全球能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與研究展望

孫偉卿, 田坤鵬, 談一鳴, 曾平良

(1.上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，上海 200093；2.中國電力科學(xué)研究院，北京 100192)

全球能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與研究展望

孫偉卿1, 田坤鵬1, 談一鳴1, 曾平良2

(1.上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，上海 200093；2.中國電力科學(xué)研究院，北京 100192)

建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)，是實(shí)現(xiàn)全球清潔能源大規(guī)模開發(fā)與廣域配置、推動世界能源變革的必由之路，其對于減少污染物和二氧化碳排放、以清潔和綠色方式滿足全球電力需求、改變?nèi)祟愇拿靼l(fā)展方式具有重要意義。基于智能電網(wǎng)、特高壓、清潔能源的實(shí)質(zhì)，介紹了全球能源互聯(lián)網(wǎng)的基本概念、總體布局和發(fā)展階段，以及歐洲—非洲、亞洲—?dú)W洲等世界主要洲際互聯(lián)電網(wǎng)的發(fā)展實(shí)踐與未來規(guī)劃，并對具有互聯(lián)潛力的洲際電網(wǎng)進(jìn)行了展望。總結(jié)了特高壓輸電技術(shù)、廣義儲能技術(shù)、高級量測體系等全球能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，對全球能源互聯(lián)網(wǎng)的電網(wǎng)廣域運(yùn)行決策分析、各參與主體利益的規(guī)劃和運(yùn)行決策理論、“清潔替代”與“電能替代”等熱點(diǎn)問題進(jìn)行了探討和展望。

電力; 全球能源互聯(lián)網(wǎng); 可再生能源; 智能電網(wǎng); 特高壓; 儲能技術(shù); 碳排量

0 引言

自第二次工業(yè)革命以來，人類社會對電能的需求迅猛增長。據(jù)英國石油公司(British petroleum,BP)統(tǒng)計(jì)，2015年世界總發(fā)電量約為24 098 TWh[1]。雖然近年來，以風(fēng)電和光伏為代表的可再生能源得到了快速發(fā)展，但目前人類消耗的電能仍有約70%來自化石燃料電廠。這些電廠在提供電能的同時(shí)也大幅增加了污染物和二氧化碳的排放量，對全球氣候變化造成了巨大影響。

對此，世界各個(gè)國家和組織制定了二氧化碳減排目標(biāo)。例如，歐盟于2007年提出“20-20-20”目標(biāo)，即到2020年，在1990年的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)二氧化碳排放量減少20%、能耗減少20%、可再生能源在能源消耗中所占份額達(dá)到20%[2]的目標(biāo)。中國作為全球二氧化碳排放量大國，制定發(fā)布了《中國應(yīng)對氣候變化國家方案》、《國家應(yīng)對氣候變化規(guī)劃(2014-2020年)》等相關(guān)文件。在減少二氧化碳排放量的過程中，低碳電力[3]是重中之重，唯有在電源側(cè)實(shí)現(xiàn)電能的低碳供給，才能從根本上降低二氧化碳的排放量。

可再生能源主要包括水能、風(fēng)能、太陽能、海洋能等，其資源豐富、開發(fā)潛力巨大。但其出力的不確定性導(dǎo)致其難以大規(guī)模就地消納。2014年7月，時(shí)任國家電網(wǎng)公司董事長的劉振亞在美國 IEEE 會議上發(fā)表署名文章，提出構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)(global energy internet,GEI)。2015年9月，中國國家主席習(xí)近平在第70屆聯(lián)合國大會可持續(xù)發(fā)展峰會上發(fā)表的重要講話中倡議，探討構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，以清潔、綠色方式滿足全球電力需求。

本文介紹了全球能源互聯(lián)網(wǎng)的基本概念以及目前世界上主要洲際互聯(lián)電網(wǎng)的建設(shè)情況，分析了建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，并展望了研究趨勢。

1 全球能源互聯(lián)網(wǎng)基本概念

全球能源互聯(lián)網(wǎng)是以特高壓為骨干網(wǎng)架(通道)，以輸送清潔能源為主導(dǎo)，全球互聯(lián)、泛在的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。全球能源互聯(lián)網(wǎng)將由跨國、跨洲骨干網(wǎng)架和各國各電壓等級電網(wǎng)(輸電網(wǎng)、配電網(wǎng))構(gòu)成，連接“一極一道”(北極、赤道)和各洲大型能源基地，適應(yīng)各種分布式電源需要，將風(fēng)能、太陽能、海洋能等可再生能源輸送給各類用戶[4]。其實(shí)質(zhì)是“智能電網(wǎng)+特高壓+清潔能源”，總體布局如圖1所示。

