第三部分為本資料的主要部分，譯自Grid2030計(jì)劃研究開發(fā)路線圖研討會(huì)總結(jié)材料。路線圖包括設(shè)定目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)將遇到的挑戰(zhàn)、應(yīng)對這些挑戰(zhàn)要開展的研發(fā)項(xiàng)目以及對這些研發(fā)項(xiàng)目的評估。一 制定Grid2030計(jì)劃的背景美國的電力系統(tǒng)面臨嚴(yán)重的問題，設(shè)備及基礎(chǔ)設(shè)施老化以及機(jī)制方面的問題。近二十年來，電網(wǎng)更新升級的投資嚴(yán)重不足，其主要原因是幾方面的不確定性：技術(shù)的不確定性，監(jiān)管的不確定性和金融的不確定性。

2、吸引投資困難，難以滿足不斷增長的需要。這種狀況的結(jié)果是非常嚴(yán)重的：發(fā)生阻塞的輸電走廊大大增加，發(fā)生停電事故的可能性大大增加，近年來停電事故不斷，如：1996年 西部大停電7月8月各一次1999年 芝加哥、紐約、得拉瓦、新奧爾良、亞特蘭大2000年 底特律、舊金山2001年 北加利福尼亞2003年德克薩斯、814東北部大停電每年停電及電能質(zhì)量事件造成的損失在2501800億美元之間。2001年5月白宮報(bào)告“國家能源政策”在調(diào)研了美國能源基礎(chǔ)設(shè)施后提出了建議，其中之一是“能源部應(yīng)就輸電可靠性和超導(dǎo)項(xiàng)目開展研究和開發(fā)工作?！焙汀罢{(diào)研建立國家電網(wǎng)益處，找出輸電的瓶頸以及消除輸電瓶頸的措施?！?002年

3、5月能源部對全國輸電系統(tǒng)的主要瓶頸進(jìn)行詳細(xì)的評估，發(fā)布了“國家輸電網(wǎng)研究”。該報(bào)告明確指出，如果在下一個(gè)十年，全國輸電系統(tǒng)沒有明顯的改進(jìn)和升級，其可靠性落后于經(jīng)濟(jì)的要求并會(huì)使用戶蒙受巨大的損失。報(bào)告提出了51 項(xiàng)建議以消除輸電瓶頸及實(shí)現(xiàn)電力基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)代化。2002年9月部長顧問團(tuán)提出“輸電網(wǎng)解決方案報(bào)告”，強(qiáng)調(diào)了國家關(guān)鍵輸電瓶頸問題，提出了一系列的建議以改善美國電力基礎(chǔ)設(shè)施。美國總統(tǒng)喬治.布什于2003年2月：“我們的計(jì)劃是使電力傳輸系統(tǒng)現(xiàn)代化。這是現(xiàn)在就需要的計(jì)劃。經(jīng)濟(jì)的安全需要它。國家的安全也需要它?！睘榱酥贫ê蛯?shí)施美國電網(wǎng)升級改造的計(jì)劃，組織和協(xié)調(diào)各方面的力量和加強(qiáng)對計(jì)劃實(shí)施的領(lǐng)導(dǎo)，能

4、源部于2003年8月專門成立了負(fù)責(zé)輸電和配電的辦公室（OETD）。該辦公室計(jì)劃的任務(wù)： 實(shí)現(xiàn)美國電力基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)代化以滿足21世紀(jì)的需要 完成向區(qū)域電力市場的轉(zhuǎn)化 改進(jìn)輸電系統(tǒng)的運(yùn)行 使輸電系統(tǒng)投資的高效能 研究對電力政策的調(diào)整 提供有效的聯(lián)邦領(lǐng)導(dǎo)以達(dá)到上述目標(biāo)2003年4月能源部召開了由電力公司、制造廠家、高校、研究和咨詢單位等高層研討會(huì)，主題是展望未來的美國電力系統(tǒng)。該研討會(huì)形成了Grid2030計(jì)劃的遠(yuǎn)景目標(biāo)。本材料的第二部分為對該遠(yuǎn)景目標(biāo)的簡介。有人預(yù)計(jì)電網(wǎng)現(xiàn)代化改造的投資為1000億美元。這個(gè)數(shù)字應(yīng)與目前電力工業(yè)的規(guī)模相比較：美國電力基礎(chǔ)設(shè)施價(jià)值大約8000億美元（含發(fā)電資產(chǎn)），年收

5、入2500億美元。2003年7月能源部召開有200多人參加的“電力輸送技術(shù)路線圖研討會(huì)”，對Grid2030計(jì)劃的研究、開發(fā)、示范工程（RD&D）進(jìn)一步的具體化。研討會(huì)就每個(gè)十年應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)將遇到的挑戰(zhàn)，應(yīng)對這些挑戰(zhàn)要開展的RD&D項(xiàng)目以及對這些研發(fā)項(xiàng)目的評估，市場化監(jiān)管體制的建設(shè)，分成8個(gè)組討論。本材料的第三部分為該研討會(huì)的總結(jié)。這里需要說明的是，Grid2030計(jì)劃還是一個(gè)很初步的設(shè)想。在美國業(yè)界內(nèi)部，也有不同的看法。但美國電網(wǎng)的現(xiàn)代化進(jìn)程，正在加速進(jìn)行。2003年9月25日，OETD的主任Jimmy Glotfelty代表能源部在美國國會(huì)能源委員會(huì)就電網(wǎng)升級改造的新技術(shù)問題

6、作證時(shí)再次肯定了Grid2030計(jì)劃。二Grid2030計(jì)劃介紹遠(yuǎn)景目標(biāo)的未來電力系統(tǒng)將建立在現(xiàn)有電力基礎(chǔ)設(shè)施上。今天系統(tǒng)用于電力傳輸?shù)脑O(shè)備，如輸電線，變電站，變壓器，將繼續(xù)發(fā)揮其重要作用。但出現(xiàn)的新技術(shù)，新工具，如分布式的智能系統(tǒng)、分布式的能源，將提高現(xiàn)有系統(tǒng)的功效，質(zhì)量和安全性，并使電網(wǎng)發(fā)展成新的結(jié)構(gòu)。其結(jié)果不僅改善輸電的效率也將改善市場運(yùn)作的效能，高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)形成美國安全的電源。2030年前美國會(huì)有完全自動(dòng)化的輸配電系統(tǒng)，它將涵蓋對每個(gè)用戶及每一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)視和控制，確保從電廠到用電器之間雙向的電力潮流及信息流。分布智能、寬帶通信、監(jiān)視和控制以及自動(dòng)響應(yīng)使人、樓宇、工業(yè)過程與電力網(wǎng)絡(luò)之間

