发展“全球能源互联网”

全国人大代表 秦忠

支撑全球能源互联网的直流输电技术应用及展望

能源是一个国家经济社会发展的基石，是保障国家安全的命脉。人类社会的发展进步，对能源供给、能源结构、能源利用模式提出了新的要求。尤其是进入新世纪以来，化石能源短缺、环境污染严重和全球气候变化等问题日益突出，使得规模化清洁能源电力传输、能源供需广域平衡需求日益强烈。

面对全球能源安全、环境污染和气候变化的严峻挑战，国家电网公司提出依托特高压交流、直流和智能电网技术，发展“全球能源互联网”的重大战略，将能源放在全球经济、社会、环境大格局下统筹发展，统筹全球能源资源开发、配置和利用，实施清洁替代、电能替代，建立以清洁能源为主导的新型全球能源开发、配置和利用体系，能够极大促进可再生能源的开发和消纳，将“一极一道”、各洲各国大型能源基地及各类分布式电源融为一体，增进国际区域间合作，促进世界和平发展，推动世界能源安全、清洁、高效、可持续发展。

全球能源互联网对直流输电技术的重大需求

大容量电能输送与交换将是未来跨洲与跨国电网互联的主要特点之一。根据需求分析，预计2050年，通过北极通道送出的电量规模可达3万亿千瓦时/年，赤道地区电量外送可达9万亿千瓦时/年，合计输送电量占全球用电量需求的16%。同时，跨洲与跨国输电通道一般长达数千公里，北极地区的喀拉海风电基地到中国华北地区的距离为4400千米左右；白令海峡风电基地到中国华北、日本和韩国的输电距离在5000千米左右，而到美国西部负荷中心的距离也有4000千米左右。由此可见，发展输送距离更远、输电容量更大、输电效率更高的输电技术是全球能源互联网的必然趋势。

特高压直流输电技术（UHVDC）具有输送距离远、输送容量大、损耗低、换流站占地面积小、输电走廊小等特点，特别对于远距离大容量的电量输送，具有显著的优势。在构建全球能源互联电网的过程中，特高压直流输电将主要用于大型能源基地超远距离、超大容量电力外送和跨国、跨洲骨干通道建设。目前中国的特高压交直流工程最大输电距离超过2000公里、输电容量达到800万千瓦。随着±1100千伏特高压直流输电技术的全面突破，输电距离将超过5000公里，输电容量达到1200万千瓦。研究结果表明，采用±1100千伏特高压直流输电，不计跨国关税，即使考虑较高的线路与换流站投资造价水平，送、受端间开发成本差达到每千瓦时0.042美元，经济输电距离即可达到5000公里。这个成本已经可以支撑全球各个大型清洁能源基地的远距离经济输电需求。

清洁替代是全球能源互联网一个重要理念。至2013年，全球风电、光伏装机容量分别为3.2亿和1.4亿千瓦，约占发电总装机容量的5.6%和2.5%；预计到2020年，风电、光伏累计装机将达到7.0亿千瓦和4.9亿千瓦。但与传统水电和煤电不同，风电、光伏等能源发电具有间歇性、波动性、随机性和不可储存性等特点，风电出力特性则呈现明显的反调峰特性，其大规模接入将对电网的接纳水平、接纳手段带来重大挑战。

柔性直流输电技术（VSC-HVDC）可提高风电等清洁能源的并网效率，缓解电压波动对电网造成的冲击，尤其是对于偏远的陆地以及远海风电场来说，具有显著的技术优势，是未来大规模清洁能源基地接入电网的重要技术手段。而基于柔性直流的直流电网技术，能够在大范围内平抑清洁能源发电的波动性和随机性，在电力的输送和分配等领域，正受到越来越多的关注。随着技术的不断创新与成熟，未来有望成为全球能源互联网骨干网架的关键技术之一。

世界范围内电网规划及直流工程建设情况

从全球能源资源以及负荷中心的实际分布情况来看，要实现能源资源尤其是可再生能源资源的合理高效利用和消纳，需要建设大量特高压直流输电工程以实现大规模电能的远距离输送。

譬喻，在我国约80%的煤炭资源和70%的清洁能源都集中在西部和北部地区，而作为用电负荷中心的东中部地区能源资源稀缺。

从世界清洁能源资源分布来看，北极圈及其周边地区(“一极”)风能资源和赤道及附近地区(“一道”)太阳能资源十分丰富。集中开发北极风能和赤道太阳能资源，通过特高压等输电技术送至各大洲负荷中心，与各洲大型能源基地和分布式电源相互支撑，提供更安全、更可靠的清洁能源供应，将是未来世界能源发展的重要方向。

到现在为止，全球范围内已经投运和在建的±800kV及以上电压等级特高压直流输电工程有14个。根据规划预测，在未来10-15年内，每年将有2-3条特高压直流输电线路开工建设，工程直接投资资金500至1000亿元。

柔性直流技术的快速进步，推动了其在风电并网、电网互联等场合的广泛应用，而市场的发展又反过来推动了技术水平的提升。从目前国内外应用需求上看，未来柔性直流技术的主要发展方向包括：高压大容量柔性直流输电技术以及长距离架空线柔性直流输电技术等。

2008年11月，欧盟各国正式推出了超级电网计划，计划以高压大容量柔性直流输电技术为基础，建成连接欧洲、北非及中东的多端直流输电网络。超级电网将北海和波罗的海海域的风力发电，北非和中东太阳能发电连接在一起，实现多电源供电，并以多落点形式向欧洲大陆供电，从而保证了欧洲电网对可再生能源具备良好的接纳能力。

2010年起，国际大电网会议（CIGRE）和欧洲电工标准化委员会（European Committee for Electromechnical Standardization，CENELEC）都成立了专门工作组针对超级电网技术开展了一系列研究工作。2011年，CIGRE成立了B4-52“直流电网可行性研究”工作组，从多个方面讨论了建设直流电网是否可行。并相继成立了B4-56至B4-60，B4-65等6个工作组，分别在直流电网规划、直流换流器模型、拓扑、潮流控制、控制保护、可靠性和电压等级等方面开展研究工作。同时CENELEC工作组也开展了直流电网的前期研究工作。

先进直流输电技术是构建未来全球能源互联网的重要基础。其中，特高压直流输电技术将是解决跨国、跨洲等远距离大容量电能输送问题的主要解决方案，强交强直的交直流互联电网将成为未来全球能源互联骨干架的主要形态。柔性直流输电技术、直流电网技术的不断完善与大规模发展，将对大规模区域性新能源接入与送出，以及未来电网形态带来深远的影响和深刻的变革。