淺析全球能源互聯(lián)網(wǎng)

車(chē)一鳴

（國(guó)網(wǎng)冀北技能培訓(xùn)中心，河北 保定071000）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，能源消耗持續(xù)增長(zhǎng)。傳統(tǒng)化石能源的大量開(kāi)發(fā)和使用，已經(jīng)導(dǎo)致出現(xiàn)了氣候變暖、地表塌陷、霧霾天氣等嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。同時(shí)，不可再生化石能源的有限性，使得當(dāng)今社會(huì)與化石能源的這種“熱戀關(guān)系”是不可持續(xù)的，這些將嚴(yán)重威脅人類(lèi)的生存和可持續(xù)發(fā)展。在此背景下，如何加快能源轉(zhuǎn)型，保證能源的安全、高效、清潔供應(yīng)，已成為世界各國(guó)共同面臨和關(guān)注的問(wèn)題。

要解決好未來(lái)能源發(fā)展問(wèn)題，就要以全球的視野、系統(tǒng)的思維方式、可持續(xù)發(fā)展的理念來(lái)研究解決能源問(wèn)題。美國(guó)著名學(xué)者杰里米?里夫金在其新著《第三次工業(yè)革命》一書(shū)中，提出了能源互聯(lián)的構(gòu)想[1]，然而作為一個(gè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家而非技術(shù)專(zhuān)業(yè)人士的里夫金關(guān)于能源互聯(lián)的構(gòu)想主要是從哲學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)層面提出的，只是一種新能源經(jīng)濟(jì)思維?！盎ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)與可再生能源融合”的提法是無(wú)可非議的，但具體的結(jié)合卻必須由專(zhuān)業(yè)人員根據(jù)技術(shù)特性和實(shí)際需要確定?；趯?duì)中國(guó)能源和電力的探索和實(shí)踐，中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)理事長(zhǎng)、國(guó)家電網(wǎng)公司董事長(zhǎng)劉振亞提出了“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展構(gòu)想，并在新著《全球能源互聯(lián)網(wǎng)》一書(shū)中具體闡述了這一偉大構(gòu)想，延伸和拓展了杰里米·里夫金的“能源互聯(lián)網(wǎng)概念”，勾畫(huà)出了解決未來(lái)全球能源問(wèn)題安全的科學(xué)途徑，受到了行業(yè)內(nèi)外和國(guó)際社會(huì)的高度重視。

1 構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的必要性

地球上清潔能源豐富，水能資源超過(guò)50億千瓦，陸地風(fēng)能資源超過(guò)1萬(wàn)億千瓦，太陽(yáng)能資源超過(guò)100萬(wàn)億千瓦。僅開(kāi)發(fā)其中的一小部分就可以滿足未來(lái)人類(lèi)社會(huì)全部能源需求[2]。因此，在能源開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)實(shí)施清潔替代，以清潔能源替代化石能源，是未來(lái)全球能源發(fā)展的必然趨勢(shì)和出路;電能具有清潔、高效、便捷的特點(diǎn)，所有的化石能源和清潔能源都可以轉(zhuǎn)換成電能，電能也可以較為方便、高效地轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、熱能等其他形式的能源并實(shí)現(xiàn)精密控制，電能成為了不同能源形式相互轉(zhuǎn)化的樞紐，同時(shí)電能可以大規(guī)模生產(chǎn)、遠(yuǎn)距離輸送并瞬時(shí)送至用戶端，因此，在能源消費(fèi)環(huán)節(jié)實(shí)施電能替代是能源消費(fèi)格局調(diào)整的必然選擇[3]。

要實(shí)現(xiàn)全球能源的可持續(xù)發(fā)展，必須加快推進(jìn)清潔替代和電能替代。要實(shí)現(xiàn)這“兩個(gè)替代”關(guān)鍵在于構(gòu)建以特高壓為骨干網(wǎng)架，以清潔能源為主導(dǎo)，全球互聯(lián)泛在的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)即全球能源互聯(lián)網(wǎng)[4]。同時(shí)，隨著“兩個(gè)替代”的加快推進(jìn)，清潔能源利用規(guī)模越來(lái)越大，電能在終端能源需求中的比例越來(lái)越高，電網(wǎng)配置能源資源的效益更加顯著，將進(jìn)一步促進(jìn)全球范圍內(nèi)電網(wǎng)的互聯(lián)互通，逐步實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)全球互聯(lián)、清潔能源全球配置，形成全球互聯(lián)的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。