7、的接口沒有縫隙，可進(jìn)行實(shí)時(shí)的市場交易。超導(dǎo)技術(shù)的突破使大量的電能長距離送到阻塞區(qū)域成為可能，而其壓降幾乎為零。新型導(dǎo)線材料的應(yīng)用使現(xiàn)有的輸電走廊的輸電能力提高2到3倍。儲(chǔ)能及需求側(cè)管理技術(shù)的進(jìn)步幾乎將電力系統(tǒng)峰谷差問題消除。由于停電和電能質(zhì)量擾動(dòng)而造成的經(jīng)濟(jì)損失會(huì)變得非常的少（從來不會(huì)由于電源限制而發(fā)生），用戶可以根據(jù)自己的需要得到可定制的可靠性水平和電能質(zhì)量水平的供電服務(wù)，而對環(huán)境的影響降得很低。在躉售這一級已經(jīng)有可行的競爭性市場，用戶也認(rèn)可了它的效益。設(shè)計(jì)良好的，有公眾監(jiān)督的市場可以確保市場力問題保持最小。輸配電運(yùn)行在協(xié)調(diào)一致的穩(wěn)定的監(jiān)管下，而監(jiān)管依賴于基于行為（performance b

8、ased）的原則，涉及到聯(lián)邦和州的監(jiān)管機(jī)構(gòu)，跨州的實(shí)體，非官方的業(yè)界組織，公共利益集團(tuán)以執(zhí)行強(qiáng)制性的商業(yè)規(guī)則，使用戶受到保護(hù)。Grid 2030工作組由國家最優(yōu)秀的科學(xué)家、工程師、技師、商業(yè)技術(shù)人員組成。Grid 2030包括三個(gè)部分：國家電力“主干網(wǎng)”區(qū)域互聯(lián)網(wǎng)（包括加拿大和墨西哥）地方配電系統(tǒng)，含小型及微型電網(wǎng)，向用戶提供服務(wù)并可得到大陸任何發(fā)電電源的服務(wù)。國家電力主干網(wǎng)高容量的輸電通道將東西海岸及加拿大墨西哥連在一起。通過它可以在全國范圍內(nèi)平衡供需。這也使用戶在大陸范圍內(nèi)選擇供應(yīng)商成為可能，而不論用戶及供應(yīng)商位于何處。國家電力主干網(wǎng)擴(kuò)大了分配電力的范圍，它可以：從眾多電源中選取高效的發(fā)電

9、廠，對用戶進(jìn)行公平的服務(wù)，由于可在全國范圍內(nèi)從季節(jié)的差異和區(qū)域間天氣的差異中相互補(bǔ)償而使系統(tǒng)的效率更高，還包括需求側(cè)管理。主干網(wǎng)系統(tǒng)由許多新技術(shù)構(gòu)成，它包括運(yùn)行于交流同步電網(wǎng)可控的，特低阻抗的超導(dǎo)電纜及變壓器；形成區(qū)域間互聯(lián)的高壓直流輸電設(shè)備；其他類型先進(jìn)的導(dǎo)線。此外還有支持實(shí)時(shí)運(yùn)行和國家電力交易的信息，通信和控制技術(shù)。 國家電力主干網(wǎng)：東西海岸間的功率交換 電力主干網(wǎng)及區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)超導(dǎo)電纜降低線路損耗,確保系統(tǒng)穩(wěn)定,使在人口稠密城市地區(qū)的設(shè)備占地面積減小,而承載電流的能力大大提高。它們與高壓直流輸電系統(tǒng)及其它采用先進(jìn)導(dǎo)線的長距離輸電系統(tǒng)無縫隙地組合在一起。先進(jìn)的材料，如高溫鉆石材料可應(yīng)用于輸

10、電，配電和控制。鉆石技術(shù)可以替代硅材料并導(dǎo)致電流密度的大幅度提高。用于超導(dǎo)輸電的低溫制冷設(shè)備也可用于其他目的，如氫氣液化。在氫經(jīng)濟(jì)中，液態(tài)氫最適合長途運(yùn)輸。氫是僅次于電力的主要能源載體。將先進(jìn)的電力與氫技術(shù)結(jié)合在一起，可大大降低基礎(chǔ)設(shè)施的成本。區(qū)域互聯(lián)國家主干網(wǎng)將北美的兩個(gè)重要區(qū)域：東部和西部連在一起。主干網(wǎng)的電力是通過區(qū)域網(wǎng)絡(luò)來分配的。這些區(qū)域內(nèi)的長距離輸電利用現(xiàn)有交流設(shè)備經(jīng)升級后變?yōu)榭煽刂频?，有些則是利用直流聯(lián)絡(luò)線并將其擴(kuò)容。大功率直流聯(lián)絡(luò)線用于連接相鄰的區(qū)域電網(wǎng)。區(qū)域系統(tǒng)的計(jì)劃和運(yùn)行效益來自發(fā)電設(shè)備（集中電站或分布式發(fā)電）及負(fù)荷狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息。廣泛地應(yīng)用先進(jìn)的儲(chǔ)能裝置為解決因天氣條件或其

11、它因素而引起的供需不平衡問題提供了條件。大規(guī)模功率交換市場高效運(yùn)行且受到跨州的實(shí)體及業(yè)界非政府組織的監(jiān)督。地方配電系統(tǒng)含小型及微型電網(wǎng)國家地方配電系統(tǒng)與區(qū)域電網(wǎng)相連，且通過區(qū)域電網(wǎng)與國家主干網(wǎng)相連。配電設(shè)備的電功率流向或來自用戶，連接到區(qū)域電網(wǎng)，功率的流向由供需條件決定。實(shí)時(shí)監(jiān)測和信息交換使市場能夠瞬時(shí)地處理交易且在全國范圍內(nèi)進(jìn)行。 電力主干網(wǎng)，區(qū)域互聯(lián)網(wǎng)及地方配電網(wǎng)，小型及微型電網(wǎng) 國家主干網(wǎng)及通信、控制系統(tǒng)用戶有能力根據(jù)對電力產(chǎn)品品種的需要，包括所希望的價(jià)格、環(huán)境影響、可靠性和電能質(zhì)量的水平，定制對自己的供電。傳感器和控制系統(tǒng)將大樓或工廠內(nèi)的電氣設(shè)備與配電系統(tǒng)連在一起。分布式發(fā)電系統(tǒng)和氫能

12、技術(shù)的發(fā)展使固定的發(fā)電設(shè)備能雙向使用運(yùn)輸車輛。例如，氫燃料電池驅(qū)動(dòng)的車輛，當(dāng)它停在家庭車庫或停車場時(shí)它可向配電系統(tǒng)供電。潛在的效益Grid 2030可從幾個(gè)方面使美國的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、國家安全和人民受益。擴(kuò)展的及現(xiàn)代化的電網(wǎng)將消除阻礙經(jīng)濟(jì)發(fā)展的來自電力系統(tǒng)的約束。強(qiáng)壯的國家電力交易市場將促進(jìn)和開發(fā)吸引資本來支持基礎(chǔ)設(shè)施及投資建新的電廠和設(shè)備。對于那些向電力用戶、配電商及發(fā)電商提供多種新產(chǎn)品的大、小公司，將出現(xiàn)全新的業(yè)務(wù)模式。高效的能量輸配系統(tǒng)將降低線路損耗，減少化石燃料的燃燒，減少環(huán)境污染和溫室氣體的排放。更經(jīng)濟(jì)和高效的運(yùn)行及廣泛地采用需求側(cè)管理技術(shù)，將減少旋轉(zhuǎn)備用，從而也減少對環(huán)境的影響?，F(xiàn)代化

