全國(guó)人大代表 秦忠

支撐全球能源互聯(lián)網(wǎng)的直流輸電技術(shù)應(yīng)用及展望

能源是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基石，是保障國(guó)家安全的命脈。人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，對(duì)能源供給、能源結(jié)構(gòu)、能源利用模式提出了新的要求。尤其是進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，化石能源短缺、環(huán)境污染嚴(yán)重和全球氣候變化等問(wèn)題日益突出，使得規(guī)模化清潔能源電力傳輸、能源供需廣域平衡需求日益強(qiáng)烈。

面對(duì)全球能源安全、環(huán)境污染和氣候變化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，國(guó)家電網(wǎng)公司提出依托特高壓交流、直流和智能電網(wǎng)技術(shù)，發(fā)展“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”的重大戰(zhàn)略，將能源放在全球經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境大格局下統(tǒng)籌發(fā)展，統(tǒng)籌全球能源資源開(kāi)發(fā)、配置和利用，實(shí)施清潔替代、電能替代，建立以清潔能源為主導(dǎo)的新型全球能源開(kāi)發(fā)、配置和利用體系，能夠極大促進(jìn)可再生能源的開(kāi)發(fā)和消納，將“一極一道”、各洲各國(guó)大型能源基地及各類(lèi)分布式電源融為一體，增進(jìn)國(guó)際區(qū)域間合作，促進(jìn)世界和平發(fā)展，推動(dòng)世界能源安全、清潔、高效、可持續(xù)發(fā)展。

全球能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)直流輸電技術(shù)的重大需求

大容量電能輸送與交換將是未來(lái)跨洲與跨國(guó)電網(wǎng)互聯(lián)的主要特點(diǎn)之一。根據(jù)需求分析，預(yù)計(jì)2050年，通過(guò)北極通道送出的電量規(guī)?？蛇_(dá)3萬(wàn)億千瓦時(shí)/年，赤道地區(qū)電量外送可達(dá)9萬(wàn)億千瓦時(shí)/年，合計(jì)輸送電量占全球用電量需求的16%。同時(shí)，跨洲與跨國(guó)輸電通道一般長(zhǎng)達(dá)數(shù)千公里，北極地區(qū)的喀拉海風(fēng)電基地到中國(guó)華北地區(qū)的距離為4400千米左右；白令海峽風(fēng)電基地到中國(guó)華北、日本和韓國(guó)的輸電距離在5000千米左右，而到美國(guó)西部負(fù)荷中心的距離也有4000千米左右。由此可見(jiàn)，發(fā)展輸送距離更遠(yuǎn)、輸電容量更大、輸電效率更高的輸電技術(shù)是全球能源互聯(lián)網(wǎng)的必然趨勢(shì)。

特高壓直流輸電技術(shù)（UHVDC）具有輸送距離遠(yuǎn)、輸送容量大、損耗低、換流站占地面積小、輸電走廊小等特點(diǎn)，特別對(duì)于遠(yuǎn)距離大容量的電量輸送，具有顯著的優(yōu)勢(shì)。在構(gòu)建全球能源互聯(lián)電網(wǎng)的過(guò)程中，特高壓直流輸電將主要用于大型能源基地超遠(yuǎn)距離、超大容量電力外送和跨國(guó)、跨洲骨干通道建設(shè)。目前中國(guó)的特高壓交直流工程最大輸電距離超過(guò)2000公里、輸電容量達(dá)到800萬(wàn)千瓦。隨著±1100千伏特高壓直流輸電技術(shù)的全面突破，輸電距離將超過(guò)5000公里，輸電容量達(dá)到1200萬(wàn)千瓦。研究結(jié)果表明，采用±1100千伏特高壓直流輸電，不計(jì)跨國(guó)關(guān)稅，即使考慮較高的線路與換流站投資造價(jià)水平，送、受端間開(kāi)發(fā)成本差達(dá)到每千瓦時(shí)0.042美元，經(jīng)濟(jì)輸電距離即可達(dá)到5000公里。這個(gè)成本已經(jīng)可以支撐全球各個(gè)大型清潔能源基地的遠(yuǎn)距離經(jīng)濟(jì)輸電需求。

清潔替代是全球能源互聯(lián)網(wǎng)一個(gè)重要理念。至2013年，全球風(fēng)電、光伏裝機(jī)容量分別為3.2億和1.4億千瓦，約占發(fā)電總裝機(jī)容量的5.6%和2.5%；預(yù)計(jì)到2020年，風(fēng)電、光伏累計(jì)裝機(jī)將達(dá)到7.0億千瓦和4.9億千瓦。但與傳統(tǒng)水電和煤電不同，風(fēng)電、光伏等能源發(fā)電具有間歇性、波動(dòng)性、隨機(jī)性和不可儲(chǔ)存性等特點(diǎn)，風(fēng)電出力特性則呈現(xiàn)明顯的反調(diào)峰特性，其大規(guī)模接入將對(duì)電網(wǎng)的接納水平、接納手段帶來(lái)重大挑戰(zhàn)。