圖1 全球能源互聯(lián)網(wǎng)布局示意圖

全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)按照洲內(nèi)互聯(lián)、洲際互聯(lián)、全球互聯(lián)三個(gè)階段推進(jìn)。

第一階段(當(dāng)前～2020年)：到2020年，在現(xiàn)有電網(wǎng)格局的基礎(chǔ)上，由西部不同資源類型的電網(wǎng)互聯(lián)形成西部電網(wǎng)，由東部主要受電地區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)形成東部電網(wǎng)，從而形成送、受端結(jié)構(gòu)清晰，交流和直流協(xié)調(diào)發(fā)展的兩個(gè)同步電網(wǎng)格局。

第二階段(2020年～2030年)：到2025年，建設(shè)東、西部電網(wǎng)同步聯(lián)網(wǎng)工程，國家電網(wǎng)形成一個(gè)同步電網(wǎng)的格局。到2030年，建成西南水電基地，東北、西北等能源基地，與周邊俄羅斯、蒙古、哈薩克斯坦等國家形成互聯(lián)。

第三階段(2030年～2050年)：大規(guī)模開發(fā)北極風(fēng)電、赤道太陽能資源，建設(shè)全球可再生能源基地，洲際間多類型電力交互效益顯現(xiàn)，全球能源互聯(lián)網(wǎng)初具規(guī)模。到2050年，全球風(fēng)能、太陽能等可再生能源基地全面開發(fā)，可再生能源發(fā)電替代化石能源占據(jù)絕對比重，化石能源的開發(fā)、輸送和消費(fèi)規(guī)模急劇下降，全球能源互聯(lián)網(wǎng)全面建成。

與此同時(shí)，全球能源互聯(lián)網(wǎng)具備網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)、廣泛互聯(lián)、高度智能、開放互動四個(gè)重要特征，可實(shí)現(xiàn)能源傳輸、資源配置、市場交易、產(chǎn)業(yè)帶動、公共服務(wù)五個(gè)主要功能。

2 洲際互聯(lián)電網(wǎng)

2.1 歐洲—非洲互聯(lián)電網(wǎng)

為實(shí)現(xiàn)“20-20-20”目標(biāo)，同時(shí)保證歐洲電網(wǎng)供電的安全性和可靠性、改善歐洲電力市場的整體效益，Stijn Cole、TilKristian Vrana等歐洲學(xué)者于2008年提出建設(shè)一個(gè)泛歐洲的輸電網(wǎng)絡(luò)，即“超級電網(wǎng)”[5]。歐洲作為全球重要的電力負(fù)荷之一，其超級電網(wǎng)的主要建設(shè)目的在于解決北極風(fēng)電、北海風(fēng)電[6]以及南歐和北非太陽能的接入問題，實(shí)現(xiàn)歐洲電力負(fù)荷的清潔供給[7]。歐洲超級電網(wǎng)可再生能源分布如圖2所示。

圖2 歐洲超級電網(wǎng)可再生能源分布示意圖

為促進(jìn)地中海沿岸以及北非太陽能資源的開發(fā)與利用，歐盟和地中海沿岸的北非、中東地區(qū)等43個(gè)國家共同制定，并于2008年啟動了地中海太陽能計(jì)劃(mediterranean solar plan，MSP)，希望借助集中式太陽能發(fā)電(concentrated solar power,CSP)技術(shù)提高地中海周邊國家的太陽能發(fā)電能力，并可出口歐盟。

歐洲—非洲互聯(lián)電網(wǎng)的建設(shè)起步較早，其實(shí)踐工程中遇到的關(guān)于高壓直流輸電技術(shù)、儲能技術(shù)、潮流調(diào)節(jié)與控制，乃至政治與經(jīng)濟(jì)等方面的問題與困難，為我國超級電網(wǎng)乃至全球能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)提供了很好的經(jīng)驗(yàn)與啟示[8]。

2.2 亞洲—?dú)W洲互聯(lián)電網(wǎng)

