第一篇
　　總　論　篇
　　項目負(fù)責(zé)人 ：周孝信　程時杰
　　項目參加人（按姓氏拼音排序）：
　　專家組 ：程時杰　韓英鐸　韓禎祥　雷清泉　盧　強　王錫凡　嚴(yán)陸光　余貽鑫
　　　　　　 鄭健超　周孝信
　　工作組 ：白曉民　何金良　胡學(xué)浩　黃少峰　賈宏杰　江道灼　來小康　雷清泉
　　　　　　 李柏青　李亞樓　梁　軍　梁曦東　林集明　劉建明　劉應(yīng)梅　盧　強
　　　　　　 魯宗相　梅生偉　榮命哲　孫宏斌　孫華東　孫元章　湯　涌　田　芳
　　　　　　 王成山　王偉勝　王錫凡　王秀麗　文勁宇　肖立業(yè)　葉　駿　于坤山
　　　　　　 鄭健超　周勤勇　周孝信
　　**章　新能源革命和電網(wǎng)的使命
　　能源是人類賴以生存和發(fā)展的*基本的物質(zhì)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代社會運行的動力之源，是經(jīng)濟發(fā)展的基本保障。能源的開發(fā)利用極大地推動了世界經(jīng)濟的發(fā)展和人類社會的進步，是人類文明進化的重要標(biāo)志。能源、材料、信息被認(rèn)為是現(xiàn)代社會的三大支柱，其中能源是一切活動的基礎(chǔ)。能源之于社會，就如糧食之于人類。在新的技術(shù)革命的熱潮中，雖然信息產(chǎn)業(yè)正以驚人的速度迅猛發(fā)展，但能源對世界經(jīng)濟的影響仍穩(wěn)居首位。
　　**節(jié)　能源發(fā)展的歷史
　　縱觀人類社會發(fā)展的歷史，人類文明的每一次重大進步都伴隨著能源的改進利用和更替（國務(wù)院新聞辦公室，2007）。能源革命主要是指在能源開發(fā)利用和加工轉(zhuǎn)換的過程中取得的重大突破。能源發(fā)展歷史上一共發(fā)生了四次能源革命，推動著人類能源利用水平的不斷提高，人類所能利用的能源種類也越來越多。能源革命使人類的能源消費結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化，尤其在工業(yè)革命以來近150年的時間里，先后出現(xiàn)了煤炭高峰、石油高峰、核電興起等歷史過程（Zable，2002），如圖1-1所示。以主力能源更替來劃分，人類已經(jīng)經(jīng)歷了三個能源時期，即薪柴時期、煤炭時期和石油時期。進入21世紀(jì)，能源系統(tǒng)呈現(xiàn)出一種多元化的局面。
　　一、**次能源革命——火
　　發(fā)現(xiàn)和學(xué)會使用火是人類發(fā)展史上的重大事件，是人類文明的標(biāo)志之一。鉆木取火是人類在能量轉(zhuǎn)化方面*早的一次技術(shù)革命。從利用自然火到利用人工火的轉(zhuǎn)變，這是人類的**次能源革命。人類社會從此進入了以薪柴作為主要能源的時代。人類利用薪柴、樹木燃燒獲得熱能，在機械能方面則依賴于風(fēng)力、水力和畜力等自然動力的簡單利用。在漫長的“薪柴時代”中，木材一直在世界一次能源消費結(jié)構(gòu)中占據(jù)首位。
　　在后來發(fā)生的幾次能源革命之后，以薪柴為代表的生物質(zhì)能仍然是世界能源體系的重要組成部分，為發(fā)展中國家和農(nóng)村等現(xiàn)代商品能源尚未或不易發(fā)展的地區(qū)中的人們提供能源支持。
　　二、第二次能源革命——化石能源
　　第二次能源革命是以化石能源取代薪柴成為主體能源的過程。第二次能源革命的**次高潮緣起于18世紀(jì)60年代英國的產(chǎn)業(yè)革命，其結(jié)果是使世界能源結(jié)構(gòu)發(fā)生了**次大轉(zhuǎn)變，從薪柴轉(zhuǎn)向煤炭。實際上，煤炭很早就被人類發(fā)現(xiàn)并開采利用，但主要用途與薪柴是一致的。而且因為生產(chǎn)力低下，人類對能源的需求不大，薪柴已經(jīng)足夠使用，煤炭在能源消費中的比例很小。在產(chǎn)業(yè)革命對動力設(shè)備的需求促進下，1769年詹姆斯?瓦特發(fā)明了蒸汽機，實現(xiàn)了熱能向機械能的轉(zhuǎn)變。蒸汽機的發(fā)明是人類利用能量的新里程碑，也被認(rèn)為是人類歷史上的**次技術(shù)革命。蒸汽機需要大量燃燒，煤炭開始被廣泛利用，這兩方面相互作用推動了蒸汽機的大量推廣使用。煤炭開發(fā)利用的另一個重大進步是煉鋼工業(yè)的發(fā)展和成熟。1709年開始利用焦炭煉鋼，1770年用焦炭冶煉出**批有價值的鋼鐵，冶金工業(yè)的發(fā)展帶來了材料的革命。