13、的國家電力網(wǎng)將推動(dòng)可再生能源技術(shù)，如風(fēng)力發(fā)電，水電，地?zé)岚l(fā)電的輸送，因這些發(fā)電電源往往距負(fù)荷中心很遠(yuǎn)。對電氣設(shè)備跳閘的快速檢測及自動(dòng)響應(yīng)和快速的系統(tǒng)恢復(fù)，將改善電網(wǎng)的安全性，使電網(wǎng)對來自恐怖活動(dòng)的物理攻擊不那么脆弱。將信息技術(shù)與電力技術(shù)的高度整合，將使信息安全保護(hù)得到加強(qiáng)。廣泛使用分布式的能源將使軍事設(shè)備、警察局、醫(yī)院、緊急事故處理中心的供電可靠性提高。這將確保這類“第一響應(yīng)者”即使在最壞的情況下，也能夠連續(xù)運(yùn)行。大規(guī)模應(yīng)用分布式發(fā)電，將使必須通過輸配電系統(tǒng)的發(fā)電功率的份額減小。與加拿大、墨西哥以及其他交易伙伴的高水平的互聯(lián)將加強(qiáng)與這些國家的聯(lián)系，通過更大范圍的經(jīng)濟(jì)合作，提高安全性。Grid

14、2030將使美國人更富裕、更健康，有更可靠的高質(zhì)量的生活。電力選擇的范圍將擴(kuò)大。電力的消費(fèi)者，從工廠、商業(yè)經(jīng)理，到房主或小型商業(yè)用戶有能力定制他們的能源供應(yīng)，以滿足其自身的需求。更加開放，可行的競爭性電力市場將幫助成本的降低，確保高質(zhì)量的服務(wù)。遠(yuǎn)景目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)此遠(yuǎn)景目標(biāo)分三個(gè)階段。第一階段為新技術(shù)的研究、開發(fā)和工程示范。此階段還應(yīng)包括對監(jiān)管的澄清及監(jiān)管框架的現(xiàn)代化。第二階段，翻查電力資產(chǎn)股本，用先進(jìn)的系統(tǒng)替換。這階段還包括，區(qū)域和地方網(wǎng)Grid 2030概念和設(shè)備的部署。第三階段，擴(kuò)展區(qū)域和地方網(wǎng)Grid 2030的部署，使之進(jìn)入國家和國際市場。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)景目標(biāo)后可能的產(chǎn)品和服務(wù)舉例2010年2

15、020年2030年用戶進(jìn)入下一代“聰明計(jì)量”的入口，以實(shí)現(xiàn)雙向通信和用戶/電力公司交易接口連接到網(wǎng)上的智能化房屋和電器通過需求側(cè)管理和分布式發(fā)電，用戶參與電力市場計(jì)劃提高輸電容量的先進(jìn)的合成導(dǎo)線區(qū)域電網(wǎng)的擴(kuò)展和現(xiàn)代化的規(guī)劃有“即插即用”能力的用戶“全能源”系統(tǒng)：電力、加熱、制冷及濕度控制?？赏ㄟ^抵押租借通過電壓、頻率和功率因數(shù)校正 達(dá)到“優(yōu)良”電能質(zhì)量高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、變壓器和電纜 的使用，大大改變電網(wǎng)面貌長距離超導(dǎo)輸電電纜任何用戶只要要求就可得到高可靠性、安全的、數(shù)字化的電力可以得到廉價(jià)而無污染、在國家 任何地方發(fā)出的電力價(jià)格可承受的儲(chǔ)能設(shè)備，任何人均可擁有國家（或大陸）超導(dǎo)主干網(wǎng)完成主要的挑

16、戰(zhàn)為實(shí)現(xiàn)未來電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)景目標(biāo)，需要應(yīng)對一系列的主要挑戰(zhàn)。電力工業(yè)歷史上一直是壟斷行業(yè)的構(gòu)架，有其固有的慣性，隨文化取向的變化很緩慢。未來的不確定性，使電力工業(yè)難以吸引投資到新建項(xiàng)目中。此外，構(gòu)成電力基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)備新技術(shù)，近年來的發(fā)展處于停滯狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)景目標(biāo)所遇到的挑戰(zhàn)克服慣性吸引資源技術(shù)開發(fā)商業(yè)模型強(qiáng)調(diào)公眾要求公共政策電力工業(yè)面對拆分巨大的資本資產(chǎn)RD&D處于低水平對變革態(tài)度上阻力股本周轉(zhuǎn)緩慢某些電力市場不甚成功投資教育、培訓(xùn)及 人力開發(fā)不引人注目的電力線路低成本儲(chǔ)能長距離超導(dǎo)清潔發(fā)電實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)先進(jìn)的合成導(dǎo)線貨幣化收入流使收益與風(fēng)險(xiǎn)匹配測試版1.0需求側(cè)預(yù)測電力市場可行的競爭性市場設(shè)計(jì)N

17、IMBY聯(lián)邦與州的合作供應(yīng)商的市場力公共目的項(xiàng)目穩(wěn)定的監(jiān)管框架持續(xù)的RD&D基金需要開發(fā)并應(yīng)用新技術(shù)使電力工業(yè)從機(jī)電時(shí)代進(jìn)入數(shù)字時(shí)代。但遺憾的是，電力工業(yè)是在投入RD&D的資金最低的行業(yè)之一。新加入市場的成員（如獨(dú)立發(fā)電公司、能源服務(wù)公司、分布式供能公司及需求側(cè)管理業(yè)者）更需要監(jiān)管的確定性及適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行市場提供激勵(lì)，實(shí)現(xiàn)必要的收入流，以確保基礎(chǔ)設(shè)施的投資達(dá)至優(yōu)化的水平。這種環(huán)境將維持可獲益的業(yè)務(wù)模型，且最終導(dǎo)致使用戶受益的最佳模型（式）。現(xiàn)行的監(jiān)管框架未提供穩(wěn)定的業(yè)務(wù)環(huán)境，它不能使得吸收資金，使其用于公共的目的，如對環(huán)境的保護(hù)以及對電力用戶的保護(hù)。實(shí)現(xiàn)設(shè)想的目標(biāo)輸電配電需求側(cè)管理監(jiān)管框架第一階段

18、 2010年超導(dǎo)主干網(wǎng)可行性證明協(xié)調(diào)的區(qū)域電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行對所有的電網(wǎng)運(yùn)行方實(shí)時(shí)信息透明多個(gè)采用10英里長超導(dǎo)電纜項(xiàng)目詳盡的規(guī)劃及開始采用首例潮流阻塞區(qū)的超導(dǎo)“電力連接分配中心(power hub)”聰明的、自動(dòng)的電網(wǎng)原型試運(yùn)行新輸電線路的主要部分采用合成導(dǎo)線證明分布式智能協(xié)調(diào)的可行性實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方設(shè)備跳閘檢測分布式發(fā)電/分布式資 源的“即插即用”規(guī)約智能化自動(dòng)化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)定義改進(jìn)電力應(yīng)用并降低電價(jià)需求側(cè)管理的推廣應(yīng)用聰明電器可行性證明更廣泛的應(yīng)用用戶側(cè)分布式發(fā)電/CHP國家立法明確管轄權(quán)公眾私營研發(fā)合作活 躍各區(qū)域及市場的各部分 市場均正常運(yùn)轉(zhuǎn)充裕的公共補(bǔ)助金，確保通用服務(wù)州采用基于行為的（pe

