■多元化的電源結構，增強了我國電力供應保障能力，為我國幾十年沒有發生大面積停電事故奠定了堅實的基礎，更為我國經濟增長、社會進步和民生福祉改善提供了強有力的能源保障。
■我國電網建設由獨立分散、多頭弱小，發展為全國互聯、互通、互供，建成了全球規模最大的交直流互聯電網，形成了“西電東送、北電南供”的電網互聯格局。
■我國實施電網調度一體化運行機制，實現統一高效的調度管理和電力系統協調運行，有效降低了重大電網事故風險，為確保電網的安全和可靠供電發揮了重要作用。
■2019年，國家電網堅決貫徹黨中央國務院脫貧攻堅總體部署，打響了“三區兩州”電網攻堅大會戰，全力推進深度貧困地區的電網建設。將進一步擴大電網覆蓋面，提升供電質量，幫助貧困地區從“用上電”轉到“用好電”。
? ? ? ? 電力是國家基礎工業，事關國計民生、經濟發展。突發的大面積停電事故，將給人民生活和工業生產帶來災難性影響，也會造成供水、交通、通信、金融、商業服務等相關行業和領域的運行癱瘓，給國家安全和社會穩定帶來嚴重威脅。
? ? ? ??近些年來，世界上很多國家都發生過大面積停電事故。但在中國，近幾十年不但沒有發生過大面積停電事故，而且經過堅持不斷的發展更新，目前電網安全運行水平、供電可靠性均位居世界前列。
? ? ? ??這背后，是中國電力供應保障能力的顯著增強，是中國電網實現了互聯互通互供，是一大批保障電網安全運行技術的成功應用，更是中國特色社會主義制度的體現……它們共同構成了中國沒有發生大面積停電事故的關鍵密碼。
電源結構日趨多元化 電力供應保障能力顯著增強
? ? ? ??新中國成立之初，電廠凋零、設備殘缺、電網癱瘓、運行維艱，電源結構單一，電力供給遠遠不能滿足國民經濟發展和人民生活需要。
? ? ? ??1949年，全國發電總裝機為185萬千瓦，全年發電量43億千瓦時，僅相當于現在一個中等城市一年的用電量；人均用電量8千瓦時，僅相當于現代家庭柜式空調幾個小時的用電量，全國無電人口達80%以上。
? ? ? ??“我老家在安徽六安農村，小時候家里用煤油燈照明。上世紀70年代，村里用小水庫發電，但發的電不夠用，家里的電燈經常亮不了，停電更是家常便飯，蠟燭、手電筒是家中常備之物，直到1987年村里才通了高壓電，基本上不停電了?！闭f起自己親身經歷的用電變化，家居北京60歲的劉女士回憶道。
? ? ? ??為盡快增加電力供應，根據“富煤、少油、貧氣”以及西南地區水資源豐富的特點，我國優先發展火電，大力發展水電。同時，持續優化能源消費結構，非化石能源不斷發展壯大。
? ? ? ??“2018年，全國發電裝機容量約19億千瓦，是1949年的1027倍。其中，煤電、水電、風電、太陽能發電裝機容量穩居世界第一，核電裝機容量世界第三、在建規模世界第一，清潔能源發電裝機占比提高到40%左右?！眹夷茉淳志珠L章建華自豪地說。
位于青海海南藏族自治州共和縣塔拉灘的千萬千瓦級光伏電站。人民網記者 杜燕飛攝
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? ? ? ??如今，走進青海省海南藏族自治州共和縣塔拉灘，湛藍色的天空下，一排排光伏組件整齊排列著，一望無際，與天同色，熠熠生輝，源源不斷地釋放著電能。它們與40公里外的龍羊峽水電站，組成了世界最大規模的水光互補工程——龍羊峽水光互補電站。自2014年投產以來，電站累計發電突破70億千瓦時，相當于節約標準煤223萬噸，減少二氧化碳排放量約600萬噸。