這為蒸汽機的發(fā)明乃至生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。蒸汽機的大量使用與采礦、冶金工業(yè)的蓬勃興起，鐵路和航運的發(fā)展乃至發(fā)達(dá)等因素相互促進，形成了紡織、機械、化學(xué)、冶煉鋼鐵、煤炭采礦等近代大工業(yè)體系，社會勞動生產(chǎn)率極大提高。自此人類進入以蒸汽機為代表的機械化時代，逐步以機械動力大規(guī)模代替人力和畜力。在這個過程中，近代煤炭工業(yè)得到迅速發(fā)展，煤炭作為主要的動力能源，成為工業(yè)化的動力基礎(chǔ)。同時煤氣燈的發(fā)明結(jié)束了黑暗長夜，使人類的照明方法向前邁進了一大步。從1860年到1920年，世界煤產(chǎn)量從1.36億t增至12.5億t，增長了8.2倍，占世界一次能源消費的比例從24%上升到62%。從此煤炭成為第二代主體能源，人類進入“煤炭時代”。
　　1859年，美國人德雷克在賓夕法尼亞州打出世界上**口油井，揭開了石油工業(yè)大規(guī)模商業(yè)開發(fā)的序幕。隨后俄國也開始開采石油，并在1897～1906年鋪設(shè)了**條輸油管道。石油的大規(guī)模開發(fā)為內(nèi)燃機的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。1876年德國人奧拓發(fā)明了火花點火四沖程內(nèi)燃機。1886年德國人本茨和戴姆勒研制出以液體石油為燃料、以內(nèi)燃機驅(qū)動的**輛汽車。石油開采和內(nèi)燃機發(fā)展互為需求，形成世界能源革命的第二個高潮。內(nèi)燃機為整個工業(yè)社會提供了前所未有的動力，為汽車、輪船、內(nèi)燃機車、飛機、坦克等發(fā)明創(chuàng)造了條件。人類進入大規(guī)模利用石油的摩托化時代，以內(nèi)燃機為動力的移動式機械得到廣泛應(yīng)用。從此世界越來越“小”，交通便利，貿(mào)易不斷擴展，現(xiàn)代工業(yè)和經(jīng)濟得到快速發(fā)展。石油以不可思議的力量徹底改變了人類的生活，整個20世紀(jì)可以說是石油的世紀(jì)。天然氣隨著石油的開采利用被人們所發(fā)現(xiàn)，也逐漸成為重要的能源之一。20世紀(jì)20年代發(fā)明了管線焊接技術(shù)，制成了大直徑有縫鋼管，為石油特別是天然氣的遠(yuǎn)距離輸送提供了條件。50年代初，首先在美國，而后在中東、北非等地相繼發(fā)現(xiàn)巨大的油田和氣田。發(fā)達(dá)國家的能源消費逐漸從煤炭向石油和天然氣過渡。
　　1965年，在世界能源消費結(jié)構(gòu)中，石油首次取代煤炭占據(jù)首位，成為第三代主體能源，世界進入“石油時代”。1979年，世界能源消費結(jié)構(gòu)中石油占54%，天然氣和煤炭各占18%，石油成為**的主力能源，標(biāo)志著能源結(jié)構(gòu)的第二次轉(zhuǎn)變完成了。
　　2000年世界一次能源供應(yīng)總量構(gòu)成中，石油占34.8%，煤炭占23.5%，天然氣占21.1%，三者之和將近80%（王革華，2005）。而在全世界終端能源消費中，2008年化石能源共占2/3，其中石油、天然氣、煤炭分別占41.6%、15.6%和9.8%（IEA，2010a）。化石能源成為世界能源的**主體，石油、天然氣和煤炭成為當(dāng)今世界能源體系的三大支柱。
　　今天，石油已經(jīng)成為一個國家綜合國力和經(jīng)濟發(fā)展程度的重要標(biāo)志，成為國家安全、繁榮的關(guān)鍵和文明的基礎(chǔ)。石油是所有工業(yè)化國家的經(jīng)濟生命線，是現(xiàn)代工業(yè)的“血液”，是關(guān)系國家經(jīng)濟安全的戰(zhàn)略資源。與煤炭在世界各地基本都有一定分布所不同的是，石油在全世界的分布極為不均衡。這導(dǎo)致石油成為一種全球戰(zhàn)略資源。石油貿(mào)易在世界貿(mào)易中占有極為重要的地位，對國際進出口貿(mào)易平衡、國際收支平衡和世界金融市場穩(wěn)定發(fā)揮著重要的作用。石油價格成為重要的國際經(jīng)濟指標(biāo)，影響世界經(jīng)濟的方方面面。石油的戰(zhàn)略性使它成為人們互相爭奪和追逐的對象。20世紀(jì)以來，從**次世界大戰(zhàn)到1991年海灣戰(zhàn)爭，一直貫穿著“石油權(quán)利”的較量。石油成為戰(zhàn)爭的導(dǎo)火索，既是戰(zhàn)爭爭奪的對象，也成為影響戰(zhàn)爭進程的重要因素。作為全球石油**產(chǎn)地的中東地區(qū)，長期以來一直處于矛盾沖突的不安全形勢中，并引發(fā)了1973年、1979年、1990年三次石油危機，對世界經(jīng)濟造成了極大的沖擊。