19、rformance-based）管制、計(jì)量和確定電價(jià)解決辦法第二階段 2020年全國半數(shù)的功率流經(jīng)聰明電網(wǎng)鋪設(shè)長距離超導(dǎo)電纜； 在數(shù)個(gè)中心區(qū)域運(yùn)行 “電力連接分配中心”平均網(wǎng)損降低50%分布式發(fā)電/分布式資 源技術(shù)完全整合到配電系統(tǒng)中運(yùn)行采用智能自動(dòng)化體系結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)雙向信息流及功率流所有電器具有聰明的性能大小用戶均可進(jìn)入電力市場及訪問實(shí)時(shí)信息和控制實(shí)施穩(wěn)定和公平的監(jiān)管可運(yùn)行的競爭性市場第三階段 2030年超導(dǎo)主干網(wǎng)建成且包括短路電流限制和變壓器兩個(gè)區(qū)域電網(wǎng)100%的功率流經(jīng)聰明電網(wǎng)低成本小容量儲(chǔ)能使用超導(dǎo)電纜及其它超導(dǎo)設(shè)備全自動(dòng)的需求側(cè)響應(yīng)低成本就地儲(chǔ)能設(shè)備的應(yīng)用用戶與電網(wǎng)的充分互聯(lián)線路圖現(xiàn)還處

20、于能源部確定階段，它需要政府與工業(yè)界密切合作，以達(dá)到電網(wǎng)現(xiàn)代化，實(shí)現(xiàn)Grid2030遠(yuǎn)景目標(biāo)。它包括5部分：1 設(shè)計(jì)Grid2030構(gòu)架：從發(fā)電廠母線到用戶表計(jì)的電網(wǎng)全面發(fā)展的概念框架。2 重點(diǎn)技術(shù)的開發(fā)：先進(jìn)的導(dǎo)線、儲(chǔ)能、高溫超導(dǎo)、分布式智能/聰明控制、電力電子。這些將成為建設(shè)Grid2030的組成部分。3 加速高技術(shù)的工程化：現(xiàn)場測試和示范工程，這將把先進(jìn)的技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室變成輸配電系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行人員的手段。4 強(qiáng)化市場運(yùn)作：評估市場，規(guī)劃和運(yùn)行，改進(jìn)工程選址和批準(zhǔn)的過程，追求監(jiān)管壁壘的消除以便確定性更強(qiáng)，電力交易和投資的風(fēng)險(xiǎn)更低。5 建立伙伴關(guān)系：經(jīng)長時(shí)間的努力和公眾私營伙伴關(guān)系的建立使股民

21、介入，與州監(jiān)管機(jī)構(gòu)及可靠性組織協(xié)同工作，共同關(guān)心事情的進(jìn)展。能源部輸配電辦公室（OETD）就是為這項(xiàng)工作而成立的。它將與各方建立伙伴關(guān)系，使對美國電網(wǎng)的未來遠(yuǎn)景目標(biāo)具體化，為達(dá)到此目標(biāo)促成多方合作，制定出實(shí)現(xiàn)Grid2030的國家路線圖。三Grid2030計(jì)劃研究開發(fā)路線圖研討會(huì)Grid2030計(jì)劃研究開發(fā)路線圖研討會(huì)的正式名稱為國家電力傳輸技術(shù)展望專題研討會(huì)。2003年7月89日，約200位電氣技術(shù)和電力市場的專家參加了國家電力傳輸技術(shù)展望專題會(huì)議，代表了電力工業(yè)、設(shè)備制造公司、學(xué)術(shù)界、行業(yè)團(tuán)體、國家實(shí)驗(yàn)室、以及聯(lián)邦、州政府機(jī)構(gòu)等各個(gè)部門。 專題會(huì)議的目的是討論實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)景目標(biāo)的途徑，遠(yuǎn)景目標(biāo)的

22、實(shí)現(xiàn)要通過對近期、中期及遠(yuǎn)期措施的確認(rèn)，以及對研究、開發(fā)和示范計(jì)劃設(shè)定優(yōu)先次序。專題會(huì)議的范圍包括國家電力主干網(wǎng)電力傳輸技術(shù)及政策，區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)，地區(qū)配電網(wǎng)，監(jiān)管框架，以及它們發(fā)揮作用的電力市場。 會(huì)議期間，與會(huì)者討論了以下問題： 為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)景設(shè)想需要在2010、2020、2030年達(dá)到的目標(biāo)； 為了達(dá)到目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)景設(shè)想需要克服的巨大挑戰(zhàn)； 克服挑戰(zhàn)所需要的研究、開發(fā)和示范（RD&D）； 研究、開發(fā)和示范需要的時(shí)間表；下面是專題會(huì)議會(huì)議記錄的摘要，它收集了會(huì)議交流的內(nèi)容和思想，總結(jié)了在1天半會(huì)議中所表達(dá)出的主要主題。 會(huì)議分為8個(gè)工作組，分別為：國家電力主干網(wǎng)1國家電力主干網(wǎng)2區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)1

23、區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)2地區(qū)配電網(wǎng)1地區(qū)配電網(wǎng)2監(jiān)管框架與電力市場1監(jiān)管框架與電力市場2資料最后對各個(gè)工作組的結(jié)論意見進(jìn)行了總結(jié)。國家電力主干網(wǎng)1摘 要 電力工業(yè)是一個(gè)非常成熟的行業(yè)。今天，市場、技術(shù)和監(jiān)管的影響力改變了這一行業(yè)許多傳統(tǒng)的運(yùn)作方式。這種情況下，行業(yè)股東就試圖提出很多種具有挑戰(zhàn)性的問題：我們怎樣才能降低成本，提高生產(chǎn)率？面對市場的不確定性，我們怎樣才能更具有適應(yīng)性？我們怎樣才能保證社會(huì)持續(xù)得到所需要的服務(wù)？我們怎樣才能通過滿足如此多的不同的、有時(shí)是有分歧的需要來發(fā)展我們的事業(yè)？政府將如何規(guī)范正在出現(xiàn)的行業(yè)市場結(jié)構(gòu)，特別是關(guān)于確保可靠性與透明度。以及行業(yè)如何應(yīng)對增加的改善輸電系統(tǒng)的壓力，包括

24、： 國家和地區(qū)對可靠性和電能質(zhì)量的關(guān)心，以及用戶和監(jiān)管者期望的提高，導(dǎo)致一些地區(qū)實(shí)行了基于性能的定價(jià)； 老化的功率傳輸系統(tǒng)中已增加的和正在加速的負(fù)荷增長； 改變用戶增加負(fù)荷的速度和類型。為了滿足這些需要，功率傳輸系統(tǒng)必須利用最新的技術(shù)，包括電力工程技術(shù)和信息系統(tǒng)技術(shù)。從可靠性和質(zhì)量的觀點(diǎn)看，電力工業(yè)的將來取決于一些重要的因素： 電源的生產(chǎn)必須變得更加有效，清潔； 功率傳輸必須變得可靠，提供所需的高質(zhì)量電力； 在用戶和生產(chǎn)商，在所有的市場參與者之間，必須存在更大的市場透明度（如價(jià)格、可用率）； 必須運(yùn)用信息系統(tǒng)技術(shù)，以支持對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、控制、建模和仿真。 為了實(shí)現(xiàn)“Grid2030”的遠(yuǎn)