? ? ? ??在世界規模最大的在役火電廠——內蒙古大唐托克托發電公司（簡稱“托電”）廠區，一期至五期廠房自西向東有序排列，五根煙囪整齊地矗立在一條直線上，見證了70年來我國火電技術的演進升級，展示著我國電力工業發展的一路輝煌?！吧倭怂?，北京的夜晚就少了四分之一的燈火?！边@已成為托電人引以為傲的談資。
? ? ? ??在湖北宜昌，世界規模最大的水電站——三峽水電站2018年全年發電量首次突破1000億千瓦時，累計發電已超過1萬億千瓦時，相當于節約標準煤3.19億噸，減排二氧化碳8.58億噸，惠及上海、湖北、河南、江蘇、廣東、重慶等省市，受益人口超過全國人口的一半。
? ? ? ??“如果按照每千瓦時電量產生12元GDP計算，1000億千瓦時電量可以支撐我國1.2萬億元GDP?！敝袊L江三峽集團有限公司總經理王琳表示。
? ? ? ??多元化的電源結構，增強了我國電力供應保障能力，為我國幾十年沒有發生大面積停電事故奠定了堅實的基礎，更為我國經濟增長、社會進步和民生福祉改善提供了強有力的能源保障。
? ? ? ??“今后，要清潔高效發展煤電，增強核電戰略保障作用，高質量發展可再生能源，穩妥開發水電，有序建設抽蓄電站，協調發展風電和太陽能發電，加快發展生物質能、地熱能、海洋能，著力完善多輪驅動的能源供給體系，保障電力供應安全?！眹夷茉淳志C合司相關負責人表示。
輸送通道建設穩步推進 電網實現互聯互通互供
? ? ? ??2019年9月17日，阿里與藏中電網聯網工程開工建設，徹底結束全國最后一個地級行政區——阿里電網長期孤網運行的歷史，使西藏主電網覆蓋全區74個縣。這是新中國成立70年來我國電網聯網建設的一個里程碑事件。
阿里與藏中電網聯網工程施工現場。來源：國家電網
? ? ? ??我國電網包括輸電網和配電網兩部分。1949年，我國成型的電網僅有東北地區和京津唐地區兩個，東北地區是當時全國最大電網，最高電壓等級也只有220千伏?！?999年前，我國各區域電網互不相連，各管各的。在地廣人稀的新疆維吾爾自治區和西藏自治區，又分為若干個小的地方電網?！眹夷茉淳衷珠L張國寶曾撰文回憶道。
? ? ? ??與此同時，全國大部分地區出現了電力緊張情況。以當時的浙江為例，企業飽受拉閘限電之苦，“開三停四”成了家常便飯，居民基本生活用電也難以保障?！爸匕l輕供”問題凸顯，電網已經不能適應經濟的快速發展。
? ? ? ??為此，我國加快開啟電網互聯進程，推進東北電網與華北電網、華中電網與西北電網互聯互通，加強海南島與大陸聯網和大陸向港澳供電等工程。2011年12月，青藏聯網工程投運，標志著除臺灣省外全國電力聯網格局基本形成。
? ? ? ??“現在，從世界屋脊的青藏高原到南海之濱的海南島，都有一個互聯互通的電網覆蓋了，這真是一個偉大的世界工程。如果你現在到西藏，在夜晚，拉薩的八廊街燈火通明，和內地的大城市沒有什么兩樣。再看國外一些發達國家的老舊電網，真為我們國家的建設成就而自豪?！睆垏鴮氃锌?。
? ? ? ??值得注意的是，我國能源生產和需求逆向分布，80%以上的能源生產集中在西部、北部，70%以上的能源消費集中在東部、中部，能源大規?？鐓^輸送勢在必行。
? ? ? ??因此，作為我國電網主網架結構，特高壓在提升電力跨區輸送能力、推動資源大范圍優化配置等方面發揮了重要作用，被譽為“電力高速公路”。
? ? ? ??2018年，廣東全社會用電量破億，南方電網“西電東送”送廣東電量達2175億千瓦時，相當于廣東全社會用電總量的三分之一。2018年夏季，江蘇用電負荷連續破億時，由多條特高壓從西南、華北、華東等地送入江蘇電網的區外來電，高峰值超過2100萬千瓦，基本滿足了當地電力供需平衡。