　　三、電力革命
　　在第二次能源革命后半段的相同時期中，另一件意義重大的事件就是電力的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)利用，即電力革命，這是繼工業(yè)革命后的第二次技術(shù)革命。電力革命一般不納入能源革命。19世紀(jì)初奧斯特發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象之后，在法拉第、麥克斯韋、赫茲等科學(xué)家的努力下，電磁理論得到不斷完善。1834年俄國人雅可比制成了**臺具有使用價值的電動機，標(biāo)志著電能應(yīng)用的正式開始。1879年愛迪生發(fā)明碳絲燈泡，為人類帶來無限的光明，1882年在紐約建成世界上**座正規(guī)的直流發(fā)電站。1888年美國人特斯拉發(fā)明三相感應(yīng)電動機和交流電傳輸系統(tǒng)。從此，電力作為新形式的能源得到廣泛利用，電力取代蒸汽機，電器工業(yè)迅速發(fā)展。人類永遠(yuǎn)脫離黑暗，進入電氣化時代。電氣化程度已成為衡量社會文明發(fā)展水平的重要標(biāo)志。
　　進入20世紀(jì)后，隨著設(shè)計、材料和制造工藝的進步，電力的生產(chǎn)和應(yīng)用更加飛速發(fā)展。大型發(fā)電機組和大規(guī)模交流電網(wǎng)a逐漸出現(xiàn)，形成了現(xiàn)代大電力系統(tǒng)的雛形，這是人類工程科學(xué)***重要的成就之一。全世界發(fā)電量從1951年的956.8億kW?h增加到2000年的15.38萬億kW?h。到20世紀(jì)末，世界上已經(jīng)建成若干個總裝機容量超過億千瓦、覆蓋面積達(dá)到千萬平方千米的大型現(xiàn)代電力系統(tǒng)。其年傳輸、分配的電力超過萬億千瓦時，為整個國家或地區(qū)數(shù)億人民的生產(chǎn)、生活提供優(yōu)質(zhì)的電力。這種縱橫千萬里、傳輸龐大功率、有千百個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點交織密布的巨系統(tǒng)，要求高度的自動控制技術(shù)及設(shè)備進行狀態(tài)檢測、運行調(diào)度、自動保護、事故處理及系統(tǒng)管理，推動了系統(tǒng)控制理論、自動化技術(shù)的發(fā)展。
　　電能是人類社會中應(yīng)用*廣泛、使用*方便、*清潔的一種優(yōu)質(zhì)的二次能源，是迄今為止*理想的能源。電能以電磁場為載體，在傳輸上具有獨特優(yōu)勢，可以高速遠(yuǎn)距離輸送，傳輸損耗比機械能、熱能的輸送都小得多。同時，電能在生產(chǎn)、傳輸和使用中更易于調(diào)控。
　　電力來源廣泛，可以通過已有的各種能源方便地轉(zhuǎn)換得到（主要是通過機械能的中轉(zhuǎn)），并因為可以集中大規(guī)模開發(fā)，所以能源轉(zhuǎn)換效率比較高。電能的能源利用效率很高，在使用上具有其他能源無可比擬的優(yōu)越性，可以方便地轉(zhuǎn)化為光能、熱能、機械能等各種能量形式實現(xiàn)終端利用，滿足社會生產(chǎn)生活的種種需求。發(fā)電能源占一次能源消費的比例和電能占終端能源消費的比例，是電氣化水平的兩個重要指標(biāo)。我國改革開放以來這兩個指標(biāo)快速上升，分別由1980年的a電網(wǎng)：狹義上是指電力系統(tǒng)中聯(lián)系發(fā)電和用電的設(shè)施和設(shè)備，是輸送和分配電能的中間環(huán)節(jié)的統(tǒng)稱，主要由聯(lián)結(jié)成網(wǎng)的輸電、變電、配電設(shè)備及相應(yīng)的輔助系統(tǒng)組成。廣義上則泛指整個電力系統(tǒng)。本書中出現(xiàn)的“電網(wǎng)”，一般多指狹義電網(wǎng)，后面提到的“三代電網(wǎng)”則是廣義電網(wǎng)。

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