亞洲與歐洲存在較為顯著的時(shí)區(qū)差異，且負(fù)荷特性具有較好的互補(bǔ)關(guān)系，因此亞洲—?dú)W洲互聯(lián)電網(wǎng)具有良好的發(fā)展前景?？紤]到歐亞自然資源和電力負(fù)荷分布，未來亞洲—?dú)W洲互聯(lián)電網(wǎng)優(yōu)先考慮建設(shè)“中國—中亞—中歐”北通道和“東南亞—印度—南歐”南通道。

在北通道上，我國新疆地區(qū)風(fēng)能和光能資源豐富，擁有達(dá)坂城、準(zhǔn)格爾盆地等九大風(fēng)區(qū)，根據(jù)國家氣象局風(fēng)能太陽能評估中心劃分標(biāo)準(zhǔn)，居全國前列。其可裝機(jī)容量約為330 GW，太陽年日照小時(shí)數(shù)為2 550～3 500 h，輻射照度為5 500～6 600 MJ/m2。與此同時(shí)，新疆位于我國“一帶一路”國家戰(zhàn)略中絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的核心區(qū)域，良好的自然資源與地理位置優(yōu)勢，使得我國新疆及西北可再生能源基地在亞洲—?dú)W洲互聯(lián)電網(wǎng)中的地位顯得極其重要。另一方面，中亞五國(哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、吉爾吉斯斯坦、土庫曼斯坦、塔吉克斯坦)可再生能源資源豐富，具有很好的開發(fā)潛力。但隨著中亞五國近年來經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定增長，電力緊缺問題日益顯現(xiàn)，其中又以哈薩克斯坦最為明顯。哈薩克斯坦是俄羅斯在獨(dú)聯(lián)體內(nèi)最大的電力出口對象國。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年其從俄羅斯進(jìn)口的電量達(dá)6.4億kWh，約占其全國用電量的8%。因此，在我國新疆和中亞地區(qū)建設(shè)可再生能源基地，不但可以滿足該地區(qū)自身的電力需求，還能向我國東部以及歐洲中部負(fù)荷中心輸送電能。

在南通道上，東南亞水電資源豐富，中東太陽能資源豐富。因此，南通道以此為支撐連接印度和歐洲南部，實(shí)現(xiàn)該通道上可再生能源的優(yōu)化配置。東南亞具有相對較高的人口密度，并在全世界范圍內(nèi)保持較高的GDP增長速率(不丹7.6%、老撾7.5%、印度7.3%、越南6.6%、緬甸6.5%，2015年數(shù)據(jù))，未來將釋放電力消費(fèi)的強(qiáng)勁增長動力。目前，中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司通過云南、廣西，已經(jīng)形成了三回220 kV、三回110 kV線路向越南送電的格局，供電區(qū)域遍及越南老街等七省。除此之外，南京電網(wǎng)還計(jì)劃在2016年～2020年，向越南累計(jì)送電75億kWh。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自2004年9月第一條中越電力聯(lián)網(wǎng)線路架通以來，南方電網(wǎng)已累計(jì)向越南北部送電達(dá)320億kWh。

2.3 其他洲際互聯(lián)電網(wǎng)

除了上述介紹的歐洲—非洲和亞洲—?dú)W洲互聯(lián)電網(wǎng)以外，世界其他大洲和國家之間也存在互聯(lián)電網(wǎng)的需求與潛力。例如，日本提議建設(shè)“亞洲超級電網(wǎng)”，采用超高壓直流輸電技術(shù)連接中國、日本、俄羅斯、韓國、蒙古等國，將俄羅斯遠(yuǎn)東的水電，中國內(nèi)蒙古以及蒙古境內(nèi)的風(fēng)能、太陽能等可再生能源和電力輸送至中國東部沿海及日韓負(fù)荷中心，形成跨國互聯(lián)電網(wǎng)，如文獻(xiàn)[9]中的“泛東亞能源互聯(lián)網(wǎng)”。

此外，亞洲—非洲聯(lián)網(wǎng)可與歐洲—非洲和亞洲—?dú)W洲互聯(lián)電網(wǎng)形成大聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)歐亞非大陸可再生能源的優(yōu)化配置與消納；北美洲—南美洲聯(lián)網(wǎng)有利于利用氣候和季節(jié)差異，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷特性的互補(bǔ)；大洋洲—亞洲聯(lián)網(wǎng)，可將澳大利亞沙漠地區(qū)的太陽能和西北部的海上風(fēng)能供應(yīng)給亞洲；亞洲—北美洲和歐洲—北美洲聯(lián)網(wǎng)則可利用較大的時(shí)區(qū)差產(chǎn)生顯著的錯(cuò)峰效益。