25、景目標(biāo)，國家主干網(wǎng)將需要：達(dá)到每年不超過一次故障的可靠性水平；通過使用實(shí)用的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線（3$/kA-m），以及無功功率的提供技術(shù)（30$/動(dòng)態(tài)kvar）來維持電能的經(jīng)濟(jì)性；將輸配電總損耗降低70。達(dá)到的這些目標(biāo)所需要的研究和開發(fā)優(yōu)先是：造價(jià)低、快速、可靠的電力電子開關(guān)；擴(kuò)大超導(dǎo)的電力應(yīng)用示范領(lǐng)域；在使用其它先進(jìn)材料上做更多的工作；更加著重于能夠增加輸送潮流的技術(shù)的綜合與實(shí)施；核心工作是改善分析與實(shí)施手段以減小傳輸阻塞；建議設(shè)立資金對有限的純理論領(lǐng)域進(jìn)行基本的啟動(dòng)性研究。另外，“Grid2030”將需要造價(jià)低的AC-DC轉(zhuǎn)換終端以使國家電網(wǎng)得以成行。 與航空和配送服務(wù)行業(yè)類似，“Grid203

26、0”將像“后勤網(wǎng)絡(luò)”一樣管理具有高可靠性和高效的可用容量。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，對每一個(gè)運(yùn)行的設(shè)備從線路到開關(guān)，必須建立無縫的、實(shí)時(shí)方式的互聯(lián)。消減數(shù)據(jù)量以及即時(shí)的共享這些數(shù)據(jù)將變得越來越重要。 成功的關(guān)鍵是協(xié)作。從銷售商、能源公司、用戶的觀點(diǎn)而來的各種想法和建議，及其他人的需求融合在一起產(chǎn)生了一個(gè)有凝聚力的決定。這中間的許多變化可能需要超前的時(shí)間來規(guī)劃和實(shí)施：重要的是，在使用和配置新技術(shù)的規(guī)劃上組織變得具有前瞻性。國家電力主干網(wǎng)1表1.1 目標(biāo)可靠性安全性效率環(huán)保工作經(jīng)濟(jì)性2010需要在電網(wǎng)水平上對質(zhì)量、可靠性、可用率作適當(dāng)度量，還有CBEMA標(biāo)準(zhǔn)*改善系統(tǒng)可視性使TLR*最?。ǜ哳l或低頻），以

27、及通過統(tǒng)計(jì)方法提高系統(tǒng)可靠性更好的或改進(jìn)的絕緣材料（材料研究）更安全的變電站和輸電（容易替換，可以修理）更加智能的負(fù)荷管理技術(shù)與最新的IT、控制、電子技術(shù)結(jié)合輸配電損耗：現(xiàn)在：710； 2010年：59 ； 2020年：48；2030年：23合成導(dǎo)線、聚合物、先進(jìn)的人工智能第二代導(dǎo)線（適于替代銅）低溫電力電子器件低溫冷卻雙級電力電子器件先進(jìn)的絕緣材料提高美觀度，如減少視覺厭惡部分利用技術(shù)減少污染（SF6、油）確定并使用技術(shù)以減小電磁場（EMF）的影響減小變電站占地面積最大程度上利用現(xiàn)有導(dǎo)線與走廊對環(huán)境較好的木桿防腐劑，木桿的替換總收益，輸電成本總邊際成本動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償TSATCom：$60/kv

28、arDSATCom：$150/kvar超級VARs：$50/kvar串補(bǔ)：$70/kvarAC/DC轉(zhuǎn)換終端$100/kvarHTS電纜10$/kAm，合成材料15$/kAm2020首次出現(xiàn)整合的國家控制系統(tǒng)市場信息中包含有用戶的回應(yīng)全網(wǎng)年停電減至1次設(shè)計(jì)N-3/N-4原則包括風(fēng)險(xiǎn)分析發(fā)電及控制模塊化，形成插銷式與最新的IT、控制、電子技術(shù)結(jié)合裝置、設(shè)備、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、傳輸電纜采用直流，10英里（？）先進(jìn)的材料、增加規(guī)模、材料科學(xué)、基礎(chǔ)性工作建立氫安全標(biāo)準(zhǔn)電磁場和健康影響沒有聯(lián)系的確定性研究使用新的環(huán)保材料（絕緣材料）設(shè)備入地的百分?jǐn)?shù)隨時(shí)間而增加電力輸送成本10總邊際成本0.8動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償-

29、TSATCom：$40/kvar-DSATCom：$100/kvar-超級VARs：$30/kvar-串補(bǔ)：$50/kvarAC/DC轉(zhuǎn)換終端$50/kvarHTS電纜5$/kAm，合成材料1.2$/kAm2030最終的電網(wǎng)實(shí)時(shí)自愈監(jiān)測仿真響應(yīng)最終電網(wǎng)電網(wǎng)級的實(shí)時(shí)電價(jià)信息需求反饋信息適應(yīng)日、年大的潮流變化電能儲(chǔ)存和過剩容量地下線路、變電站、通信設(shè)施設(shè)計(jì)N-3/N-4原則，包括風(fēng)險(xiǎn)分析與最新的IT、控制、電子技術(shù)結(jié)合擴(kuò)大先進(jìn)材料的應(yīng)用規(guī)模，基礎(chǔ)性工作寬帶隙半導(dǎo)體氫經(jīng)濟(jì)的副產(chǎn)品（無需制冷的）電力輸送成本8總邊際成本0.5動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償TSATCom：$30/kvarDSATCom：$80/kvar超

30、級VARs：$20/kvar串補(bǔ)：$40/kvarAC/DC轉(zhuǎn)換終端$20/kvarHTS電纜3$/kAm，合成材料1$/kAm低成本電纜溝挖掘故障電流限制器制冷*CBEMA為反映電壓跌落的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)譯注。*TLR：輸電負(fù)荷釋放，為解除線路過負(fù)荷的系統(tǒng)操作。TLR數(shù)反映電網(wǎng)阻塞的情況。譯注國家電力主干網(wǎng)1表1.2 主要的技術(shù)挑戰(zhàn)：優(yōu)先級指標(biāo)先進(jìn)材料標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)約分析和實(shí)施手段快速電力開關(guān)綜合與實(shí)施增加潮流的技術(shù)便宜的大容量導(dǎo)線新的先進(jìn)輸電材料開發(fā)環(huán)保絕緣材料合成材料的開發(fā)（代替銅、鋁）完全符合要求的超導(dǎo)體（77K，2T）低成本、可靠、耐用的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線和電纜高溫超導(dǎo)（HTS）導(dǎo)線200m先進(jìn)材料