? ? ? ??“截至2018年底，我國電網保證了19億千瓦電源穩定并網發電，滿足了6.84萬億千瓦時全社會用電需求，服務人口位居世界首位?！?能源局綜合司相關負責人表示。
? ? ? ??2019年9月26日，被譽為“萬里長江第一隧”的蘇通1000千伏交流特高壓GIL（氣體絕緣金屬封閉輸電線路）綜合管廊工程投運，華東特高壓交流環網實現合環運行，標志著連接主要能源基地與負荷中心的華東特高壓交直流骨干網架初步建成。
? ? ? ??70年來，我國電網建設由獨立分散、多頭弱小，發展為全國互聯、互通、互供，建成了全球規模最大的交直流互聯電網，形成了“西電東送、北電南供”的電網互聯格局，擁有全球最高輸電電壓等級、最長特高壓輸電線路、最大新能源并網規模，主網架結構進一步優化，電網安全運行水平、供電可靠性位居世界前列。
三道防線加技術護航 電網安全運行水平居世界前列
? ? ? ?“電力供需是瞬時平衡的，就像一個天平，讓它平衡的支架就是電網。一旦供需不平衡，電網的頻率和電壓就會發生波動，電網容易發生故障?！眹W江蘇省電力有限公司檢修分公司（簡稱“國網江蘇檢修公司”）運維檢修部主任郝寶欣告訴人民網記者。
? ? ? ??如何最大限度地消除安全隱患？早在1981年，我國就出臺《電力系統安全穩定導則》，規定了保障電網安全運行的“三道防線”。
? ? ? ??“第一道防線是繼電保護，一旦電網發生故障，能及時、準確地切除；第二道防線是安全自動裝置，允許切機切負荷，讓電網運行維持穩定狀態；第三道防線是低頻低壓減載裝置，允許在極大的擾動下，切除負荷，避免電網崩潰。這是我國電網安全運行的基礎?！眹W江蘇省電力有限公司調度控制中心系統運行處處長羅凱明說。
? ? ? ??作為電網安全運行的“中樞神經”，調度在維護電網安全運行中的作用明顯?！皣庖恍﹪业碾娏φ{度機構是獨立的，與電網運營企業是分開的。處理大停電事故時，這樣的管理體制和運作機制是不協調的，處理反應慢，下命令慢，電力恢復供應也慢?！比A北電力大學能源互聯網研究中心主任曾鳴表示。
? ? ? ??國網能源研究院有限公司（簡稱“國網能源院”）專家認為，我國實施電網調度一體化運行機制，實現統一高效的調度管理和電力系統協調運行，有效降低了重大電網事故風險，為確保電網的安全和可靠供電發揮了重要作用。
? ? ? ??“電力作為一個公用事業非常強的商品，我國非常重視供電可靠性，這是我國社會主義經濟制度決定的，也是我國幾十年來沒有發生大面積停電事故的最重要原因?！痹Q強調。
? ? ? ??新時期，新挑戰。一方面，當前我國電網結構還有待進一步完善；另一方面，新能源大規模高比例接入、網絡安全等新的風險因素與自然災害、外力破壞等傳統風險因素交織疊加，也給電網安全運行帶來前所未有的壓力和挑戰。
? ? ? ??為此，我國持續開展柔性輸電技術攻關，提升了駕馭復雜電網的能力；建成全球規模最大、覆蓋用戶最多的用電信息采集系統，增強了電網應對故障能力和互動水平；構建了國際領先的電網安全防御體系；自主研發建成了仿真能力最強、計算效率最高、模擬精度最準確的新一代仿真系統，電網安全運行技術全球領先。
? ? ? ??2017年5月24日，世界首套“大規模源網荷友好互動系統”在江蘇投運。2018年，系統正式升級為“大規模源網荷儲友好互動系統”，為電網安全運行增加了一道“保險鎖”。
? ? ? ??“該系統可以調控電廠發電和用戶用電，讓兩邊在不停變化的‘天平’中達到毫秒級的瞬時平衡。在清潔電源波動、突發自然災害，特別是用電高峰時期突發電源或電網緊急事故時，用電客戶主動化身‘虛擬電廠’，參與保護電網安全?！眹W江蘇檢修公司蘇州運維站木瀆變電運維班班長吳偉斌表示。
