“未來的電網將更加可靠、對環境更加友好，更加有效、更加靈活和更加經濟。”在第三屆中國電力發展和技術創新院士論壇上，中國工程院院士鄭健超向人們描述了未來電網的形態。他說，未來電網應該更加可靠，能夠抵御各種自然災害，防止人因失誤的能力更強;它對環境更加友好，線路、變電站變得更緊湊，以大幅度降低占地需求，把電磁環境影響降低到公眾可接受的程度;它將更加有效，即電力傳輸和轉換效率、電網資源利用效率都將進一步提升;它將更加靈活，可讓更多的可再生能源發電電源接入電網，可適應各種運行方式和用戶多樣化的需求;它將更加經濟，造價低、經濟上有競爭力。

新型設備研發的方向取決于電網發展的趨勢和需求。鄭健超認為，隨著特高壓和智能電網加速建設，新一代電網的發展對電網設備的創新提出了重大需求，而新材料、新技術、新工藝、新器件的出現，為實現輸配電設備的變革提供了技術機遇。

新一代電網設備與傳統設備相比，技術性能有顯著提升。“其工程應用將對電網的未來產生革命性的影響。”鄭健超的介紹引起了人們極大的興趣。

可以裝進手提箱的變壓器

變壓器，是人們較為熟悉、能經常接觸到的電網設備。目前，傳統變壓器靠機械的分級開關調壓，不能連續快速調節電壓，無法滿足智能變電站的要求。由于結構和尺寸限制，傳統變壓器也無法安裝在封閉電器之內。

鄭健超向大家展示了近年來的研究熱點——固態變壓器，又稱智能萬用變壓器。它傳輸的功率密度比傳統變壓器大2個數量級，重量和尺寸卻相應降低了2個數量級。鄭院士對此作了一個形象的比喻，即可以實現“把笨重的傳統配電變壓器變成小巧的固態變壓器裝進手提箱”的目標。這為建設高度緊湊化、全封閉、電磁環境影響小的智能變電站創造了條件。

除變壓功能外，固態變壓器還具有連續快速調壓、變頻、動態無功補償、電能質量控制等功能，把原來多種設備的功能融合為一體。“這是未來智能電網最基礎的設備。現在，大家對用交流還是直流有爭議，如果以后采用了這樣的設備，則由控制系統說了算，既可同步又可異步，這個問題就迎刃而解了。”鄭院士指出，固態變壓器將首先在配電網應用，包括高層樓宇供電、電力機車供電、電動車快速充電、風電光伏發電等間歇式電源直接接入最終用戶等。這種設備以后還有可能進入輸電網使用，將對同步/異步聯網、系統穩定控制、大型風電站接入、動態無功控制產生重要影響。

未來輸電線路導體新選擇

從地球到月球架設一條“天梯”?這是鄭健超在演講中舉的一個例子。未來輸配電線路的研究目標之一，是采用超導材料或其他高電導率材料，降低輸配電線路的能源損耗。碳納米管導線就是其中一種材料。

碳納米管導線的抗拉強度比超高強度的鋼材還高2個數量級，由碳納米管組成的碳纖維理論強度為鋼的100倍。直徑1毫米的碳纖維足以承受20多噸的總重量。鄭健超說，如果想從地球到月球架設一條“天梯”，即使用強度最高的鋼材，其自重也會把導線拉斷，而碳納米管導線則可以勝任。此外，碳納米管電導率可以做得比銅的電導率更高，而重量只是電阻相同的銅導線的1/6。因此，碳納米管導線是未來輸電線路導體的一種極好選擇。在先進電池、儲能設備的電極材料和各種電力、電子器件的接觸材料等方面會有重大應用前景。

電網建設推動科研創新與國產化進程

鄭健超表示，傳統的電網設備，在工程應用上已有百年歷史。而新材料、新技術、新器件的出現，為研發新一代電網設備創造了條件。電網建設的大規模發展，也為科研創新提供了更優良的土壤，加速了新一代電網設備的面世。

比如，非超導故障電流限制器，鄭健超介紹說，這種限制器在電網黑啟動時如遇短路故障仍有限流功能，故障發生后1.0毫秒即進入限流狀態，動作迅速可靠。通過特高壓電網的建設實踐，他們現在已設計出一種適用于超高壓、特高壓電網的自啟動無源高速限流器，動作時間可壓縮至60微秒，可靠性和響應時間均優于現有的超導限流器。

“從220千伏到500千伏，再到現在的特高壓，有很多技術創新問題在電壓等級的跨越中得以解決。更重要的是加速了國產化的進程。”鄭健超回憶起我國第一條500千伏葛洲壩—上海直流輸電線路，設備、技術全部從國外引進。“如今，我們的交流特高壓工程核心設備都是中國制造了。去年錦屏—蘇南特高壓直流工程投運，我們自主知識產權的換流閥研制成功而且應用性能非常好。”鄭院士表示，國家電網公司花了很大的力氣促進設備國產化，在建的幾項特高壓工程國產化程度更高，這對電網發展和科技創新來說都是大好事。