31、材料的驗(yàn)證、測試，挑選用于標(biāo)準(zhǔn)化原型樣本開發(fā)負(fù)載導(dǎo)線重量的高強(qiáng)度材料改善高溫強(qiáng)度和泄露阻抗快速電力開關(guān)由Vanderbilt大學(xué)完成的快速電力開關(guān)，有CVD金剛石觸頭的快速大功率電子開關(guān) 先進(jìn)的硅電力開關(guān)，適應(yīng)地域廣，低溫 示范大功率快速電力開關(guān)：2010年60kA/220kV、2020年：60kA/500kV ML更高電壓的IGBT、IGCT（更低的成本）N快速電力開關(guān)與VPI發(fā)射極關(guān)斷（ETO）先進(jìn)電力電子開關(guān)競爭，以及現(xiàn)場測試系統(tǒng)（可能與ONR結(jié)合）PE（光伏電池）設(shè)備的自動(dòng)協(xié)調(diào)控制增加潮流的技術(shù)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)程序和電力系統(tǒng)故障硬件評估洲際電網(wǎng)大規(guī)模儲(chǔ)能的價(jià)值（研究）N評估2030

32、年或以后，遠(yuǎn)距離潮流輸送需求，我們研究目標(biāo)是什么，國家電力傳輸主干網(wǎng)的戰(zhàn)略規(guī)劃N脈沖管低溫制冷（0.11kW，30K）低 成本、少維護(hù)、高效率的冷卻器樣品增加潮流技術(shù)的評估，測試串聯(lián)功率設(shè)備的性能，包括超級VAR、PAR和先進(jìn)變壓器增加的潮流建議對HTS的研究，使用PAR進(jìn)行潮流控制的小電抗交流線路如果順利，搞10英里的示范線路NM可大量生產(chǎn)的合成導(dǎo)線樣品N標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)約召集會(huì)議（NERC或DOE）,編寫國家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)至2006年基于開放規(guī)約制定“額定參數(shù)”分析與實(shí)施的手段網(wǎng)絡(luò)仿真與軟件，與傳感器結(jié)合用以監(jiān)測，然后是動(dòng)態(tài)控制NM開發(fā)國家電網(wǎng)監(jiān)測、控制計(jì)劃，并先在一個(gè)小區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)NM廣域測量與監(jiān)視NM

33、概率規(guī)劃工具NM整合與實(shí)施10英里345kV架空合成導(dǎo)線示范線路，并裝設(shè)DTS監(jiān)測線路的動(dòng)態(tài)額定數(shù)據(jù)N直流HTS電纜示范工程M“超級電纜”樣品，國家實(shí)驗(yàn)室低壓直流超導(dǎo)電纜（LVDCS）+氫氣+制冷M設(shè)計(jì)并建造用電纜的小型全超導(dǎo)變電站M綜合并實(shí)施第二代導(dǎo)線的概念性設(shè)計(jì)與測試，用于HTS超導(dǎo)同步電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)M整合并實(shí)施概念化，測試低成本溝道開挖技術(shù)N召集DOE和事業(yè)組織就延長輸配電設(shè)備使用期限方法進(jìn)行研究NHTS變壓器樣品，更高電壓的有載分接頭調(diào)節(jié)M設(shè)計(jì)并安裝510kA交流HTS電纜線路NRD&D過程的改進(jìn)知識共享及處理系統(tǒng)建立以政府為依托的風(fēng)險(xiǎn)基金，啟動(dòng)研發(fā)過程每個(gè)核心RD&D項(xiàng)目，成立政府資

34、助的工作組研發(fā)過程改善了OETD與聯(lián)邦其它部門的聯(lián)系(ONR、DARPA、AF、NSF等)電力公司尋求研發(fā)的協(xié)作手段國家電力主干網(wǎng)1表1.4 經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)關(guān)鍵指標(biāo)現(xiàn)在2010年2020年2030年動(dòng)態(tài)無功功率T Stat Com = $/kvarD Stat Com = $/kvarSuper VARs = $/kvar$80$180-200$80-100$60$150$50$40$100$30$30$80$20潮流控制 = $/kvar 串聯(lián)$90-110$70$50$40AC/DC 轉(zhuǎn)換= $/kvar/終端$150-300$100$50$20成本 HTS = $/kA米$200$10$5$

35、3成本合成導(dǎo)線造價(jià)/導(dǎo)線造價(jià)（合成導(dǎo)線）3101.51.21.0總成本邊際成本/嵌入成本（輸電成本）41.00.80.5電力輸送成本總收益1512108（5年回收期）國家電力主干網(wǎng)2摘 要 國家電力傳輸主干網(wǎng)會(huì)帶來重要的國家利益：有助于在國家的基礎(chǔ)上平衡電力的供應(yīng)與需求，能夠在大陸的范圍內(nèi)從多種發(fā)電電源獲取電力供應(yīng)。但是全國性的“超級電網(wǎng)”現(xiàn)在并不存在，或者是技術(shù)（硬件和軟件）和實(shí)踐技能不足以建設(shè)、運(yùn)行、控制和維護(hù)這樣一個(gè)系統(tǒng)。未來國家輸電主干網(wǎng)可以提供美洲大陸范圍的互聯(lián)，它的開發(fā)很可能將技術(shù)進(jìn)步與技術(shù)變革二者結(jié)合。技術(shù)進(jìn)步方法會(huì)將現(xiàn)有地區(qū)間輸電設(shè)施進(jìn)行升級與擴(kuò)展。而技術(shù)變革則包括沿著現(xiàn)有或新

36、的走廊，許可和建設(shè)一個(gè)新的、大容量、遠(yuǎn)距離、超導(dǎo)高壓輸電線路和控制系統(tǒng)。不論國家“超級電網(wǎng)”的開發(fā)是沿著占優(yōu)勢的技術(shù)改進(jìn)途徑，還是技術(shù)變革途徑，必須通過研發(fā)來解決許多技術(shù)挑戰(zhàn)。 近期內(nèi)最迫切需要解決的挑戰(zhàn)是，缺乏分析工具和有組織的研究機(jī)構(gòu)來對整個(gè)電網(wǎng)進(jìn)行正確的建模。需要有獻(xiàn)身精神的科學(xué)家小組進(jìn)行基礎(chǔ)性工作，進(jìn)行“Grid2030”的概念性設(shè)計(jì)和系統(tǒng)需求的開發(fā)。需要改進(jìn)的手段來仿真和分析超級電網(wǎng)的比較方案，包括國家輸電主干網(wǎng)的設(shè)計(jì)、成本和收益。其它優(yōu)先級高的技術(shù)挑戰(zhàn)列于表2.1，包括：n 缺乏適當(dāng)?shù)睦鋮s技術(shù)（高熱效率、大規(guī)模、超高可靠性、經(jīng)濟(jì)性）；n 缺乏下一代發(fā)電技術(shù)的制造設(shè)施；n 將下一代發(fā)

