全球能源互联网战略构想的提出,为全球能源变革和可持续发展找到了一条可行之路。作为世界最大的能源供应与配置系统,全球能源互联网将具有时区差、季节差的各大洲电网连接起来,实现各国电力供需平衡协调,实现世界范围清洁能源大规模开发利用,长期困扰人类发展的能源环境问题将得到有效解决。
构建全球能源互联网,已经具备实践基础和发展条件。以电为中心、全球配置的能源发展格局,决定了电网技术在未来能源发展中的关键性作用,这需要不断提高电网输送能力、配置能力和经济性,加快坚强智能电网技术全面创新,主要包括特高压输电技术和装备、超导输电技术、微电网技术和大电网运行控制技术等,这些技术创新与突破是构建全球能源互联网的重要基础。

中国是世界上最大的发展中国家,也是最大的能源生产国和消费国,能源环境问题尤为突出。近年来,国家电网公司立足中国基本国情和能源资源禀赋,加快建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网,推动能源资源在全国范围优化配置,取得了显著成效。在技术创新和发展规划的引领下,中国已经建成了一批特高压和智能电网重大工程,这些工程的成功建设和运行,为全球能源互联网提供了现实可行的解决方案和技术保障。
大电网互联是全球电网的发展趋势。在新一轮能源革命的驱动下,目前世界主要国家都在积极发展智能电网和清洁能源,推进电网互联,北美互联电网、欧洲互联电网和俄罗斯—波罗的海电网……全球已建成的大型互联电网以及正在推进的跨国、跨洲超级电网,都将成为全球能源互联网的重要组成部分。总体看,各大洲许多国家之间正在形成跨国互联电网,全球电网呈现出显著的互联发展趋势,通过洲内跨国联网,实现跨州联网,再到全球互联,构建全球能源互联网绝非纸上谈兵,而是切切实实地进入了实践阶段。
随着全球清洁能源加快发展,电网互联互通加快推进,特高压输电技术、智能控制技术、信息网络技术的广泛应用,构建全球能源互联网已经具备现实可行性,一条安全、清洁、高效的能源可持续发展之路正在我们脚下延伸。
能源互联网的实践基础
世界能源的创新发展总是在技术探索和工程实践中不断向前推进。全球能源互联网是现代能源电力技术的重大突破和集成创新,其核心是特高压电网和清洁能源发电。近年来,国内外在特高压、智能电网、清洁能源、大电网互联等领域的研究和工程实践,特别是中国坚强智能电网的成功建设,为构建全球能源互联网奠定了坚实基础。
特高压技术
特高压技术包括特高压交流输电技术和特高压直流输电技术,是当前世界电网技术的制高点。自2004年中国全面开始发展特高压以来,在技术、装备等方面取得了重要突破,实现了“中国创造”和“中国引领”。截至2014年底,国家电网公司在特高压输电领域获得专利总计705项,其中发明专利318项,实用新型与外观设计专利387项。国际电工委员会前主席克劳斯˙乌赫勒表示,中国的特高压输电技术在世界上处于领先水平,作为国际标准电压,中国的特高压交流电压标准将向世界推广。近年来,中国建设了一批特高压交流和直流输电工程,全面验证了特高压输电的安全性、经济性和环境友好性。这些工程的成功建设和运行,表明依托特高压技术建设全球能源互联网是可行的。
此外,美国、日本、意大利、印度、巴西等国家在特高压技术方面也开展了研究和建设。
智能电网技术
智能电网是世界电网发展的重要方向,具有支撑大规模清洁能源发展、适应多样用户需求、实现故障自愈、提高运行经济性等显著优势,为全球能源互联网的智能化发展奠定了基础。
中国的智能电网建设涵盖发电、输电、变电、配电、用电、调度等各领域。截至2014年底,国家电网公司累计安排智能电网试点项目38类358项,建成试点项目32类305项。这些示范工程的建成和高效运行,对于全球能源互联网的智能化发展起到了示范和借鉴作用。
清洁能源发展
世界主要国家都高度重视清洁能源的开发利用,并制定了发展目标。在政策、产业、资金的支持下,全球清洁能源发展迅猛。截至2013年底,世界清洁能源发电装机容量约为19.4亿千瓦,约占全部装机容量的33.8%;清洁能源发电量约4.42万亿千瓦˙时,约占全部发电量的19.6%。
