2020年8月26—28日，由中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)和西安交通大學(xué)聯(lián)合主辦的“2020第九屆電工技術(shù)前沿問題學(xué)術(shù)論壇暨第十三屆中國(guó)電工裝備創(chuàng)新與發(fā)展論壇”（FAFEE 2020）在西安盛大舉行，其主題為“智能融合電氣 創(chuàng)新引領(lǐng)發(fā)展”。

為與讀者分享FAFEE 2020的成果，本文特采擷了主題大會(huì)4位院士及12位專家報(bào)告的主要觀點(diǎn)，希望讀者能從中有所裨益。

1.儲(chǔ)熱型聚光集熱電站的發(fā)展及作用

何雅玲

何雅玲，中國(guó)科學(xué)院院士、西安交通大學(xué)教授

儲(chǔ)能型聚光集熱發(fā)電技術(shù)是一種有序、可調(diào)度的類常規(guī)可再生能源技術(shù)。目前，儲(chǔ)能型聚光集熱研究重點(diǎn)：聚光、集熱過程中如何構(gòu)建更加高效率、低成本的新型塔式太陽能光熱系統(tǒng)，如何準(zhǔn)確表征系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)光學(xué)特性并揭示吸熱器非均勻能流時(shí)空特性；儲(chǔ)熱過程中納米復(fù)合儲(chǔ)熱材料性能的強(qiáng)化研究，多孔介質(zhì)在相變除熱器中填充結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，單罐填充床儲(chǔ)熱器的開發(fā)及設(shè)計(jì)。

當(dāng)前儲(chǔ)熱系統(tǒng)面臨的“瓶頸”問題：太陽能熱發(fā)電過程中，儲(chǔ)熱系統(tǒng)是解決太陽能間歇性和波動(dòng)性、調(diào)節(jié)供需不匹配問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。儲(chǔ)熱系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)⑻剿鬟m用于高溫熔鹽雙罐儲(chǔ)熱技術(shù)、開發(fā)潛熱儲(chǔ)熱新技術(shù)、使用粒子儲(chǔ)熱技術(shù)等新技術(shù)。未來新型儲(chǔ)熱技術(shù)將重點(diǎn)探索分子式太陽能儲(chǔ)熱系統(tǒng)、光控相變儲(chǔ)熱材料、超高溫儲(chǔ)熱。

為進(jìn)一步提高效率、降低成本，下一代光熱技術(shù)將朝著更高溫度發(fā)展；采用超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)替代現(xiàn)有水蒸氣朗肯循環(huán)。高溫給下一代聚光太陽能熱發(fā)電技術(shù)（CSP）帶來了新的挑戰(zhàn)，吸熱和儲(chǔ)熱子系統(tǒng)在高溫下會(huì)出現(xiàn)性能急劇降低和材料快速退化的問題，現(xiàn)有超臨界二氧化碳循環(huán)形式不能完全滿足CSP需求，且與之相關(guān)的關(guān)鍵設(shè)備還遠(yuǎn)不成熟。

2.透明電網(wǎng)的技術(shù)與科學(xué)

李立浧

李立浧，中國(guó)工程院院士、南方電網(wǎng)公司專家委員會(huì)主任委員

當(dāng)前，電力系統(tǒng)向透明電網(wǎng)演進(jìn)的過程中，已發(fā)展成為結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備繁多、技術(shù)龐雜的巨維系統(tǒng)。傳統(tǒng)的單純依靠物理建模分析的方法已經(jīng)難以應(yīng)對(duì)多物理場(chǎng)耦合系統(tǒng)的運(yùn)行分析要求。因此，建立基于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的電力系統(tǒng)的科學(xué)技術(shù)方法，人工智能對(duì)具體數(shù)學(xué)模型依賴程度低，并善于從數(shù)據(jù)中自學(xué)習(xí)和對(duì)源域的遷移學(xué)習(xí)，為突破上述技術(shù)“瓶頸”提供了有效解決途徑。

