院士縱論城市生命線與能源安全

袁 亮中國工程院院士，安徽理工大學校長、合肥工業(yè)大學首席科學家

王成山中國工程院院士，天津大學電氣自動化與信息工程學院院長、電力系統(tǒng)配電網(wǎng)技術專家

鄧建軍中國工程院院士，強流脈沖加速器專家，中國工程物理研究院博士生導師

城市安全體系“進階”之路袁亮院士：

數(shù)字經(jīng)濟在中國的蓬勃發(fā)展，讓整個城市的物理空間和網(wǎng)絡空間的邊界逐漸消失?，F(xiàn)如今，城市安全面臨著新形勢下物理安全和網(wǎng)絡安全的雙重挑戰(zhàn)，比如湖南長沙市區(qū)內(nèi)電信大樓火災，是物理空間內(nèi)形成的火災，但是它影響了整個長沙電信信息基礎設施的正常工作，導致那個時間段大量的電話無法打通、網(wǎng)絡無法連接，這是物理空間變化影響網(wǎng)絡空間的真實案例。

沒有網(wǎng)絡安全就沒有國家安全，落實在具體的城市安全體系，可以從兩個層面進行進階。第一個層面，既要夯實數(shù)字城市下的物理空間安全，也要強化數(shù)字城市中網(wǎng)絡安全的防護能力。第二個層面，要化過去的被動為主動，實現(xiàn)安全的前置，牢牢的把握風險動態(tài)變化，在風險安全事件沒有發(fā)生之前，實現(xiàn)對整體安全的控制。

要把物理空間中的銀行、供氣、供煤管道等信息基礎設施，納入全過程的保護范圍中，對于城市的物理空間和網(wǎng)絡空間，要具備“看的清、辨得明、防得準、守得住”四種能力。

一是感知維度實現(xiàn)所有安全數(shù)據(jù)的全面洞察和全站可視，能夠讓城市的管理者和運營者，清晰明了地掌握到目前所有的安全態(tài)勢和風險相關威脅度，幫助進行有效數(shù)據(jù)的處理和后續(xù)的分析與研判。

二是在現(xiàn)有數(shù)據(jù)的基礎上，通過對不同城市安全場景的認知和分門別類的精確識別，來實現(xiàn)對城市安全風險的可量化，不斷適應數(shù)字中國的推進。

三是平戰(zhàn)一體、全域協(xié)同。要能做到預警平臺常態(tài)化監(jiān)測，在戰(zhàn)時能夠實時應急管控，通過推進城市安全風險綜合監(jiān)測平臺，實現(xiàn)托管化、場景化、閉環(huán)化的運營。

四是實現(xiàn)城市安全體系逐步擁有自愈能力，要能夠根據(jù)場景攻擊威脅的變化，自適應協(xié)同相關的組件和模型，進行相關參數(shù)以及整個動量的變化，以應對不斷變化的城市中業(yè)務和民眾的需求，更好地守護城市安全。

城市安全系統(tǒng)的中國化進程袁亮院士：

中國正在積極構建城市網(wǎng)絡安全技術協(xié)同創(chuàng)新的生態(tài)，來實現(xiàn)“政產(chǎn)學研用經(jīng)”的全面整合，努力實現(xiàn)城市安全的泛在化、安全智能化、安全前置化和安全軟件化。

首先，全面融入合肥綜合性國家中心的相關建設。在合肥成立了高等研究院，組建了公共安全與應急管理學院，新能源與智能網(wǎng)聯(lián)汽車學院等。合肥和清華大學合肥公共安全研究院簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，共建城市安全、科教融合的學院。

在科學研究方面，積極主動開展城市網(wǎng)絡安全事件發(fā)展、擴散和演化機理研究。一是攻擊事件的非線性突變效應，是不是可以在早期就把它控制?。欢蔷W(wǎng)絡空間和物理空間線上線下超導擴散效應，例如長沙大火，如何讓網(wǎng)絡空間和物理空間的安全損失降到最低；三是網(wǎng)絡攻擊次生災害的疊加效應，例如地鐵被攻擊，影響城市出行，疊加效應如何處置；四是風險治理的協(xié)同耦合效應。

第三個方面，積極謀劃數(shù)字城市網(wǎng)絡靶廠大科學裝置建設，將來能夠針對城市網(wǎng)絡攻擊中不同場景進行模擬，并且能夠跨行業(yè)，對于煤炭、電力、石油、石化等具體的攻擊場景和攻擊樣式進行甄別，通過網(wǎng)絡靶廠的大科學裝置來摸清它的發(fā)展機理，從而提升整個安全的整個能力。

四是在產(chǎn)業(yè)化方面，瞄準多領域行業(yè)的需求，通過與龍頭企業(yè)、科研院所進行合作，產(chǎn)教融合構建城市數(shù)字安全“大腦”，護航數(shù)字中國的建設。

城市智能配電系統(tǒng)再升級王成山院士：

城市能源離不開城市電網(wǎng)系統(tǒng)，配電系統(tǒng)是將電能安全配送到千家萬戶的重大基礎設施，電力系統(tǒng)主要由發(fā)電、輸電、配電三大部分構成。