2 全球能源互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方法

特高壓技術(shù)與智能電網(wǎng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的重要手段和方法。從全球來(lái)看，能源資源與能源需求分布不平衡，能源基地遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，需要實(shí)施能源的大規(guī)模、遠(yuǎn)距離輸送和大范圍的優(yōu)化配置。因此，建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)于電網(wǎng)的輸送能力、經(jīng)濟(jì)輸送距離、網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)能力等方面提出了很高的要求。由于特高壓輸電技術(shù)具有輸送容量大、距離遠(yuǎn)、效率高的特點(diǎn)而且具有抵制各種嚴(yán)重事故的能力，可以滿足大容量、遠(yuǎn)距離的跨區(qū)輸電要求，能夠?qū)崿F(xiàn)了大型能源基地的集約開(kāi)發(fā)和電力的可靠輸送，為構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)提供了有力支撐。

智能電網(wǎng)是世界電網(wǎng)發(fā)展的重要方向，大規(guī)模新能源的并網(wǎng)需要堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)作為可靠依托?？稍偕茉吹牟▌?dòng)性、間歇性等不確定性因素對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了挑戰(zhàn)。通過(guò)發(fā)展智能電網(wǎng)，運(yùn)用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、協(xié)調(diào)控制技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)包括風(fēng)能、太陽(yáng)能在內(nèi)的各類(lèi)能源資源的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和合理控制，改善新能源發(fā)電的功率輸出特性，有效解決可再生能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)帶來(lái)的技術(shù)問(wèn)題，擴(kuò)大市場(chǎng)消納空間，從而更好地推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，降低對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴(lài)。同時(shí)，智能電網(wǎng)對(duì)于保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、提供多元開(kāi)放電力服務(wù)、推動(dòng)戰(zhàn)略型新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面發(fā)揮著巨大作用[2]。因此，發(fā)展智能電網(wǎng)是構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)在需求?？梢赃@樣認(rèn)為，全球能源互聯(lián)網(wǎng)是Internet式的智能電網(wǎng)，是智能電網(wǎng)的延伸和發(fā)展。

3 構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的可行性

在當(dāng)前的科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平下，構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)具有現(xiàn)實(shí)可行性。一方面，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和新材料的應(yīng)用，風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能等清潔能源開(kāi)發(fā)效率不斷提高，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力逐步增強(qiáng)，新能源將逐漸成為未來(lái)世界的主導(dǎo)能源。另一方面，特高壓技術(shù)、智能電網(wǎng)技術(shù)的研究和工程實(shí)踐，特別是我國(guó)的特高壓交直流輸電工程和智能電網(wǎng)的成功建設(shè)，為構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，創(chuàng)造了條件。

多年來(lái)各國(guó)開(kāi)展了一系列特高壓關(guān)鍵技術(shù)和相關(guān)設(shè)備的制造研究探索工作，特高壓技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)不同區(qū)域間電網(wǎng)的互聯(lián)互通和優(yōu)化配置。特別是我國(guó)特高壓交直流輸電工程的成功運(yùn)行，表明依托特高壓技術(shù)建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)是可行的。蘇聯(lián)是世界上最早開(kāi)展特高壓技術(shù)研究的國(guó)家之一，也是迄今為止除了中國(guó)外唯一擁有特高壓輸電工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的國(guó)家。隨后美國(guó)、日本、意大利等國(guó)也于20世紀(jì)60年代末70年代初根據(jù)各國(guó)電力發(fā)展需求開(kāi)展對(duì)特高壓輸電技術(shù)的可行性研究。2004年以來(lái)，中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司立足自主創(chuàng)新，聯(lián)合各方力量，組織開(kāi)展了特高壓電網(wǎng)研究論證、科技攻關(guān)、規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備研制和建設(shè)運(yùn)行等工作，實(shí)現(xiàn)了特高壓輸電從交流到直流、從理論到實(shí)踐的全面突破，驗(yàn)證了特高壓電網(wǎng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性。截至2014年底，我國(guó)已建成投運(yùn)了3條特高壓交流線路和6條特高壓直流輸電線路，在運(yùn)在建特高壓輸電線路長(zhǎng)度近1.6萬(wàn)千米，變電（換流）容量近1.6億千瓦[2]。各國(guó)特高壓技術(shù)的探索與實(shí)踐，使得全球能源的互聯(lián)變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。

智能電網(wǎng)具有支撐大規(guī)模清潔能源發(fā)展、適應(yīng)多樣用戶需求、實(shí)現(xiàn)故障自愈、提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等顯著優(yōu)勢(shì)[5]，為全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。由于各國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r、電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀和資源分布不同，智能電網(wǎng)發(fā)展的側(cè)重點(diǎn)也不盡相同。美國(guó)、日本主要側(cè)重于升級(jí)和更新現(xiàn)有電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，提高供電可靠性，最大限度地利用信息通信技術(shù)，促進(jìn)電網(wǎng)的現(xiàn)代化，積極發(fā)展清潔能源、推廣電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)及示范應(yīng)用；歐洲主要側(cè)重于研究和解決電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電，尤其是大規(guī)模海上風(fēng)電的消納、分布式能源并網(wǎng)和需求側(cè)管理等方面；我國(guó)的智能電網(wǎng)建設(shè)涵蓋發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度等各領(lǐng)域。截至2014年底，國(guó)家電網(wǎng)公司累計(jì)安排智能電網(wǎng)試點(diǎn)項(xiàng)目38類(lèi)358項(xiàng)，建成試點(diǎn)項(xiàng)目32類(lèi)305項(xiàng)[3]。各國(guó)的智能電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展，對(duì)于全球能源互聯(lián)網(wǎng)的智能化發(fā)展提供了技術(shù)支持和實(shí)踐基礎(chǔ)。

