1 中东地区的能源和电力发展
按照国际能源署(IEA)的定义，本研究确定的中东地区包括：北非五国(摩洛哥，突尼斯，阿尔及利亚，利比亚和埃及); 黎凡特阿拉伯国家(黎巴嫩，叙利亚，约旦和巴勒斯坦); 阿拉伯半岛八国(沙特阿拉伯，科威特，伊拉克，巴林，卡塔尔，阿拉伯联合酋长国，阿曼和也门)以及伊朗和土耳其，如图1所示。
图1 中东地区示意图
中东地区在全球能源尤其是石油和天然气议程中占有重要的地位。与这个地区相关的挑战是能源安全、国家和地区能源的可持续性以及能源的适当利用。
全球石油储量相当于2016年底的17067亿桶(2407亿吨)石油。就本研究确定的中东地区储量而言，等于878亿桶，占全球探明储量的51.4%。中东地区的总人口约为4.5亿。因此，该地区人均石油资源量为1951桶，储量/产量比为70。图2给出了2016年全球各地石油储量的份额。
图2 2016年全球各地石油储量的份额
中东地区探明天然气储量总量相当于87.2万亿立方米，占全球天然气储量的46.7%。中东是世界上研究能源消费和能源未来发展的重要地区。其全球能源消费份额达到8.8%。天然气在中东的能源消耗达到了创纪录的51.5%。中东在能源出口方面仍然占有重要的地位，占全球原油出口的46%以上。图3给出了中东的一次能源生产和消费情况。
图3 中东能源生产和消费
电力只是几种能源商品之一，而电力经济的生产和用电量是其规模和发展水平的基本表征指标。虽然中东一些国家出口电力，但大部分产品是用于国内消费的。在中东，电力主要用于应对极端的气候。电力和水之间的强相互联系已经被称为能源/水联系。而且空调是另一个高度用电的过程，并保证了夏季人们的生活需求。中东沙漠地区的现代生活没有电力供应是难以想象的。
在中东地区，2016年的最终用电量为1400 TWh，为全球电力消耗的6.7%。 2016年中东地区电力消费量最高的四个国家，沙特阿拉伯，伊朗，土耳其和埃及占中东地区电力消费的63.2%。沙特阿拉伯以20.5%的比例占最大份额。2016年发电量为1750亿千瓦时，占全球发电量的6.8%。四大电力生产国与中东地区消费国保持一致，占全区发电量的62.2%，其中沙特阿拉伯占22.2%。中东的电力生产和消费如图4所示。
图4 中东的电力生产和消费
在中东地区，电力容量为610 TW，占2016年全球电力容量的6.0%。中东地区的四个最高容量国家伊朗，土耳其，沙特阿拉伯和埃及占中东地区的62.2%电量。伊朗占比最大，为19.1%。 2016年该地区输配电损失为223.1亿千瓦时，输配电损失率为12.1%，是世界标准的150%。而显然中东地区发电和输电的电力基础设施还需要改进。
中东地区的可再生能源十分丰富，自然资源独特：阳光充足，风力强劲，并且在少数地方拥有强大的河流。根据世界银行的估计，该地区接收的全部太阳能占地球太阳能资源的22%至26%。这意味着每平方公里每年太阳能的潜能相当于从1-2百万桶石油中产生的能量。在中东地区，直接正常辐射和全球水平辐照度在2000到2500 KWh / 平方米/年之间 。就该地区的风能而言，这是目前可再生能源技术成本最低的一种。在中东地区，风力发电潜力巨大，特别是阿曼，埃及和摩洛哥，风力发电机组每年全负荷运行时数超过2400小时。
从2008年到2016年，该地区的非水电可再生能源发电量增长了十倍，达到近23 TWh，比传统能源的增长速度快很多。虽然风能是中东地区最大的可再生能源，但近年来太阳能发电量增长速度最快。截至2016年3月，该地区现有可再生能源项目总发电量超过57 GW。新建的可再生能源发电厂3.4万千瓦。这些项目中约66%是风能和太阳能，总计分别为0.9 GW和1.3 GW。土耳其，埃及和摩洛哥在该地区是风力发电的主要国家。就该地区的可再生能源发电容量而言，土耳其，伊朗和埃及在目前情况下分别为34 GW，10 GW 和3.6 GW。尽管土耳其和伊朗在可再生能源发电方面排名前二，但均以水电为基础。在风能和太阳能方面，摩洛哥和巴勒斯坦在这个地区位居前列。而且，其他国家，特别是沙特阿拉伯，也正在开展可再生能源项目。
2 中东地区电网的互联互通
