[導讀] 如果說， 2015年9月26日國家主席習近平在聯(lián)合國發(fā)展峰會講話中明確“中國倡議探討構建全球能源互聯(lián)網，推動以清潔和綠色方式滿足全球電力需求”，標志著這一宏大構想在國內凝聚共識的過程基本完成，那么
全球能源互聯(lián)網開啟“實戰(zhàn)”模式
全球能源互聯(lián)網效果示意圖
溪洛渡左岸—浙江金華特高壓直流工程金華站
全球能源互聯(lián)網構建路線圖
如果說，2015年9月26日國家主席習近平在聯(lián)合國發(fā)展峰會講話中明確“中國倡議探討構建全球能源互聯(lián)網，推動以清潔和綠色方式滿足全球電力需求”，標志著這一宏大構想在國內凝聚共識的過程基本完成，那么，作為跨國界、跨領域、跨專業(yè)國際合作平臺的全球能源互聯(lián)網發(fā)展合作組織即將于3月30日在京成立，則意味著全球能源互聯(lián)網已經開啟“實戰(zhàn)”模式，由宏大構想邁向超級工程。
凝聚共識：一個可以待望的現實
自2014年5月國家電網公司董事長劉振亞在莫斯科召開的全球可持續(xù)電力合作組織峰會上首提“全球能源互聯(lián)網發(fā)展構想”至今，這一定位于系統(tǒng)解決能源供應危機、環(huán)境污染和氣候變暖三大挑戰(zhàn)的“改變人類命運的大棋局”，的確經歷了一個不長不短的凝聚共識的過程。
至2015年2月3日劉振亞專著《全球能源互聯(lián)網》在京首發(fā)，“全球能源互聯(lián)網”這一概念被外界廣泛知曉并理解。同時，電力系統(tǒng)內部相關調研和研發(fā)一直悄然、扎實而從未間斷。其中就包括《全球能源互聯(lián)網》首發(fā)式上，劉振亞所透露的本書寫作過程中，工作組曾到10個國家和北極、赤道地區(qū)進行過實地調研。直至7月23日在京舉行的全球能源互聯(lián)網技術國際研討會，以《特高壓及全球能源互聯(lián)網經濟性研究》、《全球可再生能源資源儲量評估與典型地區(qū)資源詳評》、《全球能源互聯(lián)網中的電網技術與裝備》等項研究，首次向外界系統(tǒng)展示了全球能源互聯(lián)網的經濟可行性、全球可再生能源家底以及現有和未來技術裝備的支撐力；其后，全球能源互聯(lián)網中美、中歐技術裝備研討會和投融資高層研討會相繼舉辦，把如此宏大命題具體到關鍵技術、重大裝備和投融資層面來研討，給人一個強烈信號：全球能源互聯(lián)網，已經是一個可以待望的現實。
2015年9月14日，在《全球能源互聯(lián)網》英文版首發(fā)式上，聯(lián)合國全球契約組織創(chuàng)始人、特別高級顧問科爾指出，全球能源互聯(lián)網是一個面向未來的偉大構想，將帶領世界走向能源可持續(xù)發(fā)展的正確道路。全球能源互聯(lián)網必須實現，也必將實現。
以此為標志，國際社會對全球能源互聯(lián)網取得廣泛共識，主要得益于中國近年來在特高壓研究與實踐上的巨大成功。中國在特高壓、智能電網、新能源發(fā)展等方面的領先優(yōu)勢得到了各方高度認同，有關國際組織、社會團體、能源企業(yè)、科研機構等紛紛表示愿意共同參與全球能源互聯(lián)網建設，共同推進全球能源互聯(lián)網創(chuàng)新發(fā)展，使夢想藍圖早日實現。
三大挑戰(zhàn)：呼喚“血管系統(tǒng)”互聯(lián)
談到為何要構建全球能源互聯(lián)網，劉振亞把能源比作經濟社會的“血液”。
他指出，能源發(fā)展史是一部伴隨人類社會進步的變革史。18世紀中期，煤炭取代薪柴，推動了近代工業(yè)建立和發(fā)展；19世紀中后期，石油開發(fā)和電的發(fā)明，催生了現代工業(yè)，化石能源成為主導能源。但化石能源大量開發(fā)利用，帶來三大挑戰(zhàn)：一是資源緊張。2014年，全球消費煤炭82億噸、石油336億桶、天然氣3.5萬億立方米。按目前開采強度，全球煤炭、石油和天然氣資源技術可開發(fā)量僅能再開采110年、53年和54年。二是環(huán)境污染。全球化石能源消費總量從1965年的51億噸標準煤增加到2014年的159億噸標準煤，在生產、運輸、存儲、使用各環(huán)節(jié)，對大氣、水質、土壤、地貌等造成嚴重污染和破壞。三是氣候變化。化石能源產生的二氧化碳占全球溫室氣體排放的57%，是氣候變化的主要原因?！叭绻挥行Э刂颇茉刺寂欧?，到本世紀末溫升將超過4℃，導致冰川融化、海面上升、糧食減產、物種滅絕等災害，嚴重威脅人類生存發(fā)展”。