智能電網(wǎng)發(fā)展邁向高級(jí)階段，成為電氣強(qiáng)聯(lián)系與信息強(qiáng)聯(lián)系并舉的新一代透明電網(wǎng)。透明電網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)自由數(shù)據(jù)采集、自由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、自由數(shù)據(jù)獲取、自由智能分析，在規(guī)則的允許下，人人可以獲取數(shù)據(jù)、使用數(shù)據(jù)。

首先，以小微智能傳感器替代傳統(tǒng)的互感器，逐步完善設(shè)備的智能化；其次，軟件系統(tǒng)逐漸構(gòu)建數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的關(guān)系；最后，逐漸形成透明電網(wǎng)。因此，未來還需要開展許多相關(guān)工作，如安裝足夠的傳感器，具備安裝傳感器的條件，保證傳感器數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確；如透明電網(wǎng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)依靠小微智能傳感器以滿足上述條件；如智能設(shè)備和設(shè)備智能化也可以提供數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；如數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之間的關(guān)系需要強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)。

3.電磁聲變換技術(shù)與應(yīng)用

羅安

羅安，中國(guó)工程院院士、湖南大學(xué)教授

電磁聲變換技術(shù)在海洋水下通訊與探測(cè)應(yīng)用的難題：大功率聲波的頻率降低，其磁輻射位移面積增加100倍，才能達(dá)到現(xiàn)在的分貝級(jí)；對(duì)裝備來說，從1000Hz到100Hz的聲波，其裝備體積需增加1000倍，體積、位移難以突破；水下實(shí)現(xiàn)200dB~220dB，甚至230dB將極具挑戰(zhàn)性等。

為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效的電磁聲轉(zhuǎn)換技術(shù)，需要對(duì)大功率放大器、電磁聲換能器、水質(zhì)信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行全方位的研究（從產(chǎn)生、基本原理、監(jiān)測(cè)到試驗(yàn)等），如電壓與頻率可調(diào)的放大器拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)、高頻率功率以及變頻調(diào)制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)放大器的大功率寬頻的高可靠輸出；建立大功率放大器器件損耗模型，研究高頻率器件和開關(guān)技術(shù)以降低損耗；大功率放大器寬頻帶與換能器的可靠匹配等。

電磁變換技術(shù)與裝備在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)及制造業(yè)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，也是國(guó)防核心領(lǐng)域的技術(shù)與裝備；電磁聲變換技術(shù)與裝備屬于海洋開發(fā)技術(shù)的制高點(diǎn)，也是國(guó)際研究的前沿技術(shù)；電磁變化技術(shù)與裝備將迎來新的發(fā)展機(jī)遇，期待其為新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及海洋開發(fā)貢獻(xiàn)有力力量。

4.超高場(chǎng)核磁共振磁體系統(tǒng)的研究

王秋良

王秋良，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)理事、中國(guó)科學(xué)院電工研究所研究員

氦資源是核磁共振的“血液”，其中磁共振成像在氦使用量上占比最多（達(dá)到22%），1.5~3T磁共振系統(tǒng)市場(chǎng)占比最大，1.5T超導(dǎo)磁共振需要大約1500~2000L液氦，價(jià)格大概是40萬（人民幣）。

目前，全球80%以上的液氦來自美國(guó)，而2007年美國(guó)已將氦核定為戰(zhàn)略資源而限制氦產(chǎn)量，全球液氦價(jià)格迅速上漲，醫(yī)療成本急劇增加，各國(guó)都在積極研究開發(fā)無液氦磁共振成像(MRI)技術(shù)。

磁共振的核心部件是超導(dǎo)磁體，那么如何發(fā)展超導(dǎo)磁體以滿足核磁共振的需要，是我國(guó)工業(yè)部門面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。超導(dǎo)磁體技術(shù)20世紀(jì)60年代第II類超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，到70年代超導(dǎo)線材成熟。

目前，低溫超導(dǎo)磁體已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，滿足了科學(xué)研究、工業(yè)加工、醫(yī)學(xué)成像和大科學(xué)工程的需要，其發(fā)展還在繼續(xù)。未來，隨著液氦資源的缺乏，無液氦超導(dǎo)磁體技術(shù)將成為未來世界的主流技術(shù)。目前，規(guī)?；瘧?yīng)用的產(chǎn)業(yè)主要有醫(yī)療、科學(xué)、大科學(xué)工程。超導(dǎo)磁體技術(shù)是磁共振技術(shù)實(shí)現(xiàn)的惟一選擇，而超高磁場(chǎng)強(qiáng)度則是永無止境的追求。

