院士纵论城市生命线与能源安全

袁 亮中国工程院院士，安徽理工大学校长、合肥工业大学首席科学家

王成山中国工程院院士，天津大学电气自动化与信息工程学院院长、电力系统配电网技术专家

邓建军中国工程院院士，强流脉冲加速器专家，中国工程物理研究院博士生导师

城市安全体系“进阶”之路袁亮院士：

数字经济在中国的蓬勃发展，让整个城市的物理空间和网络空间的边界逐渐消失。现如今，城市安全面临着新形势下物理安全和网络安全的双重挑战，比如湖南长沙市区内电信大楼火灾，是物理空间内形成的火灾，但是它影响了整个长沙电信信息基础设施的正常工作，导致那个时间段大量的电话无法打通、网络无法连接，这是物理空间变化影响网络空间的真实案例。

没有网络安全就没有国家安全，落实在具体的城市安全体系，可以从两个层面进行进阶。第一个层面，既要夯实数字城市下的物理空间安全，也要强化数字城市中网络安全的防护能力。第二个层面，要化过去的被动为主动，实现安全的前置，牢牢的把握风险动态变化，在风险安全事件没有发生之前，实现对整体安全的控制。

要把物理空间中的银行、供气、供煤管道等信息基础设施，纳入全过程的保护范围中，对于城市的物理空间和网络空间，要具备“看的清、辨得明、防得准、守得住”四种能力。

一是感知维度实现所有安全数据的全面洞察和全站可视，能够让城市的管理者和运营者，清晰明了地掌握到目前所有的安全态势和风险相关威胁度，帮助进行有效数据的处理和后续的分析与研判。

二是在现有数据的基础上，通过对不同城市安全场景的认知和分门别类的精确识别，来实现对城市安全风险的可量化，不断适应数字中国的推进。

三是平战一体、全域协同。要能做到预警平台常态化监测，在战时能够实时应急管控，通过推进城市安全风险综合监测平台，实现托管化、场景化、闭环化的运营。

四是实现城市安全体系逐步拥有自愈能力，要能够根据场景攻击威胁的变化，自适应协同相关的组件和模型，进行相关参数以及整个动量的变化，以应对不断变化的城市中业务和民众的需求，更好地守护城市安全。

城市安全系统的中国化进程袁亮院士：

中国正在积极构建城市网络安全技术协同创新的生态，来实现“政产学研用经”的全面整合，努力实现城市安全的泛在化、安全智能化、安全前置化和安全软件化。

首先，全面融入合肥综合性国家中心的相关建设。在合肥成立了高等研究院，组建了公共安全与应急管理学院，新能源与智能网联汽车学院等。合肥和清华大学合肥公共安全研究院签订战略合作协议，共建城市安全、科教融合的学院。

在科学研究方面，积极主动开展城市网络安全事件发展、扩散和演化机理研究。一是攻击事件的非线性突变效应，是不是可以在早期就把它控制住；二是网络空间和物理空间线上线下超导扩散效应，例如长沙大火，如何让网络空间和物理空间的安全损失降到最低；三是网络攻击次生灾害的叠加效应，例如地铁被攻击，影响城市出行，叠加效应如何处置；四是风险治理的协同耦合效应。

第三个方面，积极谋划数字城市网络靶厂大科学装置建设，将来能够针对城市网络攻击中不同场景进行模拟，并且能够跨行业，对于煤炭、电力、石油、石化等具体的攻击场景和攻击样式进行甄别，通过网络靶厂的大科学装置来摸清它的发展机理，从而提升整个安全的整个能力。

四是在产业化方面，瞄准多领域行业的需求，通过与龙头企业、科研院所进行合作，产教融合构建城市数字安全“大脑”，护航数字中国的建设。

城市智能配电系统再升级王成山院士：

城市能源离不开城市电网系统，配电系统是将电能安全配送到千家万户的重大基础设施，电力系统主要由发电、输电、配电三大部分构成。

配电系统的健康发展意义重大，主要体现在三个方面；首先是投资大。过去三年，全球配电系统投资是输电网的2.5 倍。未来10年是三倍以上。其次是影响大。用户80%以上的停电都来源于配电系统，比如大家印象深刻的是2019年7月的纽约大停电，城市生命线工程在没有电力保障的情况下如何恢复人民的生活，这是非常重要的一件事情。最后是支撑作用大，分布式电源、电动汽车、数据中心、电能替代设备，这是当前备受关注的热点。100%需要靠配电系统支撑，这些是国际公认的智能电网发展的重要环节。