近年中国的清洁能源发展迅猛,截至2014年底,清洁能源发电装机容量为4.44亿千瓦,发电量为1.37万亿千瓦˙时。其中水电装机容量为3.02亿千瓦,发电量为10661亿千瓦˙时;风电装机容量为9581万千瓦,发电量为1563亿千瓦˙时,是全球接入风电容量最大、增长速度最快的电网;太阳能发电装机容量2652万千瓦,发电量为231亿千瓦˙时。
大电网互联
全球能源互联网是建立在世界各国坚强电网的基础上的。
中国幅员辽阔,资源和需求呈逆向分布,需要大范围优化配置能源资源,加强全国联网和跨国输电成为必然趋势。目前中国电网已经形成了华北—华中、华东、东北、西北、南方、西藏等六个同步电网,除台湾省外,实现了全国联网,华北与华中通过1000千伏特高压交流同步联网,东北与华北、西北与华中、西北与华北、华中与华东、华中与南方通过直流实现异步联网。
在跨国联网方面,中国也积极开展跨国输电工程实践。目前世界各国都在加快电网互联进程,互联规模不断扩大。北美互联电网、欧洲互联电网和俄罗斯—波罗的海电网是全球能源互联网发展的重要实践。此外,南部非洲、海湾地区、南美洲等地区也逐步实现电网互联。总体看来,各大洲许多国家之间正在形成跨国互联电网,全球电网呈现出显著的互联发展趋势,构建全球能源互联网已经具备了实践基础。
能源互联网相关技术发展
在全球能源互联系统中,保障超高比例的清洁能源安全、可靠、经济、高效的生产和消纳,是电力系统发电、传输、消纳、调度运行和控制技术创新所面临的巨大挑战。《全球能源互联网》指出,技术创新对能源升级发展具有决定性、根本性的作用。在全球能源互联网构建过程中,电力前沿技术创新的重要性将越来越被广泛认知:全球能源互联网发展的重要使命是实现各种类型清洁能源安全可靠接入和消纳;大容量灵活可控的输电技术成为清洁能源接入、传输和疏散的重要途径;可靠高效的电网调度运行控制技术是保障全球能源互联网安全稳定的基础;实用化的储能技术将为清洁能源大规模发展和电网安全经济运行提供保障。综上可知,在全球能源互联网推进过程中,清洁能源及相关配套领域的前沿技术研发和创新必将得到一次空前的发展契机。
在大规模清洁能源接入技术方面,需实现大规模清洁能源电力协调优化配置和灵活多样控制,将可再生能源发电功率预测精度提高到接近负荷预测精度水平,实现大规模可再生能源电力具有与常规电源接近的可调度性。
在分布式电源发电接入技术方面,以先进的电力电子技术、通信技术、量测传感技术作为支撑的智能配电网和微电网技术,将可实现分布式的可再生能源发电与区域内其他电能之间的合理协调和分配,以及配网侧清治能源的“即插即用”式接入。
在输电技术方面,我国自主研发的特高压交/直流输电将作为实现超大范围互联电网骨干网架的主要技术手段而被广泛应用。灵活可控的多端直流输电、柔性直流输电及直流电网技术将在接入和消纳新能源发电中发挥越来越重要的作用。高温超导等领域的科技创新也将为大容量输电提供新的技术解决方案。
在电网运行控制技术方面,大范围资源优化配置将形成一个超大规模的交直流混联大系统,各级电网将实现能量和信息的双向互动。支撑大规模交直混联电网运行的精细化仿真技术,先进保护技术,广域协调、分布自治和灵活互动的电网柔性调度与稳定控制技术等领域将取得突破。
在需求响应技术方面,作为智能配用电的重要组成,需求响应需要通过实时的信息交互、灵活的能源配置、动态的负荷调整,充分发挥分布式电源及储能系统作用,提升客户端能源使用效率,实现源网荷的有机融合及供需平衡,使未来电网成为多能源灵活、可靠配置的理想载体。
在储能技术方面,储能技术不仅能改善清洁能源发电自身的特性,还将从系统角度解决清洁能源发电带来的远距离送出、调峰调频等问题,并利用储能技术实现多种类型能源的有效融合和综合利用,为提高电能在终端能源中的消费比例,实现“电能替代”提供技术支撑。
要实现上述技术创新的目标,中国电力科学研究院将围绕国际、国内电网和电网技术发展的趋势,结合能源、信息、材料等技术的发展和应用,在基础研究、技术研发、工程设计、装备研制等各个环节展开研究和技术创新,通过产学研相结合,打造具有国际先进科研实力的研究团队和平台,为我国能源可持续发展,加快清洁能源前沿技术创新做出贡献。(内容来源于《国家电网报》 由北极星输配电网整理)
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