中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：目前，能源環(huán)境的挑戰(zhàn)已經(jīng)是全球性議題。在現(xiàn)有的一次能源中，不可再生的化石能源所占比重過(guò)大，資源儲(chǔ)量緊張。而化石能源的大量開(kāi)發(fā)和使用不僅導(dǎo)致資源緊張，也使得環(huán)境污染和氣候變化等問(wèn)題日益突出，嚴(yán)重威脅人類(lèi)社會(huì)的生存發(fā)展。鑒于此，世界范圍內(nèi)能源變革的需求變得尤為迫切。這就需要大力開(kāi)發(fā)分布廣、潛力大的各種可再生能源，以保障能源長(zhǎng)期穩(wěn)定供應(yīng)；通過(guò)轉(zhuǎn)變能源能源生產(chǎn)、配置和消費(fèi)方式，大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用清潔能源，以?xún)?yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高能源效率，改善生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)清潔發(fā)展。風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能等清潔能源將成為主導(dǎo)能源，因此，作為這些清潔能源轉(zhuǎn)化形式的電能具有優(yōu)質(zhì)、清潔、高效的特性，將成為未來(lái)最重要的能源形式。
而全球能源互聯(lián)網(wǎng)，正是聯(lián)接“一極一道”和各洲、各國(guó)大型能源基地及各類(lèi)分布式電源，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等能源在全球范圍內(nèi)的互補(bǔ)、互濟(jì)的途徑和通道。構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，發(fā)展大規(guī)?？稍偕茉椿?，相應(yīng)的能源技術(shù)則不可或缺。特別是要高度關(guān)注柔性直流輸電、直流電網(wǎng)技術(shù)與裝備的創(chuàng)新和應(yīng)用。
技術(shù)發(fā)展推動(dòng)能源革命
在人類(lèi)社會(huì)能源發(fā)展進(jìn)程中，歷次能源革命都依賴(lài)于能源技術(shù)的重大突破。蒸汽機(jī)技術(shù)使得人類(lèi)能源消費(fèi)以如柴薪等為主的生物能源向煤炭為主的化石能源轉(zhuǎn)化，而內(nèi)燃機(jī)和電力技術(shù)則促使能源消費(fèi)迎來(lái)石油的大規(guī)模應(yīng)用和電氣化浪潮。在由化石能源向清潔能源轉(zhuǎn)化的進(jìn)程中，清潔能源技術(shù)也將成為必不可少的推動(dòng)力量。
大力發(fā)展清潔能源，構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)需要一些關(guān)鍵領(lǐng)域的技術(shù)突破。首先是大規(guī)?？稍偕茉椿亻_(kāi)發(fā)技術(shù)，如柔性直流輸電、直流電網(wǎng)技術(shù)與裝備等；其次是超大容量、超遠(yuǎn)距離電力傳輸技術(shù)，如特高壓直流輸電技術(shù)、特高壓交流輸電技術(shù)等；再次是電網(wǎng)智能信息通信與調(diào)度控制技術(shù)，如高速通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、信息技術(shù)等。同時(shí)，還需要有先進(jìn)的發(fā)電、能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換技術(shù)，如相變和氫儲(chǔ)能、電熱氣轉(zhuǎn)換技術(shù)等。這里要重點(diǎn)介紹可以靈活傳輸高比例可再生能源的柔性直流輸電技術(shù)。
柔性直流輸電技術(shù)是基于IGBT的新一代輸電技術(shù)。它通過(guò)改變電壓源換流器的輸出電壓相角和幅值，實(shí)現(xiàn)有功及無(wú)功的獨(dú)立、快速調(diào)節(jié)，是目前世界上可控性最高、適應(yīng)性最好的輸電技術(shù)，在可再生能源并網(wǎng)、直流網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、弱系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、大型城市供電等場(chǎng)合具有明顯技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在可再生能源并網(wǎng)方面，柔性直流輸電技術(shù)具有優(yōu)異的故障穿越能力，輸送距離不受限且占地面積小，是遠(yuǎn)海風(fēng)電并網(wǎng)的唯一選擇；在多端直流和直流電網(wǎng)構(gòu)建方面，則具有易于構(gòu)建直流網(wǎng)絡(luò)的特性，能夠平抑發(fā)電側(cè)功率波動(dòng)，并能多點(diǎn)受電和供電，具有靈活的功率和電壓控制；在弱系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)方面，可以向無(wú)源負(fù)荷供電，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，供電頻率和電壓靈活可調(diào)，不存在換相失敗的情況；在大型城市供電方面，則具有供電半徑和容量大的特點(diǎn)，能夠動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)有功和無(wú)功，具有電網(wǎng)黑啟動(dòng)能力。此外，柔性直流輸電系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)弱電網(wǎng)的受電和供電，輸電距離不受電纜充電功率限制，是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)海風(fēng)電基地匯集與輸送的最佳技術(shù)手段。