柔性直流輸電技術(shù)（VSC-HVDC）可提高風(fēng)電等清潔能源的并網(wǎng)效率，緩解電壓波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊，尤其是對(duì)于偏遠(yuǎn)的陸地以及遠(yuǎn)海風(fēng)電場(chǎng)來(lái)說(shuō)，具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)大規(guī)模清潔能源基地接入電網(wǎng)的重要技術(shù)手段。而基于柔性直流的直流電網(wǎng)技術(shù)，能夠在大范圍內(nèi)平抑清潔能源發(fā)電的波動(dòng)性和隨機(jī)性，在電力的輸送和分配等領(lǐng)域，正受到越來(lái)越多的關(guān)注。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新與成熟，未來(lái)有望成為全球能源互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)架的關(guān)鍵技術(shù)之一。

世界范圍內(nèi)電網(wǎng)規(guī)劃及直流工程建設(shè)情況

從全球能源資源以及負(fù)荷中心的實(shí)際分布情況來(lái)看，要實(shí)現(xiàn)能源資源尤其是可再生能源資源的合理高效利用和消納，需要建設(shè)大量特高壓直流輸電工程以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電能的遠(yuǎn)距離輸送。

譬喻，在我國(guó)約80%的煤炭資源和70%的清潔能源都集中在西部和北部地區(qū)，而作為用電負(fù)荷中心的東中部地區(qū)能源資源稀缺。

從世界清潔能源資源分布來(lái)看，北極圈及其周邊地區(qū)(“一極”)風(fēng)能資源和赤道及附近地區(qū)(“一道”)太陽(yáng)能資源十分豐富。集中開(kāi)發(fā)北極風(fēng)能和赤道太陽(yáng)能資源，通過(guò)特高壓等輸電技術(shù)送至各大洲負(fù)荷中心，與各洲大型能源基地和分布式電源相互支撐，提供更安全、更可靠的清潔能源供應(yīng)，將是未來(lái)世界能源發(fā)展的重要方向。

到現(xiàn)在為止，全球范圍內(nèi)已經(jīng)投運(yùn)和在建的±800kV及以上電壓等級(jí)特高壓直流輸電工程有14個(gè)。根據(jù)規(guī)劃預(yù)測(cè)，在未來(lái)10-15年內(nèi)，每年將有2-3條特高壓直流輸電線路開(kāi)工建設(shè)，工程直接投資資金500至1000億元。

柔性直流技術(shù)的快速進(jìn)步，推動(dòng)了其在風(fēng)電并網(wǎng)、電網(wǎng)互聯(lián)等場(chǎng)合的廣泛應(yīng)用，而市場(chǎng)的發(fā)展又反過(guò)來(lái)推動(dòng)了技術(shù)水平的提升。從目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用需求上看，未來(lái)柔性直流技術(shù)的主要發(fā)展方向包括：高壓大容量柔性直流輸電技術(shù)以及長(zhǎng)距離架空線柔性直流輸電技術(shù)等。

2008年11月，歐盟各國(guó)正式推出了超級(jí)電網(wǎng)計(jì)劃，計(jì)劃以高壓大容量柔性直流輸電技術(shù)為基礎(chǔ)，建成連接歐洲、北非及中東的多端直流輸電網(wǎng)絡(luò)。超級(jí)電網(wǎng)將北海和波羅的海海域的風(fēng)力發(fā)電，北非和中東太陽(yáng)能發(fā)電連接在一起，實(shí)現(xiàn)多電源供電，并以多落點(diǎn)形式向歐洲大陸供電，從而保證了歐洲電網(wǎng)對(duì)可再生能源具備良好的接納能力。

2010年起，國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議（CIGRE）和歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（European Committee for Electromechnical Standardization，CENELEC）都成立了專門(mén)工作組針對(duì)超級(jí)電網(wǎng)技術(shù)開(kāi)展了一系列研究工作。2011年，CIGRE成立了B4-52“直流電網(wǎng)可行性研究”工作組，從多個(gè)方面討論了建設(shè)直流電網(wǎng)是否可行。并相繼成立了B4-56至B4-60，B4-65等6個(gè)工作組，分別在直流電網(wǎng)規(guī)劃、直流換流器模型、拓?fù)?、潮流控制、控制保護(hù)、可靠性和電壓等級(jí)等方面開(kāi)展研究工作。同時(shí)CENELEC工作組也開(kāi)展了直流電網(wǎng)的前期研究工作。

先進(jìn)直流輸電技術(shù)是構(gòu)建未來(lái)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的重要基礎(chǔ)。其中，特高壓直流輸電技術(shù)將是解決跨國(guó)、跨洲等遠(yuǎn)距離大容量電能輸送問(wèn)題的主要解決方案，強(qiáng)交強(qiáng)直的交直流互聯(lián)電網(wǎng)將成為未來(lái)全球能源互聯(lián)骨干架的主要形態(tài)。柔性直流輸電技術(shù)、直流電網(wǎng)技術(shù)的不斷完善與大規(guī)模發(fā)展，將對(duì)大規(guī)模區(qū)域性新能源接入與送出，以及未來(lái)電網(wǎng)形態(tài)帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響和深刻的變革。