在超導(dǎo)MRI領(lǐng)域，我國(guó)已經(jīng)從低端向中高端發(fā)展并進(jìn)步迅速，國(guó)產(chǎn)1.5T及3T系統(tǒng)開始進(jìn)入市場(chǎng)；在永磁共振方面，MRI公司自產(chǎn)設(shè)備占國(guó)內(nèi)25%~35%（自銷10%）；在低端永磁共振發(fā)展領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)豐富的資源推動(dòng)了永磁型MRI發(fā)展。

5. 現(xiàn)代電工裝備電磁與可靠性統(tǒng)一設(shè)計(jì)方法與實(shí)現(xiàn)

楊慶新

楊慶新，中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、天津理工大學(xué)校長(zhǎng)

相較于世界能源科技強(qiáng)國(guó)和現(xiàn)代電工裝備智能化發(fā)展目標(biāo)，我國(guó)在自主工業(yè)設(shè)計(jì)軟件領(lǐng)域還存在諸多挑戰(zhàn)。例如，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)原理亟待突破，符合服役條件的材料特性測(cè)量方法和材料性能數(shù)據(jù)庫亟待建立，多物理場(chǎng)多時(shí)空尺度的全真建模方法與裝備可靠性統(tǒng)一設(shè)計(jì)理論亟待構(gòu)建，我國(guó)基于云計(jì)算和人工智能方法的自主創(chuàng)新軟件理論和設(shè)計(jì)方法還亟待挖掘。

為解決我國(guó)高端工業(yè)設(shè)計(jì)軟件的“瓶頸”問題，并實(shí)現(xiàn)彎道超車，推動(dòng)我國(guó)現(xiàn)代電工裝備智能制造水平的跨越式發(fā)展?，F(xiàn)代電工裝備制造業(yè)應(yīng)全面考慮材料服役條件，基于電工材料特性先進(jìn)測(cè)量方法，建立材料特性數(shù)據(jù)庫；結(jié)合材料特性數(shù)據(jù)庫，充分考慮電工裝備真實(shí)工況，建立裝備系統(tǒng)的全真耦合模型；綜合考慮可靠性影響因素、裝備預(yù)測(cè)壽命，利用優(yōu)化模型函數(shù)關(guān)聯(lián)全真耦合模型與可靠性模型，形成電工裝備電磁綜合性能與可靠性統(tǒng)一設(shè)計(jì)理論；基于人工智能、云計(jì)算等先進(jìn)方法實(shí)現(xiàn)電工裝備電磁綜合性能與可靠性統(tǒng)一設(shè)計(jì)理論，為現(xiàn)代電工裝備數(shù)字孿生技術(shù)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

6.自適應(yīng)調(diào)控電場(chǎng)復(fù)合材料及其應(yīng)用

何金良

何金良，清華大學(xué)電機(jī)系教授

絕緣問題是高壓設(shè)備核心問題之一，電壓等級(jí)越高越顯著。當(dāng)前，設(shè)備絕緣電場(chǎng)分布極不均勻，局部場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到平均值數(shù)倍，這帶來了一系列設(shè)計(jì)、制造難題，甚至已發(fā)展成為技術(shù)“瓶頸”。

在高壓交直流電纜領(lǐng)域，面臨著電纜終端電場(chǎng)分布極不均勻、難于控制的問題，存在復(fù)雜的電場(chǎng)、溫度場(chǎng)、空間電荷的耦合問題，電纜附件故障導(dǎo)致高壓電纜事故頻發(fā)的問題。而特高壓直流套管面臨著電容均壓結(jié)構(gòu)所帶來的電場(chǎng)分布極度不均，難于控制的問題，還有內(nèi)部散熱的問題，即內(nèi)外溫差加劇了電場(chǎng)不均勻性等挑戰(zhàn)。

