探討全球能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建理念及前景

胡學(xué)鵬+趙榮+婁南

摘要本文總結(jié)了化石能源面臨的挑戰(zhàn)和世界能源轉(zhuǎn)型方向，分析了清潔能源風(fēng)能和太陽能的現(xiàn)狀和未來，探討了全球能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建理由、組成和行動愿景，展望了全球能源互聯(lián)網(wǎng)給人類未來帶來的新生活。

關(guān)鍵詞能源轉(zhuǎn)型；風(fēng)能；太陽能；全球能源互聯(lián)網(wǎng)；可持續(xù)發(fā)展

1世界能源轉(zhuǎn)型方向

1.1化石能源問題

目前全球主導(dǎo)能源為煤炭、石油、天然氣等化石能源，長期大規(guī)模開發(fā)使用，面臨三大嚴(yán)重挑戰(zhàn)。首先是資源緊張。目前煤炭探明儲量可開采113年，石油探明儲量可開采53年，天然氣探明儲量可開采55年。然后是環(huán)境污染?；茉慈紵磕昱欧诺趸?億t，二氧化硫1.2億t，二氧化碳320億t，嚴(yán)重污染環(huán)境，給人類健康帶來巨大傷害。如霧霾和酸雨讓每個人深受其苦。第三是氣候變化。氣候變暖的主要原因是化石能源大量排放碳，全球自工業(yè)化以來地表平均溫升超過1℃，照此速度本世紀(jì)末將達到4℃，導(dǎo)致冰川融化、海面上升、物種滅絕、糧食減產(chǎn)。如果化石能源繼續(xù)為主導(dǎo)能源，將嚴(yán)重威脅人類生存，像倫敦、上海等城市都將被海水淹沒。

1.2世界能源轉(zhuǎn)型方向

為了應(yīng)對能源和環(huán)境挑戰(zhàn)，能源變革勢在必行，世界能源轉(zhuǎn)型方向是清潔化、全球化、智能化。清潔化，就是走綠色低碳發(fā)展道路，轉(zhuǎn)變能源發(fā)展方式，加快用清潔能源替代化石能源的步伐，盡快讓清潔能源成為主導(dǎo)能源。全球太陽能資源最大，超過100萬億kw，陸地風(fēng)能資源也十分巨大，超過1萬億kw，還有水能資源達100億kw。只需把全球清潔能源資源萬分之五開發(fā)轉(zhuǎn)化為電能，就完全可以滿足全球能源需求，清潔主導(dǎo)、電為中心是能源發(fā)展的必然趨勢。預(yù)計到2050年全球清潔能源消費占比達總能源的80%。

全球化，就是立足于能源全球配置和全球共享，推動跨國、跨洲能源基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通，構(gòu)建安全、低碳、高效、先進的現(xiàn)代能源供應(yīng)體系。智能化，就是基于大數(shù)據(jù)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)等先進信息技術(shù)的推廣應(yīng)用，全面提高現(xiàn)代能源系統(tǒng)的經(jīng)濟性、適應(yīng)性和靈活性，構(gòu)建智慧能源系統(tǒng)。

2風(fēng)能

2.1風(fēng)能

風(fēng)能是空氣流動產(chǎn)生的動能。太陽輻射造成地球表面各部分受熱不均勻，引起空氣沿水平方向運動形成風(fēng)。風(fēng)能是可再生的清潔能源，儲量大、分布廣，能量密度低，不穩(wěn)定。風(fēng)能資源決定于風(fēng)能密度和可利用的風(fēng)能年累積小時數(shù)，全球風(fēng)能資源為每年2000萬億kw·h。北極及周圍區(qū)域風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量達到每年300萬億kw·h，占全球風(fēng)能資源的20%左右，在全球居首位，各洲近海地區(qū)、非洲東部、歐洲北部、北美中部、亞洲中部和北部風(fēng)能資源都非常豐富。