3 全球能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 特高壓輸電技術(shù)

全球能源互聯(lián)網(wǎng)以特高壓輸電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，可實(shí)現(xiàn)全球可再生能源的大規(guī)模、大范圍配置。因此，特高壓輸電技術(shù)是關(guān)鍵。目前，交、直流各電壓等級的輸電容量與輸電距離如表1、表2所示[10]。

表2 直流電壓等級額定輸電容量與輸電距離

在特高壓交流輸電[11]方面，我國國家電網(wǎng)公司克服了電壓控制、外絕緣配置、電磁環(huán)境控制等一系列難題，于2009年建成投運(yùn)晉東南—南陽—荊門交流1 000 kV特高壓輸電線路。該線路全長654 km，具備穩(wěn)定輸送5 GW電力的能力，已成為世界首條實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營的特高壓交流輸電線路。

在特高壓直流輸電方面，我國國家電網(wǎng)公司克服了因電壓提升帶來的復(fù)雜環(huán)境下的絕緣和電磁問題，以及超大容量換流技術(shù)等難題，于2016年開工建設(shè)準(zhǔn)東—皖南±1 100 kV特高壓直流輸電工程。其換流容量達(dá)24 GW，線路全長3 324 km，計(jì)劃于2018年建成投運(yùn)。

與特高壓交流輸電系統(tǒng)相比，直流系統(tǒng)具有工程造價(jià)低、節(jié)省輸電走廊、輸電效率高、調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點(diǎn)，而且系統(tǒng)穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)非同步聯(lián)網(wǎng)功能。此外，在高壓直流輸電(high voltage direct current, HVDC)基礎(chǔ)上，多端直流輸電技術(shù)[12](multi-terminal HVDC，MTDC)和柔性直流輸電技術(shù)[13](voltage source converter based multi-terminal HVDC,VSC-MTDC)為構(gòu)建直流輸電網(wǎng)絡(luò)提供了更多的解決方案。但是，在實(shí)踐中仍需結(jié)合工程實(shí)際，綜合評價(jià)后選擇交、直流輸電方案[14]。

3.2 廣義儲能技術(shù)

狹義的儲能技術(shù)包括物理儲能(如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等)、化學(xué)儲能(如鈉硫電池、新型鋰電池等)、電磁儲能(如超導(dǎo)磁儲能、超級電容器儲能等)和相變儲能(如冰蓄冷等)四類[15]。圖3給出了各類儲能技術(shù)的成熟程度示意圖。

圖3 各類儲能技術(shù)的技術(shù)成熟度示意圖

目前能夠應(yīng)用于電網(wǎng)削峰填谷的大型電網(wǎng)級儲能設(shè)備基本只有抽水蓄能和電池儲能兩種。抽水蓄能技術(shù)成熟，儲能成本較低，已被大規(guī)模應(yīng)用。截至2014年底，全球投運(yùn)約1.5億kW儲能項(xiàng)目，其中99%以上是抽水蓄能電站。但抽水蓄能電站的建設(shè)受地理和水文環(huán)境的約束較大。電池儲能能量密度高，但制造和運(yùn)行成本較高。

全球能源互聯(lián)網(wǎng)在廣域范圍內(nèi)大規(guī)模配置和使用可再生能源，為平抑可再生能源的波動性，對儲能容量的需求極大，僅僅依靠現(xiàn)有的儲能技術(shù)無法滿足其經(jīng)濟(jì)上的需求。因此，必須將狹義的儲能技術(shù)加以拓展，即利用廣義儲能技術(shù)調(diào)節(jié)電網(wǎng)運(yùn)行。

廣義儲能，也稱虛擬儲能[16]，指的是一切能夠改變電能時(shí)空特性,在電能供需之間發(fā)揮緩沖調(diào)節(jié)作用的設(shè)備和措施，包括負(fù)荷響應(yīng)和負(fù)荷管理、電動汽車充放電管理[17]、多能源互聯(lián)系統(tǒng)[18](如電轉(zhuǎn)熱儲能、電轉(zhuǎn)氣儲能等)。廣義儲能容量潛力巨大，經(jīng)濟(jì)效益顯著，是未來電力系統(tǒng)的重點(diǎn)研究和發(fā)展方向之一。