配電系統(tǒng)的健康發(fā)展意義重大，主要體現(xiàn)在三個方面；首先是投資大。過去三年，全球配電系統(tǒng)投資是輸電網(wǎng)的2.5 倍。未來10年是三倍以上。其次是影響大。用戶80%以上的停電都來源于配電系統(tǒng)，比如大家印象深刻的是2019年7月的紐約大停電，城市生命線工程在沒有電力保障的情況下如何恢復人民的生活，這是非常重要的一件事情。最后是支撐作用大，分布式電源、電動汽車、數(shù)據(jù)中心、電能替代設備，這是當前備受關注的熱點。100%需要靠配電系統(tǒng)支撐，這些是國際公認的智能電網(wǎng)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

以電網(wǎng)為例，二十年前的城市電網(wǎng)是樹狀的，當一個地方發(fā)生故障的時候，只有把整個樹修復好才能恢復供電，那個時候不可能達到小時級別的恢復供電。

后來大量的城市電網(wǎng)改造，變?yōu)槭掷汁h(huán)狀供電，當一個手出現(xiàn)故障的時候，我可以通過開關切合，通過另外一個線路把它并過來，這樣可以把故障排除的時間大大縮短。如果出現(xiàn)戰(zhàn)爭或者自然災害，我們可以利用微電網(wǎng)，利用分布式電源，利用儲能把它變成城市安全生命線的支撐。

分層、智能和數(shù)字化賦能王成山院士：

未來的城市電網(wǎng)或者未來的配電系統(tǒng)應該是一種分層、分群自治形式，或者叫“蜂巢狀”形態(tài)。由一個個單元組組成，每個單元都具有“源-荷”平衡能力，同時具備自我生存能力。這樣的分層結構會大幅度提升整個配電系統(tǒng)（電網(wǎng)）在應對災害、極端條件下的能力。

未來電網(wǎng)要做一個服務性的平臺，要在“源-荷”之間架起一個橋梁，提高配電系統(tǒng)的靈活性，過去是有什么樣的系統(tǒng)提供服務，沒有選擇，只能買我們的電；現(xiàn)在是“源”可以隨便動，“荷”可以隨便變，這樣電網(wǎng)就有了靈活性。

對于傳感器而言，包括電、磁、力、光、聲、氣體，我們要強調(diào)小型化，最好是零能耗。傳感器現(xiàn)在做的不僅僅是傳感器，而且要把傳感器和通信芯片結合在一起，變成一個智能終端，具有一定的計算能力。

在通信層面。配電系統(tǒng)最大的特點是量大、點多且散。配電系統(tǒng)的通信始終是個大問題，包括線路載波、光纖等方方面面，總的來說，5G 系統(tǒng)可以帶來很好的應用。

大數(shù)據(jù)分析領域，每個城市現(xiàn)在都在建能源大數(shù)據(jù)中心，比如疫情期間，哪些工廠復工了，只要一看電表數(shù)據(jù)就知道復工比例是多大，我們城市的住房空置率到底有多少......很多數(shù)據(jù)的應用非常具有潛力。

物聯(lián)網(wǎng)云調(diào)控技術，也叫做“云調(diào)控”。首先是要把測量終端上傳至“云端”，以前測量終端都是按照需要定制化的解決它的信息傳送問題，未來所有電網(wǎng)里面測量的東西全部是一樣的，硬件完全一樣，做成模塊化硬件。軟件則是手機里的APP，只要把APP 下載下來，這個終端就可以起到調(diào)控的功能。

人工智能應用，未來要精準投資，要經(jīng)過精準分析、人工智能分析，看看過去一段時間，哪些線路阻塞比較強，是堵點，怎么樣通過建設提高投資效率。

可以說，配電系統(tǒng)的發(fā)展目前受到政府、用戶、能源與電網(wǎng)公司前所未有的關注，關注的視角將會與過去有所不同。

因此，未來的城市電網(wǎng)將是城市安全生命線的重要保障，同時也是人們生活改善的支撐性環(huán)節(jié)，是給企業(yè)創(chuàng)造盈收的重要節(jié)點，最終會成為解決雙碳目標的重要一環(huán)。

“大國重器”鄧建軍院士：

聚變核能因其清潔、安全、經(jīng)濟以及原料儲備豐富等優(yōu)勢，在國際上備受矚目。Z 箍縮慣性約束聚變的原理是用脈沖驅動性產(chǎn)生超大電流，在自身磁場箍縮下形成裂爆，把動能轉化成內(nèi)能。它的優(yōu)勢是造價低，能量轉換效率高、提供的能量充足。

2000年左右，中物院提出了Z 箍縮慣性約束聚變研究發(fā)展計劃：第一步是研究聚X 一號，聚X 一號在2012年研制成功，這是我們國家脈沖功率發(fā)展史上的里程碑，是國內(nèi)首臺超高功率脈沖裝置。第二步是在這個基礎上能夠研制出聚變核能裝置。在這個領域，俄羅斯和美國起步早，但是大家現(xiàn)在都處在同一個起跑線上，聚變核能大科學裝置已經(jīng)列入國家重大專項計劃。

Z 箍縮是當前聚變核能科技領域的“制高點”，我們?nèi)绻軌虬雌诮ǔ裳b置的話，就有望在世界上率先實現(xiàn)慣性約束聚變點火，這是中國在核能科技領域即將實現(xiàn)的標志性成果，將引領未來先進核能技術發(fā)展。

Z 箍縮聚變裂變混合能源是解決未來安全、輕捷和高效能源問題的一條非常有希望的技術路徑，研制過程中還有一些新的工程技術難題有待解決，但技術瓶頸是可以超越的。這也是中國核心技術完全自主可控的“大國重器”，建成后將會在國際上產(chǎn)生非常強大的影響力。