2.2風(fēng)電

風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能最主要利用形式。風(fēng)電技術(shù)突飛猛進，開發(fā)成本快速下降，風(fēng)電最大單機容量己達8MW。風(fēng)電裝機容量快速增長，2015年全球風(fēng)電裝機累計達到4.4億kw，中國風(fēng)電達到1.3億kw，成為全球風(fēng)電規(guī)模最大國家。智慧風(fēng)機，應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)調(diào)整風(fēng)機速度、扭矩、間距等參數(shù)，最大限度提高風(fēng)機出力和效率，讓風(fēng)電場實現(xiàn)實時自我調(diào)節(jié)，達到最佳運行狀態(tài)。隨著技術(shù)進步，風(fēng)電競爭力有望在2025年前超過火電。預(yù)計到2050年全球風(fēng)電發(fā)電量將達到22萬億kw·h，占總電量的31%。

3太陽能

3.1太陽能

太陽能是太陽的熱輻射能，是世界上資源量最大的清潔能源。全球太陽能資源為每年150000萬億kw·h。赤道周圍區(qū)域的太陽能資源十分豐富，僅陸地達到每年1000萬億kw·h的技術(shù)可開發(fā)量，占到全球總量的30%左右。中東、大洋洲、中南美洲、東非、北非太陽能資源量都很大。太陽能利用有光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。

3.2太陽能發(fā)電

太陽能發(fā)電是目前發(fā)展最快的能源。光熱轉(zhuǎn)換，利用太陽輻射所產(chǎn)生熱能發(fā)電，光熱電站轉(zhuǎn)換效率平均為14%左右。光電轉(zhuǎn)換，利用光生伏特效應(yīng)將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能，光伏組件轉(zhuǎn)換效率平均為16.5%左右。澳大利亞新南威爾士大學(xué)太陽能研究人員，已經(jīng)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率提高到40%以上。隨著技術(shù)進步，太陽能發(fā)電競爭力有望在2025年前超過化石能源。2015年全球太陽能發(fā)電裝機達到2.4億kw，中國太陽能發(fā)電達到4200萬kw，成為全球太陽能發(fā)電規(guī)模最大的國家。預(yù)計到2050年全球太陽能發(fā)電量將達到26萬億kW·h，占總電量的35%。

4全球能源互聯(lián)網(wǎng)

4.1構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的原因

清沽能源將代替化石能源，清潔能源分布不平衡，水能、風(fēng)能、太陽能資源大的地區(qū)，與負荷中心有幾百至幾千公里，相距很遠，只能將這些清潔能源就地轉(zhuǎn)化為電能，然后由特高壓輸電送到負荷中心才能使用?！耙粯O一道”（北極和赤道）清潔能源開發(fā)對全人類十分重要，北極風(fēng)能資源，赤道太陽能資源，極為風(fēng)富且優(yōu)質(zhì)，北極風(fēng)電利用小時數(shù)達到火電水平，赤道太陽能可以達到3000多小時。只有構(gòu)建全球能源優(yōu)化配置平臺，即全球能源互聯(lián)網(wǎng)，才有可能大規(guī)模開發(fā)利用全球大的清潔能源資源。

風(fēng)能、太陽能等清潔能源具有隨機性、間歇性，只有形成大電網(wǎng)，讓能源大范圍匯聚，水電、火電、風(fēng)電和太陽能電等互補，才能形成足夠的穩(wěn)定性和平衡性，保證電力穩(wěn)定供應(yīng)。如果電網(wǎng)只有風(fēng)電，時有時無，時大時小，則無法保證對電力用戶的正常供電。全球各地區(qū)、國家，分別處于不同的時區(qū)，不同的季節(jié)，實現(xiàn)各地區(qū)電能資源互濟供應(yīng)，可提高發(fā)電機組利用效率。通過清潔能源全球配置，也有利于將經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū)資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢，促進區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展。

4.2全球能源互聯(lián)網(wǎng)組成

全球能源互聯(lián)網(wǎng)就是全球互聯(lián)的大電網(wǎng)。電能是零排放，是最清潔高效的能源，電為中心是能源發(fā)展的大趨勢，各種清潔能源都可以轉(zhuǎn)化為電能，通過全球能源互聯(lián)網(wǎng)送到千家萬戶。全球能源互聯(lián)網(wǎng)是一個由跨洲電網(wǎng)、跨國電網(wǎng)、國家泛在智能電網(wǎng)組成，各層級電網(wǎng)（輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)）協(xié)調(diào)發(fā)展的有機整體，是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、以輸送清潔能源為主導(dǎo)、全球互聯(lián)泛在的堅強智能電網(wǎng)。