3.3 高級量測體系

全球能源互聯(lián)網(wǎng)是集能源傳輸、資源配置、市場交易、信息交互、智能服務(wù)于一體的“物聯(lián)網(wǎng)”，是共建共享、互聯(lián)互通、開放兼容的“巨系統(tǒng)”。應(yīng)用高級量測體系(advanced metering infrastructure,AMI)[19]測量、收集、儲存、分析、運(yùn)用和傳送用戶用電數(shù)據(jù)、電價(jià)信息和系統(tǒng)運(yùn)行狀況，可實(shí)現(xiàn)量測設(shè)備的互聯(lián)互通，是實(shí)現(xiàn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)智能化、互動化和大電網(wǎng)運(yùn)行控制的重要基礎(chǔ)。借助AMI，電網(wǎng)與用戶實(shí)現(xiàn)了雙向互動，使電力用戶逐漸從傳統(tǒng)的剛性負(fù)荷向柔性負(fù)荷[20]轉(zhuǎn)變，成為電力系統(tǒng)運(yùn)行和互操作的重要參與主體。與此同時(shí)，AMI通信過程中的信息安全問題，海量數(shù)據(jù)帶來的云存儲和云計(jì)算[21]問題，以及提取有價(jià)值信息的大數(shù)據(jù)技術(shù)，都將成為建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。

4 全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究探討

4.1 電網(wǎng)的廣域運(yùn)行決策分析

建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)全新的研究課題，雖然可以部分借鑒傳統(tǒng)的電網(wǎng)分析理論，但并不完全適用。其原因在于：傳統(tǒng)電網(wǎng)分析理論主要研究單一系統(tǒng)在較小時(shí)區(qū)跨度范圍內(nèi)的系統(tǒng)運(yùn)行特性，其電源和負(fù)荷相對獨(dú)立；而全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究的是在廣域范圍內(nèi)互聯(lián)的多個(gè)系統(tǒng)，橫跨多個(gè)國家和時(shí)區(qū)，因此其電源和負(fù)荷具有較強(qiáng)的相關(guān)性和互補(bǔ)性。

一方面，對于電源而言，大型風(fēng)電和光伏基地出力之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性，即由于所處地理位置的相關(guān)性，造成風(fēng)電或光伏，乃至風(fēng)和光之間出力的相關(guān)性[22]。對于負(fù)荷而言，受溫度、天氣等因素影響，不同區(qū)域負(fù)荷之間也具有相關(guān)性。

另一方面，不同時(shí)區(qū)的電源和負(fù)荷之間具有互補(bǔ)性[23]。例如，中國新疆的風(fēng)電基地位于東六區(qū)，德國柏林的負(fù)荷中心位于東一區(qū)，兩者之間有5 h的時(shí)差。那就意味著，新疆凌晨0時(shí)的風(fēng)電出力高峰，正好解決柏林下午7時(shí)的用電高峰問題。

因此，研究電網(wǎng)的廣域運(yùn)行決策分析方法，包括網(wǎng)源協(xié)調(diào)規(guī)劃、跨時(shí)區(qū)電力電量平衡等，是決定全球能源互聯(lián)網(wǎng)能否有效運(yùn)行的重要因素之一。

4.2 考慮各參與主體利益的規(guī)劃和運(yùn)行決策理論

傳統(tǒng)電網(wǎng)分析中的市場是統(tǒng)一的，但是在全球能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，市場機(jī)制不盡相同[24]，在分析過程中需統(tǒng)籌考慮全網(wǎng)和各子系統(tǒng)的效益。具體來說，在進(jìn)行全球能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，需對跨區(qū)域間的電力電量平衡進(jìn)行物理層與經(jīng)濟(jì)層的系統(tǒng)集成分析，實(shí)現(xiàn)動態(tài)演繹、分階段規(guī)劃，以此確定互聯(lián)各國的電力貿(mào)易條件、互聯(lián)方式與輸送容量。而在探索全球能源互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行機(jī)制時(shí)，需建立符合各國實(shí)際情況的國際通用電力市場互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，力求以兼容、高效、互補(bǔ)為目標(biāo)，形成全球統(tǒng)一的能源互聯(lián)運(yùn)營系統(tǒng)。

鑒于各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、電網(wǎng)的投資主體、電價(jià)機(jī)制、電力市場開放程度的不同，在建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的過程中必須始終堅(jiān)持“共商、共建、共享、共贏”的原則，考慮各國條件、水平和需求的差異，平等協(xié)商形成因地制宜和普惠的合作機(jī)制，促進(jìn)各方的合作共贏，提高環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會等多方面的綜合效益[25]。

4.3 “清潔替代”與“電能替代”