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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 江蘇蘇州南部電網500千伏統一潮流控制器科技示范工程現場。
??2017年12月19日，江蘇蘇州南部電網500千伏統一潮流控制器（簡稱“UPFC”）科技示范工程投運。UPFC被稱為電網智能導航系統，讓電網潮流由自然分布轉變為智能化靈活控制，不僅可以保障電網安全，還可以讓電能流動得更經濟，增強已有城市電網的供電能力。
? ? ? ??2019年7月24日，世界首個配網網格邊緣代理系統在蘇州建成。系統將配電網劃分成一個個獨立的網格，一個網格停電，不會影響到其他網格，提高了區域供電可靠性?！澳壳?，系統可實現1秒內鎖定故障位置，30秒內隔離高壓故障恢復供電，每年用戶平均停電時間從原來的1小時減少到5分鐘?！眹W江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司運維檢修部主任丁敏表示。
? ? ? ??國網能源院專家表示，這些技術成果支撐了我國電網不斷升級，保障了電網長期安全運行，為我國電網發展為世界上電壓等級最高、規模最大、安全運行紀錄最長的特大型電網作出了貢獻。
? ? ? ??“今后，通過推動電網數字化轉型，全面提升電網的感知能力、互動水平、運行效率和自愈能力，會使電網的運行更加安全?！眹译娋W有限公司（簡稱“國家電網”）互聯網部副主任汪峰表示。
增強應對自然災害能力 推進深度貧困地區電網建設攻堅
? ? ? ??眾所周知，各種自然災害對電網安全穩定運行的影響很大。如何應對自然災害引發的停電，是每個國家必須應對的問題與挑戰。
? ? ? ??我國地域遼闊，輸電線路分布廣泛，途徑冰凍、山火、暴雨、臺風、地震等自然災害多發地區，給電網的安全運行帶來了更大的挑戰。
? ? ? ??“目前，我們建立了一整套完備、高效的應急管理體系以及互聯互通的應急指揮系統；組建了省、地市、縣三級應急搶修隊伍，強化了培訓和演練；構建了由應急發電車和小型發電機組成的應急電源系統，在自然災害來臨時，可以迅速響應，從容面對?！眹译娋W有關負責人表示。
? ? ? ??同時，加大技術攻關的工作也在銜枚疾進。以冰凍災害為例，國網湖南省電力有限公司對輸電線路進行了大規模改造，開發了冰雪災害監測預警系統，實現24小時在線監測；并且還研制出一大批輸電線路除冰“新武器”，比如，移動式直流融冰裝置可以在90分鐘內融化100千米線路的凍冰，相當于100個工人7天的人工除冰工作量。
2008年1月28日，國網安徽省電力有限公司宣城供電公司水東供電所員工冒著大雪搶修線路。 李曉紅攝（新華社發）
? ? ? ??2017年，中國南方電網公司首次提出“十三五”期間要在28個重要城市建設保底電網，以推動電網防災抗災從“被動抗災”向“主動防御”轉變，打造本質安全電網。據介紹，保底電網要保的“底”，就是重要城市的重要負荷和民生用電的需求，做好面對極端災害的準備，力爭城市核心區域和關鍵用戶不停電、少停電。
? ? ? ??電網堅強了，電網運行安全穩定了，人民美好生活對電力的需要也更有保障了。
? ? ? ??“記得在沒有電網供電前，家里只能依靠一塊光伏板照明，晚上將就著能維持幾個小時的照明。2017年電網建到了家門口，家里買了電冰箱、洗衣機、電視機，夏天也能吃到新鮮的牛羊肉，寒冷的天氣里阿媽也不用再去草原的小河邊洗衣，手上皸裂多年的傷痕也逐漸好了?！闭勂鸺依锏挠秒娮兓?，青海省黃南藏族自治州河南縣托葉瑪鄉曲龍村牧民扎西拉旦的臉上笑開了花。