特高壓電網(wǎng)是關(guān)鍵。全球能源互聯(lián)網(wǎng)依靠1000kV及以上交流和正負800kV及以上直流的骨干網(wǎng)架，形成跨國、跨洲和洲際聯(lián)網(wǎng)通道，將“一極一道”和各國、各洲大型清潔能源基地的清潔能源轉(zhuǎn)化為電能，送至負荷中心。中國自主創(chuàng)新的特高壓技術(shù)先進成熟，工程實踐經(jīng)驗豐富，為全球能源互聯(lián)網(wǎng)遠距離、大規(guī)模配置清潔能源提供了現(xiàn)實可行的解決方案和技術(shù)保障。正負1100kV特高壓直流，輸電容量為1500萬kw，輸電距離達到5000km。全世界所有的清潔能源基地與負荷中心的距離，都沒有超過特高壓電網(wǎng)的輸送范圍。

智能電網(wǎng)是基礎(chǔ)。智能電網(wǎng)集成了先進輸電、智能控制、新能源接入、新型儲能等現(xiàn)代智能技術(shù)，有很強的適用性和靈活性，可以滿足集中式清潔能源和分布式清潔能源的接入，智能設(shè)備即插即用和互動服務(wù)等需求。智能電網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新提升了電力系統(tǒng)運行的安全性、適應(yīng)性、經(jīng)濟性和主動性，使得電網(wǎng)在設(shè)備監(jiān)控、系統(tǒng)運行、智能互動、通信信息方面高度智能化。智能電網(wǎng)技術(shù)在各國電網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展，為具有隨機性和間歇性特征的風(fēng)電、太陽能發(fā)電等清潔能源的發(fā)展提供了切實保障，將有力推動清潔能源大規(guī)模開發(fā)使用。清潔能源是根本。北極風(fēng)電和赤道太陽能發(fā)電，各國各洲的集中式或分布式清潔能源發(fā)電，是未來全球能源互聯(lián)網(wǎng)輸送的主導(dǎo)能源。未來要進一步提高風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電技術(shù)水平，提高大規(guī)模風(fēng)電調(diào)度技術(shù)水平，提高大規(guī)模光伏發(fā)電并網(wǎng)運行技術(shù)水平，提高新能源發(fā)電功率預(yù)測和運行監(jiān)測水平，以及提高儲能系統(tǒng)運行技術(shù)水平，加快清潔能源的開發(fā)和使用。

4.3構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)行動和計劃

構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)是能源電力領(lǐng)域一場根本性革命，對全球電力行業(yè)既是重大挑戰(zhàn)，也是難得機遇。

2015年9月26日，中國國家主席習(xí)近平在聯(lián)合國發(fā)展峰會上提出，倡議探討構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，推動以清潔和綠色方式滿足全球電力需求。習(xí)主席的倡議彰顯了創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，為全球走向可持續(xù)發(fā)展道路指明了方向，是中國為國際社會貢獻的“中國方案”。2016年3月全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織在北京成立，在中國國家電網(wǎng)公司等會員單位支持下，積極開展理念傳播、國際合作、戰(zhàn)略研究，共同推動能源技術(shù)創(chuàng)新，建立聯(lián)合攻關(guān)機制，努力在特高壓、智能電網(wǎng)、大電網(wǎng)安全、新能源開發(fā)、新材料應(yīng)用等關(guān)鍵領(lǐng)域取得重大成果，加快重大創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為國際標(biāo)準(zhǔn)，推動全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，分為國內(nèi)互聯(lián)、洲內(nèi)互聯(lián)、洲際互聯(lián)3個階段，到2050年基本建成全球能源互聯(lián)網(wǎng)。