4 電網(wǎng)互聯(lián)的發(fā)展?fàn)顩r

電網(wǎng)發(fā)展具有規(guī)模效益，大電網(wǎng)互聯(lián)是全球電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，全球能源互聯(lián)網(wǎng)的核心內(nèi)容就是實(shí)現(xiàn)全球電網(wǎng)互聯(lián)。目前世界各國(guó)都在加快電網(wǎng)互聯(lián)的進(jìn)程，規(guī)模在不斷擴(kuò)大。

20世紀(jì)30-50年代，大規(guī)模水電的開(kāi)發(fā)推動(dòng)了北美電網(wǎng)的第一次大發(fā)展并隨著電力需求的高速增長(zhǎng)，逐漸形成了北美互聯(lián)電網(wǎng)，目前北美電網(wǎng)呈現(xiàn)4個(gè)同步電網(wǎng)異步互聯(lián)的格局，由美國(guó)、加拿大、墨西哥的部分電網(wǎng)互聯(lián)組成；1958年歐洲互聯(lián)電網(wǎng)開(kāi)始形成，首先形成的是西歐聯(lián)合電網(wǎng)，隨后與歐洲中部電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，目前歐洲電網(wǎng)主要由歐洲大陸電網(wǎng)、北歐電網(wǎng)、波羅的海電網(wǎng)、英國(guó)電網(wǎng)、愛(ài)爾蘭電網(wǎng)等5個(gè)跨國(guó)互聯(lián)電網(wǎng)以及冰島、塞浦路斯2個(gè)獨(dú)立電網(wǎng)構(gòu)成，最近歐洲各國(guó)共同發(fā)布?xì)W洲超級(jí)電網(wǎng)計(jì)劃，該計(jì)劃將覆蓋整個(gè)歐洲并與非洲沙漠的太陽(yáng)能站連接實(shí)現(xiàn)洲際能源傳輸；世界上最大的同步電網(wǎng)是俄羅斯—波羅的?；ヂ?lián)電網(wǎng)，該電網(wǎng)橫跨8個(gè)時(shí)區(qū)。此外，南美洲、非洲南部、海灣地區(qū)也逐步實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)的互聯(lián)[3]。

我國(guó)電網(wǎng)歷經(jīng)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，目前已經(jīng)形成了華北、華東、東北、西北、南方、西藏等六個(gè)同步電網(wǎng)，除臺(tái)灣外，實(shí)現(xiàn)了全國(guó)聯(lián)網(wǎng)。在跨國(guó)聯(lián)網(wǎng)方面我國(guó)與周邊國(guó)家俄羅斯、蒙古國(guó)、哈薩克斯坦、巴基斯坦等國(guó)實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)的互聯(lián)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，全球能源互聯(lián)已不僅僅是停留在經(jīng)濟(jì)學(xué)家對(duì)未來(lái)能源的構(gòu)想中，我們找到了實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與可再生能源融合”的途徑并已落地生根。全球能源互聯(lián)網(wǎng)是全球能源可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，它的形成與發(fā)展將對(duì)人類(lèi)的社會(huì)生活、地球的自然生態(tài)環(huán)境和各國(guó)的發(fā)展?fàn)顩r產(chǎn)生重大影響。借助全球能源互聯(lián)網(wǎng)，人類(lèi)文明將走向更高階段，政治和諧、生態(tài)和諧、人類(lèi)和諧的場(chǎng)景將在全球范圍內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)，開(kāi)啟世界文明的新篇章。

［1］[美]杰里米·里夫金.第三次工業(yè)革命[M].張?bào)w偉,孫豫寧,譯.北京:中信出版社,2012.

［2］劉振亞.中國(guó)電力與能源[M].北京:中國(guó)電力出版社,2012.

［3］劉振亞.全球能源互聯(lián)網(wǎng)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2015.

［4］曾鳴,王世成.全球能源互聯(lián)推動(dòng)能源社會(huì)可持續(xù)發(fā)展[J].中國(guó)電力企業(yè)管理,2015,4:14-17.

［5］董朝陽(yáng),趙俊華,文福拴,等.從智能電網(wǎng)到能源互聯(lián)網(wǎng):基本概念與研究框架[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2014,38(15)：1-11.