? ? ? ??“以前喂養牛羊，需要大量購買加工好的玉米，一噸就要3000多元?！鼻嗪Ｊ⊙隼灾慰h雨田農牧開發養殖合作社負責人閆利明告訴記者，“現在好了，村里通了動力電，合作社購置了攪拌機、秸稈揉絲機，我們可以自己加工飼料，省了不少錢，合作社一年利潤有35萬元到40萬元呢?！?/p>
? ? ? ??今年，國家電網堅決貫徹黨中央國務院脫貧攻堅總體部署，打響了“三區兩州”電網攻堅大會戰，全力推進深度貧困地區的電網建設?！叭齾^”即西藏自治區，四川、甘肅、青海三省藏區，南疆四地州；“兩州”即四川涼山州、甘肅臨夏州。
? ? ? ??國網青海省電力公司黃化供電公司副總經理楊海林表示，實施“三區兩州”農網升級改造工程，將進一步擴大電網覆蓋面，提升供電質量，幫助貧困地區從“用上電”轉到“用好電”。
? ? ? ??祖國大地上的一個個電站、一座座鐵塔、一根根銀線、一張張電網，交織成點亮人民美好生活的萬家燈火。在這背后，是無數電力人的堅守與奉獻。他們為保障電網安全穩定運行貢獻著自己的力量，更為建設美麗中國貢獻著自己的智慧，在實現中華民族偉大復興的征程中，勇于擔當，不辱使命！
]]>??能源的發展與革命推動了人類社會的變遷與進步，尤其是兩次工業革命以后，人們越發意識到能源發展的重要。
當今社會發展日新月異，但是以化石能源（如煤炭、石油等）為代表的傳統能源因再生周期長，儲量和質量逐年下降等問題，越來越難以滿足與日俱增的能源需求，新能源的開發和利用因此被提上日程。
從植物的光合作用中找靈感：利用太陽能發電
我們都知道，地球上所有生物所能利用的能量基本全部來自于植物的光合作用。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖1? 光合作用示意圖
植物的光合作用是指在光照條件下，在植物葉綠體中以二氧化碳和水為原料合成糖的生物過程，由于糖類物質在代謝過程中可以產生能量，太陽能便通過這種方式被儲存下來。
然而，這種能量很難為我們直接利用，一般需要經過轉化才能成為我們普遍使用的電能。物理學原理告訴我們，能量轉化過程必然會帶來能量損失。于是，將太陽能直接轉化為電能的課題因此提上了日程。
那么，太陽能是否可以直接轉化為電能？這種轉化過程又與哪些因素相關？這對19世紀初的科學家們來講，這可是一個了不得的命題。
慶幸的是，這一難題在19世紀末取得了巨大突破。
擁有“最強大腦”的他發現了光與電的奧秘
1887年，著名物理學家赫茲（現今頻率的單位就是以他的名字命名的）在一次研究中偶然發現：光照射到某些物質表面，會引起物質電性質的改變。之后的研究證明，這是因為產生電子流導致的，因此這一現象被稱為“光電效應”。
圖2? 光電效應示意圖
要知道，世界的運行原理需要符合物理學原理。在當時，牛頓建立的經典物理學原理統治著人們的思想。該原理認為光是在以太（古希臘哲學家亞里士多德設想的一種物質，19世紀被物理學家借用代指光傳播的介質）這種介質中傳遞的一種波（可以想象一下石子投入湖中的場景，湖面蕩起一圈圈以水為介質向外傳遞的波紋），而波的能量與振幅（振動幅度）有關（光波的振幅即為光的強度）。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖3? 石子投入湖中產生波紋
這件事貌似非常符合常理?？梢韵胂?，冬天陽光不強，曬在身上有暖洋洋的感覺；而夏日里，陽光刺眼，如果不注意防護皮膚都有可能被曬傷。因此，在經典物理學下，光電效應能否發生取決于光的強度；然而，這一理論與當時的一系列實驗結果相悖離。