隨著清潔、可再生能源的大規(guī)模開發(fā)和全球化配置，其經(jīng)濟(jì)性將大幅提高，預(yù)計(jì)2025年前后基本與化石能源發(fā)電成本持平，2030年～2050年將更具競爭優(yōu)勢。結(jié)合環(huán)境成本，到2050年，化石能源、陸上風(fēng)電、光伏發(fā)電成本將分別為20 ￠/kWh、6 ￠/kWh和5 ￠/kWh，明顯的成本優(yōu)勢將促成電能實(shí)現(xiàn)“清潔替代”。

另一方面，電能終端利用效率可達(dá)90%以上，遠(yuǎn)高于煤炭、石油和天然氣的利用效率。伴隨用電成本的大幅下降，以電代煤、以電代油、以電代氣將是大勢所趨。2000年～2015年，全球電能占終端能源消費(fèi)的比重從15.4%提高到19.0%左右，中國從10.9%提高到22%左右。預(yù)計(jì)到2050年，電能占全球終端能源消費(fèi)的比重將超過50%。這就意味著，即使不考慮其他增長因素，僅利用“電能替代”就可使全球電能增長約1.5倍。2003年～2013年，中國能源終端消費(fèi)占比及趨勢如圖4所示。表3給出了2013年世界主要國家和地區(qū)電力能源終端消費(fèi)占比。

圖4 中國能源終端消費(fèi)占比及趨勢圖

國家/地區(qū)占比/%中國 19．89美國 21．75德國 19．82俄羅斯14．73埃及 22．69非洲 9．23

因此，如何量化計(jì)算“電能替代”在各行業(yè)的推進(jìn)程度、區(qū)域“電能替代”對負(fù)荷增長的影響、“電能替代”的驅(qū)動力分析等一系列問題，都是值得深入研究和探討的課題。

5 結(jié)束語

全球能源互聯(lián)網(wǎng)是全球各國對于能源清潔、可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，它將對人類社會發(fā)展方式、地球自然生態(tài)環(huán)境和全球能源資源的重新配置產(chǎn)生重大影響。經(jīng)過國內(nèi)互聯(lián)、洲際互聯(lián)的過程，全球能源互聯(lián)的目標(biāo)終將實(shí)現(xiàn)。面對這一全新課題，廣大電力工作者要把握全球能源互聯(lián)網(wǎng)“智能電網(wǎng)+特高壓+清潔能源”的實(shí)質(zhì)，在關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域有所突破，實(shí)現(xiàn)電能在全球范圍內(nèi)的廣域調(diào)度，實(shí)現(xiàn)各參與主體的合作共贏，實(shí)現(xiàn)各行業(yè)能源消費(fèi)的“清潔替代”與“電能替代”。

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Key Technologies and Research Prospects of Global Energy Internet

SUN Weiqing1, TIAN Kunpeng1, TAN Yiming1, ZENG Pingliang2

(1.School of Optical Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093，China; 2.China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China)

Constructing global energy internet (GEI) is the only way to realize the large-scale development and wide area configuration of global clean energy and to promote the world’s energy revolution.It is of great significance in reducing pollutants and carbon dioxide emissions,meeting global electricity demands in clean and green manner,and changing the way of development of human civilization.Based on the essential nature of the smart grid,ultra high voltage and clean energy,the basic concepts,overall layout ,and the development stage of global energy internet,and development practice and future planning of the world's major intercontinental grid interconnection are introduced,such as European-Africa,Asia-Europe,etc.,and the intercontinental power grids with interconnecting potential are prospected.The current application status and development trend of the key technologies including ultra high voltage transmission technology,the generalized energy storage technology and advanced measurement system of global energy internet are summarized.The hot spots such as analysis of the wide area operation in the research of global energy internet,theory of planning and operation of the interests of the participating subjects,"Clean substitution" and "electric energy substitution" are discussed and prospected.

Electricity; Global energy internet(GEI)； Renewable energy; Smart grid； Ultra high voltage； Energy storage; Carbon emissions

國家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(XT71-15- 040)

孫偉卿(1985—),男，博士，副教授，主要從事智能電網(wǎng)技術(shù)、電力系統(tǒng)規(guī)劃與優(yōu)化、微電網(wǎng)發(fā)電與并網(wǎng)控制技術(shù)的研究。E-mail:sidswq@163.com。

TM727;TH-39

A

10686/j.cnki.issn 1000-0380.201701001

修改稿收到日期：2016-11-22