經(jīng)過(guò)多年的自主研發(fā)，我國(guó)現(xiàn)已全面掌握柔性直流輸電基礎(chǔ)理論及工程關(guān)鍵技術(shù)。2011年7月，上海南匯柔性直流輸電示范工程正式投運(yùn)。這是亞洲首條柔性直流輸電工程，應(yīng)用于風(fēng)電接入，可大幅度提高風(fēng)電場(chǎng)故障穿越能力，被當(dāng)做風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的典型案例列入CIGRE（國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議組織）370導(dǎo)則。目前我國(guó)自主設(shè)計(jì)、研制的柔性直流輸電設(shè)備的電壓等級(jí)和輸電容量已達(dá)±320千伏/1000兆瓦，即將在廈門(mén)投入運(yùn)行，居于世界領(lǐng)先地位；我國(guó)自主研發(fā)的柔性直流輸電高端裝備，已獲得歐洲市場(chǎng)認(rèn)可。
此外，為了滿(mǎn)足全球能源互聯(lián)網(wǎng)中大規(guī)?？稍偕茉椿氐拈_(kāi)發(fā)與并網(wǎng)，需要更遠(yuǎn)輸送距離、更高性能、更靈活可靠的電力傳輸手段。在超高電壓、超大容量柔性直流換流技術(shù)及裝備方面，要盡快突破 ±800千伏、±1100千伏及以上柔性直流輸電關(guān)鍵技術(shù)及裝備，實(shí)現(xiàn)更大容量、更遠(yuǎn)距離、更高效率的大規(guī)模可再生能源基地并網(wǎng)。在基于架空線(xiàn)的柔性直流輸電技術(shù)方面，要大力發(fā)展架空線(xiàn)應(yīng)用場(chǎng)合下快速的直流故障清除和系統(tǒng)恢復(fù)技術(shù)，研發(fā)能夠清除直流故障電流、低損耗的新型換流器拓?fù)?，并解決系統(tǒng)容量提升中存在的可靠性、經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)化技術(shù)等。
全球能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)展望
目前，世界范圍內(nèi)正在加大遠(yuǎn)距離聯(lián)網(wǎng)和清潔能源并網(wǎng)輸送等方面技術(shù)的研發(fā)力度，并致力于各項(xiàng)技術(shù)的實(shí)踐。
在歐洲，為了將遠(yuǎn)海的風(fēng)電、歐洲北部的水電以及北非的太陽(yáng)能接入電網(wǎng)，一個(gè)基于柔性直流技術(shù)的全新超級(jí)輸電網(wǎng)已經(jīng)規(guī)劃并實(shí)施，用來(lái)實(shí)現(xiàn)大范圍可再生能源的優(yōu)化配置。2013年歐洲輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商聯(lián)盟（ENTSO-E）信息顯示，歐洲在未來(lái)10年內(nèi)將建設(shè) 20條以上的柔性直流工程，用于實(shí)現(xiàn)各個(gè)國(guó)家之間的互聯(lián)和可再生能源的并網(wǎng)互補(bǔ)。
以英國(guó)—挪威直流聯(lián)網(wǎng)工程為例，這項(xiàng)工程已經(jīng)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性建設(shè)。第一階段從 2015年開(kāi)始，計(jì)劃到2018年結(jié)束，將建設(shè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)兩端直流系統(tǒng)，具備多端直流的條件，這是聯(lián)接階段；第二階段計(jì)劃到2020年形成含區(qū)域性隔離開(kāi)關(guān)的放射狀多端直流系統(tǒng)，并進(jìn)入商業(yè)化階段；第三階段計(jì)劃到2022年通過(guò)區(qū)域性直流電網(wǎng)斷路器，聯(lián)接不同的直流終端；而第四階段計(jì)劃到2025年形成廣域直流電網(wǎng)。整個(gè)過(guò)程，技術(shù)的發(fā)展成為每個(gè)階段實(shí)現(xiàn)的有力支撐。
在我國(guó)，河北張家口地區(qū)也在規(guī)劃建設(shè)一個(gè)500千伏等級(jí)基于柔性直流的四端輸電網(wǎng)絡(luò)，最大換流容量達(dá)3000兆瓦、其他三個(gè)換流站換流容量為 1500兆瓦，用來(lái)實(shí)現(xiàn)可再生能源的高效接納和大型城市的可靠供電。也就是說(shuō)張家口地區(qū)的風(fēng)電可以供應(yīng)北京地區(qū)，有效緩解華北地區(qū)能源供應(yīng)及環(huán)保壓力，計(jì)劃2018年建成投運(yùn)。屆時(shí)，這將是世界上第一個(gè)真正意義上的高壓直流電網(wǎng)，具有劃時(shí)代的意義。
為進(jìn)一步滿(mǎn)足全球能源互聯(lián)網(wǎng)中的大規(guī)?？稍偕茉椿氐拈_(kāi)發(fā)與并網(wǎng)，需要更遠(yuǎn)輸送距離、更高性能以及更加靈活可靠的電力輸送手段。為此，需要大量的技術(shù)提升。
未來(lái)，超高電壓、超大容量柔性直流換流技術(shù)及裝備、基于架空線(xiàn)的柔性直流輸電技術(shù)、直流電網(wǎng)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究、更高電壓等級(jí)的直流斷路器、高壓直流變換器等新型直流裝備、新型電力電子器件技術(shù)等，都將成為形成全球范圍內(nèi)電網(wǎng)互聯(lián)互通的技術(shù)關(guān)鍵。
總的來(lái)說(shuō)，全球能源互聯(lián)網(wǎng)是解決人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展與能源需求矛盾的根本方案。要構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)能源變革，需要電網(wǎng)發(fā)展方式的變革。與此同時(shí)，傳統(tǒng)的電網(wǎng)技術(shù)和裝備也需要適應(yīng)這一變革，進(jìn)行升級(jí)換代，這不僅需要技術(shù)研發(fā)的投入，也需要相應(yīng)元器件及設(shè)備的提升，這是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的一次提升，也是整個(gè)電力行業(yè)的變革。國(guó)家電網(wǎng)公司已在相關(guān)技術(shù)與裝備方面開(kāi)展了成功的探索和實(shí)踐，為構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。技術(shù)裝備的不斷提升，必將為全球能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建提供更為有力的支撐。