37、電技術(shù)用于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)；n 需要先進(jìn)的合成導(dǎo)線、超導(dǎo)導(dǎo)線制造技術(shù)；n 缺乏先進(jìn)的能量存貯技術(shù)，以適應(yīng)可能電源中斷和用于提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；n 缺乏成本低、可靠性高的潮流控制技術(shù)，以有效的整合儲(chǔ)能、輸電和發(fā)電；n 需要更高強(qiáng)度的材料，以高負(fù)重率來改善現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載；n 缺乏構(gòu)建“超級電網(wǎng)”的國家強(qiáng)制手段，研究計(jì)劃的規(guī)模將需要國家的承諾；n 超導(dǎo)電纜成本過高；n 院校不能畢業(yè)足夠多的經(jīng)過訓(xùn)練的電力工程師從事“Grid2030”的設(shè)計(jì)和運(yùn)作，電力工程師退休速度要比替換速度快。處理這些阻礙需要系統(tǒng)的方法，從系統(tǒng)分析、明確需求轉(zhuǎn)移到可實(shí)現(xiàn)技術(shù)的研發(fā)及部分技術(shù)的實(shí)際示范。第一步，需要對國家電網(wǎng)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)

38、行研究和建模。模型應(yīng)該探索可選擇的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、配置、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等，使將來的投資集中于研發(fā)。必須明確系統(tǒng)需求和影響來指導(dǎo)這些分析，包括有關(guān)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠性和環(huán)境特性。研發(fā)應(yīng)直接由可實(shí)現(xiàn)技術(shù)開始，它不需要考慮最終的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。先進(jìn)技術(shù)需要包括改進(jìn)的控制系統(tǒng)、高壓超導(dǎo)電纜、高溫導(dǎo)線、帶冷卻的電力電子設(shè)備、成熟的安全系統(tǒng)、短期和長期儲(chǔ)能以及硬件結(jié)構(gòu)。技術(shù)的發(fā)展必須包括設(shè)備在電網(wǎng)中的試用，以驗(yàn)證其性能和可靠性。示范項(xiàng)目對于將來使用部門接受新技術(shù)是關(guān)鍵的。最終，研究機(jī)構(gòu)必須做到以下這些工作：必須提供主要的關(guān)鍵資料和專門技術(shù)，以指導(dǎo)基本的可行性和細(xì)致研究；培訓(xùn)將來的電力工程師和材料科學(xué)家；執(zhí)行研發(fā)任務(wù)；提

39、供設(shè)備試驗(yàn)的試驗(yàn)工具；開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)約。最小程度上，將來的電力傳輸系統(tǒng)的性能必須滿足現(xiàn)有系統(tǒng)的性能水平。然而，將來的國家輸電主干網(wǎng)必須提供增加很大的容量。國家電力主干網(wǎng)2表2.1 目標(biāo)可靠性環(huán)保工作安全性效率經(jīng)濟(jì)性2010一般要求界面（功能的和運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)）實(shí)時(shí)控制（算法等）可用率（電力和系統(tǒng)）安全性經(jīng)過驗(yàn)證的技術(shù)選擇研究高壓線路、變電站的環(huán)境特性（油、冷卻系統(tǒng)等）研究超高壓線路的電磁干擾（EMI）對電子通信影響研究地理位置/可行性，以達(dá)到初級能源的最大傳輸（土地的可用性、動(dòng)植物體系、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型）確認(rèn)線路走廊用地的獲取選擇線路、路徑，以將可再生能源送往負(fù)荷中心彈性設(shè)計(jì)冗余優(yōu)化聰明的自愈減小任何故障的

40、影響美國配件倉庫關(guān)鍵備件（事實(shí)上）美國制造能力工程研究：以定義與需求一致的國家系統(tǒng)信息安全性改善物理的安全性減少連接通路入地監(jiān)測綜合的后勤支持主干線路效率34效率提高3.0更換現(xiàn)有線路的導(dǎo)線，特別在瓶頸部分每十年用戶開支降低5減少日常使用降低輸電成本使新的輸配電設(shè)施與人口發(fā)展相一致（接近電網(wǎng)）對于區(qū)域系統(tǒng)，新輸配電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)達(dá)到5年的回收期，其整體的安裝和造價(jià)每英里小于1百萬美元（使用先進(jìn)技術(shù)，2003年美元）2010年時(shí)，區(qū)域系統(tǒng)示范工程2020在全面使用集成技術(shù)前驗(yàn)證其可靠性建設(shè)5000英里的超高壓線路制定技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以滿足與環(huán)境要求減少（工作量）對區(qū)域問題的依賴國家通信系統(tǒng)效率提

41、高2.5用戶開支降低5或更多在1/4系統(tǒng)范圍內(nèi)示范，驗(yàn)證5年回收期和每英里1百萬美元的總輸電成本2030配置并測試整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)10000英里的超高壓線路提高現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)容量，現(xiàn)有輸電走廊電流翻倍建設(shè)新的直流輸電線路（新路徑）新的主干網(wǎng)，多重路徑，每條線路310GW在現(xiàn)在基礎(chǔ)上提高效率2530用戶開支降低5或更多對于全國范圍的系統(tǒng)，驗(yàn)證5年回收期和每英里1百萬美元的總輸電成本國家電力主干網(wǎng)2表2.2 主要的技術(shù)挑戰(zhàn)：優(yōu)先級指標(biāo)超級電網(wǎng)優(yōu)化并增強(qiáng)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)知識與培訓(xùn)系統(tǒng)集成潮流控制建設(shè)與制造超導(dǎo)技術(shù)是改進(jìn)還是變革 ? 需要總統(tǒng)聲明 “需要超級電網(wǎng)” 滿足功能和運(yùn)行要求的超級電網(wǎng)設(shè)計(jì)尚不存在 缺乏對超級電

42、網(wǎng)的全面研究（設(shè)計(jì)、地理位置、環(huán)境影響、成本）及超級電網(wǎng)的商業(yè)實(shí)例（成本、價(jià)格構(gòu)成、所有權(quán)、運(yùn)行規(guī)則） 交直流轉(zhuǎn)換設(shè)備 高效高可靠性超導(dǎo)器件的IEEE標(biāo)準(zhǔn)需要用戶參與不了解配電系統(tǒng)對輸電系統(tǒng)的影響，包括對超級電網(wǎng)和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)改進(jìn) 缺乏更高強(qiáng)度的材料適于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)負(fù)載的負(fù)重率（更好的導(dǎo)電性和更低的TCE）需要更先進(jìn)的對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)機(jī)械特性分析網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行需要全局性的整合（潮流、控制）沒有高熱穩(wěn)定度導(dǎo)線和相關(guān)硬件的標(biāo)準(zhǔn)學(xué)術(shù)界不了解技術(shù)挑戰(zhàn)以及研發(fā)的機(jī)遇 對輸電服務(wù)提供者的培訓(xùn) 沒有財(cái)政上的激勵(lì)誰會(huì)做這些工作電力公司對技術(shù)的接受（責(zé)任？） 缺乏知識與自信不知道主干網(wǎng)優(yōu)化系統(tǒng)的需求 沒有具體提出需求的機(jī)構(gòu)不能