以电网为例，二十年前的城市电网是树状的，当一个地方发生故障的时候，只有把整个树修复好才能恢复供电，那个时候不可能达到小时级别的恢复供电。

后来大量的城市电网改造，变为手拉手环状供电，当一个手出现故障的时候，我可以通过开关切合，通过另外一个线路把它并过来，这样可以把故障排除的时间大大缩短。如果出现战争或者自然灾害，我们可以利用微电网，利用分布式电源，利用储能把它变成城市安全生命线的支撑。

分层、智能和数字化赋能王成山院士：

未来的城市电网或者未来的配电系统应该是一种分层、分群自治形式，或者叫“蜂巢状”形态。由一个个单元组组成，每个单元都具有“源-荷”平衡能力，同时具备自我生存能力。这样的分层结构会大幅度提升整个配电系统（电网）在应对灾害、极端条件下的能力。

未来电网要做一个服务性的平台，要在“源-荷”之间架起一个桥梁，提高配电系统的灵活性，过去是有什么样的系统提供服务，没有选择，只能买我们的电；现在是“源”可以随便动，“荷”可以随便变，这样电网就有了灵活性。

对于传感器而言，包括电、磁、力、光、声、气体，我们要强调小型化，最好是零能耗。传感器现在做的不仅仅是传感器，而且要把传感器和通信芯片结合在一起，变成一个智能终端，具有一定的计算能力。

在通信层面。配电系统最大的特点是量大、点多且散。配电系统的通信始终是个大问题，包括线路载波、光纤等方方面面，总的来说，5G 系统可以带来很好的应用。

大数据分析领域，每个城市现在都在建能源大数据中心，比如疫情期间，哪些工厂复工了，只要一看电表数据就知道复工比例是多大，我们城市的住房空置率到底有多少......很多数据的应用非常具有潜力。

物联网云调控技术，也叫做“云调控”。首先是要把测量终端上传至“云端”，以前测量终端都是按照需要定制化的解决它的信息传送问题，未来所有电网里面测量的东西全部是一样的，硬件完全一样，做成模块化硬件。软件则是手机里的APP，只要把APP 下载下来，这个终端就可以起到调控的功能。

人工智能应用，未来要精准投资，要经过精准分析、人工智能分析，看看过去一段时间，哪些线路阻塞比较强，是堵点，怎么样通过建设提高投资效率。

可以说，配电系统的发展目前受到政府、用户、能源与电网公司前所未有的关注，关注的视角将会与过去有所不同。

因此，未来的城市电网将是城市安全生命线的重要保障，同时也是人们生活改善的支撑性环节，是给企业创造盈收的重要节点，最终会成为解决双碳目标的重要一环。

“大国重器”邓建军院士：

聚变核能因其清洁、安全、经济以及原料储备丰富等优势，在国际上备受瞩目。Z 箍缩惯性约束聚变的原理是用脉冲驱动性产生超大电流，在自身磁场箍缩下形成裂爆，把动能转化成内能。它的优势是造价低，能量转换效率高、提供的能量充足。

2000年左右，中物院提出了Z 箍缩惯性约束聚变研究发展计划：第一步是研究聚X 一号，聚X 一号在2012年研制成功，这是我们国家脉冲功率发展史上的里程碑，是国内首台超高功率脉冲装置。第二步是在这个基础上能够研制出聚变核能装置。在这个领域，俄罗斯和美国起步早，但是大家现在都处在同一个起跑线上，聚变核能大科学装置已经列入国家重大专项计划。

Z 箍缩是当前聚变核能科技领域的“制高点”，我们如果能够按期建成装置的话，就有望在世界上率先实现惯性约束聚变点火，这是中国在核能科技领域即将实现的标志性成果，将引领未来先进核能技术发展。

Z 箍缩聚变裂变混合能源是解决未来安全、轻捷和高效能源问题的一条非常有希望的技术路径，研制过程中还有一些新的工程技术难题有待解决，但技术瓶颈是可以超越的。这也是中国核心技术完全自主可控的“大国重器”，建成后将会在国际上产生非常强大的影响力。