5人類生活新變化

5.1新一輪產(chǎn)業(yè)革命

以新能源、智能電網(wǎng)、大規(guī)?，F(xiàn)代儲能技術(shù)、電動汽車為代表的能源領(lǐng)域革命，將催生新一輪產(chǎn)業(yè)革命。作為21世紀(jì)能源領(lǐng)域的重大創(chuàng)新，全球能源互聯(lián)網(wǎng)將帶動新能源、智能設(shè)備、新材料、電動汽車和新一代信息產(chǎn)業(yè)大發(fā)展，成為這一輪產(chǎn)業(yè)革命的重要推動力量。

5.2可持續(xù)發(fā)展

全球能源互聯(lián)網(wǎng)，將推動世界能源格局走向以清潔能源為主導(dǎo)、以電為中心，資源全球優(yōu)化配置的新時代。全球能源互聯(lián)網(wǎng)具有大范圍、規(guī)模性、經(jīng)濟性優(yōu)點，能整體優(yōu)化、實時調(diào)整清潔能源的生產(chǎn)、輸送和分配，提高開發(fā)利用效率，為人類經(jīng)濟社會發(fā)展提供持續(xù)強勁動力。人人享有可持續(xù)能源，以清潔和綠色方式滿足全球電力需求，人類進入可持續(xù)發(fā)展新時代。

5.3生態(tài)文明

全球能源互聯(lián)網(wǎng)深刻影響人類生產(chǎn)生活方式。全球能源互聯(lián)網(wǎng)使能源的清潔、永續(xù)問題得到解決，氣候正常、環(huán)境友好、生態(tài)和諧、經(jīng)濟繁榮、社會發(fā)展和諧友好。人的發(fā)展質(zhì)量、社會管理效率和自然環(huán)境水平大幅提升，創(chuàng)造人類社會美好新生活。

5.4和平和諧

全球能源互聯(lián)網(wǎng)，是聚合人類共同利益的平臺。與以往因石油而導(dǎo)致戰(zhàn)爭不同，清潔能源取之不盡、用之不竭，全球能源互聯(lián)網(wǎng)不僅改變了能源發(fā)展方式，還通過南北合作、南南合作，讓落后地區(qū)的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢，消除了各國之間的矛盾和戰(zhàn)爭，改變了世界地緣政治格局，讓世界成為一個能源充足、和平和諧的“地球村”，開啟世界文明新篇章。

5.5智慧生活

全球能源互聯(lián)網(wǎng)是未來生產(chǎn)生活不可或缺的社會公共平臺，與物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)深度融合，為各行各業(yè)、千家萬戶用戶提供能源、電力、信息等綜合服務(wù)，滿足用戶多樣化、高品質(zhì)、智能化的服務(wù)需求，推動生產(chǎn)生活方式改變，全球能源互聯(lián)網(wǎng)是智慧城市不可替代的公共服務(wù)樞紐。

未來你將會受益于赤道的陽光北極的風(fēng)。這樣的場景并非是幻想。傍晚7點，當(dāng)你下班回到家，提前10min開啟的空調(diào)使房間涼爽舒適，家庭用能控制中心顯示屏上，電力作為不斷變化價格的新型商品，北極的風(fēng)電、北美洲的風(fēng)電、歐洲的風(fēng)電、及其它電能價格，都會自動映入你眼簾，并且系統(tǒng)會自動為你選擇非洲太陽能電，因為非洲正是中午，陽光充足，價格便宜。到了晚上10點，系統(tǒng)會自動購買晚間低谷電給樓下的電動汽車進行充電。

未來，人類生產(chǎn)生活的方方面面都會與全球能源互聯(lián)網(wǎng)密切相關(guān)。自然界的清潔能源，包括奔騰的流水、呼嘯的大風(fēng)、普照的陽光、涌動的海潮，都會轉(zhuǎn)化成電能，讓人們通過全球能源互聯(lián)網(wǎng)分享清潔綠色電能，如同在互聯(lián)網(wǎng)上分享信息一樣，便捷地享受新能源帶來的文明成果。地球村的天會更藍，人類生活將更加美好。