研究表明，同一種物質，有些顏色的光無論光強多少都無法發生光電效應，有些顏色的光即使強度很低也能產生電流，經典物理學隨之陷入危機：一場席卷整個科學界的風暴正在醞釀。
風暴中孕育著毀滅，但隨之而來的還有新生?？茖W不會停滯不前，一位位科學巨匠在風暴中心劈波斬浪，經典物理學在相對論物理與量子物理的雙重修正下再次揚帆起航。
而解決光電效應難題的，正是我們所熟知的阿爾伯特·愛因斯坦。
愛因斯坦因建立相對論而廣為人知，但大家可能不知道，這么偉大的科學家險些沒有拿到被稱為科學界至高榮譽的諾貝爾獎（諾貝爾獎從不頒發給有爭議的發現，而對相對論的討論和爭議至今仍未停歇）。
愛因斯坦榮獲1921年諾貝爾物理學獎得益于其對光電效應的創造性解釋。他提出，光是由光子組成的，而光子的本質是一個個能量包，每一個能量包所蘊含的能量與它的頻率（單位時間（1s）內的變化次數）有關，因此光照射到物體上能否產生電子完全取決于能量包（光子）的能量（頻率），與能量包的數量（光強）無關。
太陽能電池就像一塊“三明治”
以上我們介紹了光電效應的發現歷程，也知道如何才能產生光電效應，那么，產生的電子該如何被我們所利用呢？
這就牽扯到了另外一個概念——能級躍遷。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖4? 能級躍遷示意圖（青島生物能源與過程研究所，碳基能源轉換材料研究組）
原子由原子核和核外電子構成，原子核外的電子并非是散亂排布的，而是遵循物理學原理分層排布的，靠近原子核的電子能量低，越遠離原子核的電子能量越高，不同層的電子能量不同，這些能量值也被稱為“能級”。
在正常條件下，核外電子總是趨近于以總能量最低的形式進行排布，這樣的電子，我們稱它處于“基態”?；鶓B的原子接收到某種形式的能量（如光子）后，便會自發轉移到能量更高的能級，這便是能級躍遷，躍遷后的電子便稱它處于“激發態”。
但是很不幸，激發態的電子并不穩定，有向低能級躍遷的趨勢，電子具有的多余能量便以光能或者熱能的形式散發掉了。
不對，能量就這樣散發了，我們還是沒有獲得電能??？
別著急，要想將光電效應產生的電流傳導出來，我們需要構筑合適的器件結構，也就是我們常說的太陽能電池（如圖2所示）。
器件結構形似三明治，具有光電效應的活性層被電子傳輸層和空穴（電子躍遷后形成的局部缺電子部分稱為空穴）傳輸層夾在中間，兩端為電極材料，一般是金屬和氧化銦錫（ITO）。
基態的原子接收到某種形式的能量（如光子）后，便會自發轉移到能量更高的能級，這便是能級躍遷，躍遷后的電子便稱它處于“激發態”。因為電子傳輸層的激發態能級比活性層的略低一些，所以活性層激發態的電子容易傳遞到電子傳輸層，而不是回到活性層的基態；而空穴傳輸層基態比活性層基態電子能量略高，電子有向活性層基態傳遞的趨勢。
這就好像給電子設置了一個個小臺階，讓電子只需“抬抬腳”就邁過去了，而不是艱難的跳躍（躍遷），因而整個過程很容易實現。
通過電子傳輸層和空穴傳輸層的有效配合，整個器件構成了一個完整的回路，活性層產生的電子就可以被導出進而為我們所用了。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖5? 常見的太陽能電池器件結構示意圖（青島生物能源與過程研究所，碳基能源轉換材料研究組）
好啦，經過轉化過程，我們終于從太陽能直接獲得了電能而這就是太陽能電池的原理?？茖W探索的腳步永不停歇，也正因為這些偉大科學家們偉大的研究與發現，人們的生活才能變得越來越好，讓我們向他們致敬！????