電場(chǎng)自適應(yīng)調(diào)控的復(fù)合材料電學(xué)參數(shù)與電場(chǎng)強(qiáng)度可形成調(diào)控閉環(huán)，均勻電場(chǎng)效果好使得其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，而絕緣尺寸的縮小進(jìn)一步解決了其散熱問題。

其制備過程如下：配料-球磨-烘干造粒（控制填料形狀）-燒結(jié)（溫度控制填料晶界尺寸）-過篩（控制填料粒徑）-與復(fù)合物混合（控制填料體積分?jǐn)?shù)與基體種類）-硫化-獲得ZnO復(fù)合物樣品。由于ZnO復(fù)合物介電非線性的測(cè)量范圍受其電導(dǎo)非線性的制約，這里通過ZnO復(fù)合物電導(dǎo)非線性來說明滲流特性對(duì)ZnO復(fù)合物非線性特性的影響。

7.新能源電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷全景同步測(cè)量技術(shù)及應(yīng)用

畢天姝

畢天姝，華北電力大學(xué)副校長(zhǎng)

新能源匯集地區(qū)頻帶復(fù)雜，對(duì)基頻相量影響大，為防止頻率混疊，需用較高階數(shù)的數(shù)字濾波器提取測(cè)量頻帶，但這會(huì)導(dǎo)致時(shí)間的延長(zhǎng)。因此，團(tuán)隊(duì)提出了基于分級(jí)數(shù)字濾波器的測(cè)量頻帶提取方法，可在較短時(shí)延條件下，消除會(huì)引起頻譜泄漏與頻率混疊的間諧波等干擾分量。其存在的難點(diǎn)是靜態(tài)相量模型難以表征多擾動(dòng)類型信號(hào)，多場(chǎng)景差異比較大。

其創(chuàng)新思路是建立動(dòng)態(tài)相量模型，自適應(yīng)構(gòu)建多種場(chǎng)景下的時(shí)間窗長(zhǎng)，同時(shí)兼顧測(cè)量精度與響應(yīng)速度的算法?；诖耍瑘F(tuán)隊(duì)研制了新能源側(cè)同步測(cè)量裝置（SMR）、負(fù)荷側(cè)同步測(cè)量裝置（SML）、控制類同步測(cè)量裝置（SMC）、測(cè)試校準(zhǔn)系統(tǒng)（SMD-CAL），在重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)了數(shù)據(jù)中心；隨著越來越多同步測(cè)量裝置的安裝與運(yùn)行，源網(wǎng)荷全景同步測(cè)量系統(tǒng)將成為新能源電力系統(tǒng)特性研究與分析的一個(gè)開放性平臺(tái)。

8.先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)展

李泓

李泓，中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員、天目湖儲(chǔ)能研究院院長(zhǎng)

當(dāng)前，規(guī)模儲(chǔ)能的實(shí)現(xiàn)還需要解決諸多問題，如安全（本質(zhì)安全，在突發(fā)系統(tǒng)事故和運(yùn)輸、安裝、濫用時(shí)不存在起火爆炸問題），長(zhǎng)壽命（使用年限大于20年，循環(huán)次數(shù)過萬次），高效率（能量轉(zhuǎn)換效率高于90%），低成本大規(guī)模（實(shí)現(xiàn)GW·h級(jí)儲(chǔ)能電站，度電成本低于0.2元，滿足主要應(yīng)用市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)需求），長(zhǎng)時(shí)間尺度（單次能量存儲(chǔ)和釋放可以大于6h），可持續(xù)發(fā)展（不存在資源壓力，可梯次利用、可回收，形成綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)）。

未來，大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)總體發(fā)展目標(biāo)如下：重點(diǎn)發(fā)展長(zhǎng)時(shí)、中短時(shí)、高功率三類規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)；降低度電使用成本至0.2元/kW·h以下；延長(zhǎng)儲(chǔ)能器件壽命至15~30年；發(fā)展模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化關(guān)鍵技術(shù)；發(fā)展梯級(jí)利用，全壽命周期、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)；發(fā)展高度安全、高度可靠、高水平規(guī)?；圃斓年P(guān)鍵技術(shù)。