本文简要介绍美国国家科学院近期发布的报告《美国电力行业的未来》。该文是美国国家科学院受美国能源部之邀而撰写的关于美国电力行业中长期发展趋势的报告。报告详尽地阐述了电网未来的新技术、电网结构、运行模式以及商业模式，并在建设现代化、可持续发展、稳定可靠的未来电网方面提供了政策与投资的建议。
一、电力行业发展的驱动力
（1）电力需求的巨大增长潜能。随着建筑、交通、工业部门电气化进程的发展，在未来的几十年之内，电力需求将会显着增长。
（2）低碳化经济与污染物减排。发电、运输等行业将经历从化石燃料向低排放或零排放能源的重大转变。
（3）电网边缘技术的发展。屋顶太阳能和电池储能等技术的商业化以及电力供应可靠性要求将使电网边缘技术逐渐普及，如分布式发电与储能、微电网、能量管理系统等。
（4）高可再生能源渗透率下电网稳定性的挑战。风能和太阳能的间歇性使电力系统的运行复杂化，应对方案包括了可实时调度的发电、储能和需求响应技术。
（5）减少社会不平等。对许多低收入家庭，能源支出是一个沉重的负担，而且化石燃料发电产生的污染对其影响更大。电力系统的发展应确保人们普遍负担得起电力，且弱势社区不会承受不公平的负担。
（6）对于能源转型影响就业的担忧。向可持续和更清洁的电网过渡将意味着一些传统工作岗位的消失与新工作岗位的出现，政府的政策应当为下岗工人提供再培训与就业安置。
（7）产业链的全球化。许多电气设备供应商已将其开发和制造产业转移到其他国家，扩大美国电力基础设施时需要考虑到不断变化的地缘政治环境的影响。
二、未来电力系统发展的需求
（1）提高对电力系统变化的认知。由于技术革新、低碳发展和新的电力消费模式，美国的电力系统正在经历快速的变化。国家需要投资相关的研究，以分析、应对这些变化，理解未来电网的运行特性，以及如何保持电网的可靠性与韧性。政府应当对电网现代化关键技术开发提供持续的资金支持。学术界与工业界应当建立起紧密的合作，从而对大规模电网进行仿真与现场实验，并且在此基础上发展更好的电网架构与相关的标准、政策。
（2）兼顾电力供应的清洁性与可靠性。在未来数十年内，减少碳排放以及发电对环境的其他影响将是一项重大的挑战，而提高电网抵御自然灾害和人为攻击的能力也同样重要。为了兼顾清洁性与可靠性，需要对电力系统关键环节进行持续的投资，满足远距离输电与天然气输送的可靠性要求，并提高网络安全能力和信息共享程度。为了实现清洁性与可靠性的目标，需要研究并开发先进的低碳技术、储能技术与电力电子技术，以实现对电网的实时控制；需要对于电网可能遭受的物理或信息破坏的机理进行及时的研究。
（3）理解用户用电特性，维持电力供给的经济性与公平性。电网的发展提供了新的服务并改变了电力资源配置，这些变化会对客户（尤其是低收入群体）产生重大影响。政府应当制定监管政策以公平、经济地提供电力。需要行为学和社会科学方面的研究，为政策和技术发展指明方向。
（4）促进与电力系统相关的技术、政策和商业模式的革新。电网未来面临的重要技术挑战和机遇包括深刻理解用户用电行为以实施需求响应、冷热气电等不同能源服务之间的互补与协同等等，越来越多的分布式设备也激发了对电网边缘设备的感知与控制的需求。为了协调和应对多样性的电力服务，需要有灵活的政策、市场设计与商业模式。
（5）面对多变的全球供应链和颠覆性技术的涌入，加快技术创新。未来电网所依赖的尖端技术需要大量新的私人和公共投资，美国在利用全球创新技术的同时必须确保对关键电网技术的控制和使用。因此，需要增加与电力相关的基础科学研究与实际应用开发的经费；对生产电网关键设备的跨境公司进行监管，促使关键设备在美国境内制造；在前沿能源研究方面加强国际合作。