近年来，中东国家经济快速发展。经济高速增长引发了重大的能源需求，特别是电力需求。随着新增发电量的增加，输配电网基础设施也需要改善。同时，能源需求巨大，国内唯一的能源不足以满足电力行业的需求，促进了能源和电力的进口。图5给出了中东地区现有和计划中的互联电网。西班牙和意大利也参与了互联。中东国家主要的区域能源互联计划包括三个互联系统：
• 马格里布地区能源互联
• 八国地区能源互联
• 海湾合作委员会(GCC)区域能源互联
图5 中东地区现有和计划中的电网互联
虽然这三个区域能源互联已经建成一段时间，但由于不同的挑战和问题，中东国家之间的电力贸易依然很少。目前，中东地区的电力交易量是世界上最低的，尽管预计中东电网完全整合后，满足不断增长电力需求的投资成本可能会降低35%。 海湾合作委员会与其他中东国家之间不存在电网能源互联等实际挑战使得它们之间的贸易目前受到限制。本地区大多数国家垂直一体化电力市场等结构性和制度性的挑战导致了国有垄断，使得国际贸易更为复杂。此外，中东国家监管机构的独立和知情的第三方也很少，这对传统能源体系的电力行业监管构成了挑战。马格里布地区能源互联始于20世纪50年代，包括摩洛哥，阿尔及利亚和突尼斯。马格里布地区电力互联进出口总量如图6所示。
图6 马格里布地区的电力进出口总量
八国地区能源互联由埃及，伊拉克，约旦，叙利亚和土耳其于1988年发起。图7给出了八国地区电力进出口总量。
图7 八国地区电力进出口总量
海湾合作委员会(GCC)的区域能源互联涉及六个成员国-科威特，沙特阿拉伯，巴林，卡塔尔，阿联酋和阿曼，成立于1981年5月。与其他两个区域互联不同的是，海湾合作委员会地区的电力交换实体和监管环境要好得多。高压直流的强大功能和高传输能力使在该地区实现了高水平的电力供应稳定性和可靠性。海合会地区的发电装机容量估计为148 GW，几乎占中东发电容量的50%。该地区各种可再生能源发电的发展规模为：并网风电65 GW，离网风电34 GW，并网太阳能光伏发电505 GW，离网太阳能光伏发电283 GW，总计888 GW的潜在发电量。这一数据是现有海湾合作委员会总装机容量的6倍以上。
3 中东地区电网互联推动技术进步
基于中东地区目前的电力联网形势，可再生能源的高渗透率成为电网互联的技术难题。为了向海上风电场等偏远地区输送可再生能源，需要开发新型可再生能源集成技术，储能技术，电网互联技术以及智能需求管理技术。 对于大规模的可再生能源一体化，有两种不同的方法可以应用，即所谓的基于电压源换流器的高压直流电网技术和分频输电系统。
除了可再生能源与电网的集成，高压直流输电(HVDC)和柔性交流输电系统(FACTS)是解决系统传输难题的电网互联技术。目前，海湾合作委员会的区域能源互联已经在使用高压直流输电，建设或规划中的许多互联项目也考虑了高压直流输电技术。高压直流输电技术主要包括传统高压直流输电技术 (LCC HVDC)和基于电压源换流器的柔性高压直流输电 (VSC HVDC)。基于电压源换流器的柔性高压直流输电技术可能是多端直流电网或海上风电场集成的首选方案。同时，高压直流输电技术的技术进步也推动了传统高压直流输电技术的发展。比如新型柔性传统高压直流输电技术的出现可消除换相失败，也可提供快速的动态无功/电压控，在远距离大容量电力传输方面极具潜力。
作者介绍
张小平: 伯明翰大学电子、电气与系统工程系教授。主要从事全球能源互联网，能源共同体，智能电网，电力系统规划与运行、传统高压直流输电/柔性直流电/柔性交流输电系统的实时仿真、新能源的系统稳定性与控制、电力市场与需求侧管理等领域的研究工作。张小平教授是中英智能电网论坛的创始人，并在国际上较早推动全球电力能源互联网，能源共同体，伯明翰能源谷，能量质量 (Energy Quality) 的概念及相关学术活动。
欧明宇： 伯明翰大学硕士研究生。主要研究方向为能源互联网及电力系统规划。
宋燕敏：中国电力科学研究院教授级高级工程师。主要研究方向为电网调度自动化、全球能源互联网、电力市场、可再生能源、电力系统规划等。
李晓露：博士，上海电力学院电气工程学院研究员。主要从事电网调度自动化、电力企业信息集成、能源互联网、电力市场、电网运行态势感知技术、电力系统分析与运行技术等领域的研究工作。