43、夠確定輸電線選址缺乏緊迫的氛圍無功損耗（I2X）電纜（容性）、架空線（感性）準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)線路定值，使使用容量最大化缺乏進(jìn)行全國范圍仿真的能力 規(guī)劃與設(shè)計(jì) 運(yùn)行 市場全國范圍的通信、控制和監(jiān)測容量、速度、可用率 確定并采納最佳的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 通信、分布智能、監(jiān)測、命令與控制的體系結(jié)構(gòu) 集成儲(chǔ)能裝置（確定接入地點(diǎn)后）有效的、實(shí)用的、經(jīng)濟(jì)的互聯(lián)開關(guān)技術(shù)尚不能實(shí)用，所以不存在無縫連接的配電網(wǎng)沒有溫度傳感器及反饋導(dǎo)線控制 先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)解決可能的電源中斷問題及提高系統(tǒng)穩(wěn)定性 對系統(tǒng)事故、阻塞原因及結(jié)果的管理 減少集中控制的必要（最大化的自主運(yùn)行），集中與就地控制安全問題的比較（安全性的障礙） 故障電流限制

44、器可靠的、低成本的電力電子控制器（材料及設(shè)計(jì)） 缺乏對大系統(tǒng)交直流控制的理解國內(nèi)缺乏生產(chǎn)大批量大容量導(dǎo)線的能力低成本的入地技術(shù)（建設(shè)）優(yōu)化的導(dǎo)線冷卻系統(tǒng)2560K80K適當(dāng)?shù)睦鋮s器 高效、大容量 超高可靠性 可接受的造價(jià)HTS直流電纜樣品的現(xiàn)場測試（帶轉(zhuǎn)換器）現(xiàn)場維修技術(shù) 電纜 確定故障點(diǎn)改進(jìn)的低溫泵高效高可靠性HTS/低溫保持器的現(xiàn)場拆接 HTS電纜造價(jià)小于10$/kAm（液氮冷卻） 高性能的低溫保持器 熱泄露1W/m 小的彎曲半徑 高可靠性超導(dǎo)材料和電纜特性 標(biāo)準(zhǔn) 老化（加速試驗(yàn)）降低超導(dǎo)電纜成本的方法： 加工工藝的研發(fā)材料的研發(fā)（截面）國家電力主干網(wǎng)2表2.3 需要研發(fā)的項(xiàng)目：優(yōu)先級指標(biāo)

45、研發(fā)機(jī)構(gòu)示范工程培訓(xùn)與提高部件制造部件與可實(shí)現(xiàn)技術(shù)的研發(fā)仿真與建模研究設(shè)立戰(zhàn)略研發(fā)合作伙伴N形成示范技術(shù)的“主計(jì)劃”，表明關(guān)鍵的途徑N 綜合的進(jìn)度表 可測量的重要事件 單一技術(shù)失敗后的支持 市場發(fā)展建立國家電力電子試驗(yàn)研究室，加速發(fā)展閥和潮流控制器，以及電力公司的驗(yàn)收試驗(yàn)M投資于標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)（像1547），來加速對新技術(shù)的接受 N發(fā)展將來系統(tǒng)驗(yàn)證所需的測試規(guī)約（標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)證）M5年內(nèi)完成對項(xiàng)目的復(fù)審M形成新的研究機(jī)構(gòu)以支持研究N示范工程：測量導(dǎo)線溫度并用于控制電纜潮流 示范工程：斷續(xù)發(fā)電情況下先進(jìn)蓄電池的應(yīng)用 確定需求并進(jìn)行示范工程：廣域監(jiān)測命令與控制N開始第二代交流HTS電纜的示范工程，包括中間

46、的冷卻站和PAR M 安裝多段1030英里長的先進(jìn)導(dǎo)線，提高電力公司的接受度M示范帶電力電子終端站的直流HTS電纜（幾百米長） N從現(xiàn)有北美電網(wǎng)開始，設(shè)計(jì)全國范圍超級電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的原型， M示范用于提高穩(wěn)定性和優(yōu)化的FACTS和SMES技術(shù) N進(jìn)行大規(guī)模的示范計(jì)劃（有訓(xùn)練工具和可擴(kuò)展途徑的展示場所）M 示范中心，用以測試器件和系統(tǒng)去年我們學(xué)校已申請一份同軸超導(dǎo)電纜專利支持在美國培訓(xùn)電力工程師N形成新的培訓(xùn)計(jì)劃 N 成立超級電網(wǎng)協(xié)作組織，提倡和促進(jìn)超級電網(wǎng)對美國的利益需要對超級電網(wǎng)的總統(tǒng)聲明 N開發(fā)培訓(xùn)資料：沒有超級電網(wǎng)對經(jīng)濟(jì)和對生活質(zhì)量的影響N 為什么需要超級電網(wǎng)？開發(fā)導(dǎo)線制造過程的實(shí)時(shí)質(zhì)量控

47、制系統(tǒng) 需要大規(guī)模增加生產(chǎn)能力，24年里達(dá)到每年生產(chǎn)300英里大規(guī)模儲(chǔ)能（兆瓦小時(shí)成本效率高）的研發(fā)，用于超級電網(wǎng)主干網(wǎng)中 M超導(dǎo)材料的研發(fā)ML改進(jìn)現(xiàn)有的HTS材料研究具有改進(jìn)性能的新的HTS材料開發(fā)非硅材料的電力電子設(shè)備 NML開發(fā)HTS直流電纜 N開發(fā)非固態(tài)電力電子設(shè)備低損耗、故障開路、不需冷卻設(shè)施 N/M/L開發(fā)故障控制限制器，及用于輸電水平的控制器N開發(fā)電纜系統(tǒng)概念性設(shè)計(jì)（AC和DC）N開發(fā)融合HTS器件的帶冷卻的電力電子設(shè)備 M冷卻器的開發(fā)N 規(guī)模、等級 高效率電機(jī) 經(jīng)濟(jì)性示范和開發(fā)用于應(yīng)對電網(wǎng)振蕩和穩(wěn)定性問題的儲(chǔ)能系統(tǒng)M開發(fā)HTS設(shè)備運(yùn)行維護(hù)程序（長MTBF、短MTTR，早期故障探測）探索使用納米負(fù)荷材料生產(chǎn)更結(jié)實(shí)的導(dǎo)線 M導(dǎo)線可行性研究經(jīng)驗(yàn)，以驗(yàn)證HTS氫冷同軸電纜安全性和性能L模擬超級電網(wǎng)概念，并對進(jìn)一步的研究和示范做23個(gè)選擇方案 N超級電網(wǎng)建模工程N(yùn) 功能性 電價(jià)研究 控制策略 分析和預(yù)測全國的用電量以建立模型開發(fā)現(xiàn)在美國電網(wǎng)的系統(tǒng)模型N研究全國規(guī)模系統(tǒng)的可選擇的控制策略 N 集中化 分布式 使用本地自主技術(shù)和聰明電子設(shè)備仿真超級電網(wǎng)水平的實(shí)時(shí)運(yùn)行，包括物理過程和市場的相互作用與影響開發(fā)超級電網(wǎng)仿真的計(jì)算機(jī)模型和工具規(guī)劃與設(shè)計(jì) 如HTS電纜和架空線路的PSSE、PSLF模型與電信、運(yùn)輸相依關(guān)系的仿真了解N分析保護(hù)設(shè)備與超級電網(wǎng)集成方案NM對超級電網(wǎng)的需求必