自1995年第一屆柏林氣候大會和1997年《京都議定書》生效以來，為應對氣候變化和環(huán)境污染，世界主要經濟體持續(xù)談判，采用碳定價、碳交易等方式試圖解決問題。但實踐證明，這條路舉步維艱，全球二氧化碳排放總量仍以年均2%的速度增長。要實現2015年巴黎氣候大會確定的“全球溫升控制在2℃以內，并力爭控制在1.5℃以內”的目標，根本出路是加快清潔能源發(fā)展，實施“兩個替代”：即能源開發(fā)實施清潔替代，以清潔能源替代化石能源；能源消費實施電能替代，以電代煤、以電代油、電從遠方來，來的是清潔發(fā)電，盡快擺脫化石能源依賴。
劉振亞分析，實施“兩個替代”，關鍵是要大規(guī)模開發(fā)利用清潔能源。全球清潔能源資源分布不均衡，清潔能源資源富集地區(qū)大多遠離負荷中心，相距數百到數千公里。適應清潔能源分布以及風電、太陽能發(fā)電隨機性和間歇性特點，實現清潔能源的大規(guī)模開發(fā)利用，“必須構建以電為中心、具有全球配置能力的能源網絡”。
這一分析也得到了中國工程院院士、中國電力科學研究院院長郭劍波的印證：從目前的資料分析看，清潔能源的利用范圍越大，其波動性越小，平滑性越明顯，利用效率也更高。他進一步解釋，由于能源資源的天然特性，地理分布不均勻，新能源地域差異大，人類的生活作息又具有一定的時差效應，通過較大范圍的能源資源優(yōu)化配置可以實現全局性的互補和協(xié)調?！叭蚰茉椿ヂ?lián)網由此應運而生”。
由此得出結論：電是最清潔高效的能源。清潔主導、電為中心是能源發(fā)展的必然趨勢，有限且不可再生的化石能源將主要用于工業(yè)原料。供應側，清潔能源必將替代化石能源；消費側，電能可以替代各種終端能源。各類能源開發(fā)、轉換、配置、使用的基本平臺是電網，因此，“能源網的本質是電網，能源互聯(lián)網必然是互聯(lián)電網”。能源網、交通網、通信（信息）網是全球最重要的三大基礎網絡設施。經過多年建設，全球交通網、通信（信息）網已實現跨國跨洲互聯(lián)，能源網必然向全球互聯(lián)方向發(fā)展，即全球能源互聯(lián)網?！叭蚰茉椿ヂ?lián)網就像人的‘血管系統(tǒng)’，信息互聯(lián)網就像‘神經系統(tǒng)’，‘神經系統(tǒng)’已經互聯(lián)，‘血管系統(tǒng)’也一定能夠互聯(lián)”。
權威解讀：智能電網＋特高壓電網＋清潔能源
劉振亞用“智能電網＋特高壓電網＋清潔能源”來概括全球能源互聯(lián)網的本質。他介紹，全球能源互聯(lián)網是以特高壓電網為骨干網架、全球互聯(lián)的堅強智能電網，是清潔能源在全球范圍大規(guī)模開發(fā)、配置、利用的基礎平臺。其中，特高壓電網是關鍵，智能電網是基礎，清潔能源是根本。
智能電網集成了現代智能技術、信息網絡技術、先進輸電技術、新能源接入技術，靈活性、適應性強，能夠滿足清潔能源、分布式電源接入，智能設備即插即用，智能互動服務等需求。
所謂特高壓電網，由1000千伏及以上交流和±800千伏及以上直流輸電構成，與超高壓輸電相比具有輸送容量大、輸電距離遠、線路損耗低、走廊占地少等明顯優(yōu)勢，是構建全球能源互聯(lián)網骨干網架的關鍵。“世界各大清潔能源基地與負荷中心都在特高壓輸送范圍內”。
清潔能源主要包括水能、風能、太陽能、核能、海洋能、生物質能等，是未來全球能源互聯(lián)網輸送的主導能源。各種清潔能源都可以轉化為電能。就地轉化為電能是清潔能源最主要、最高效、最便捷的利用方式。目前，全球水能、風能、太陽能等清潔能源超過100萬億千瓦，取之不盡、用之不竭，僅開發(fā)萬分之五就能滿足世界能源需求。
從功能作用看：全球能源互聯(lián)網是集能源傳輸、資源配置、市場交易、信息交互、智能服務于一體的“物聯(lián)網”，是共建共享、互聯(lián)互通、開放兼容的“巨系統(tǒng)”，是創(chuàng)造巨大經濟、社會、環(huán)境綜合價值的和平發(fā)展平臺。
郭劍波強調，全球能源互聯(lián)網理念中有兩個非常重要的關鍵詞：清潔能源大規(guī)模開發(fā)利用，能源的大范圍優(yōu)化配置。
他表示，大規(guī)模清潔能源，特別是具有間歇性和波動性特征的新能源的接入、傳輸與消納將對電網的運行和控制帶來極大的挑戰(zhàn)，其實現需要信息通信（ICT）、電力系統(tǒng)、儲能、電力電子、新能源等多個領域的技術突破和交叉融合。在全球能源互聯(lián)網逐步推進的背景下，“應加大自主創(chuàng)新，超前規(guī)劃布局，培育出一批獨有的‘殺手锏’核心技術”，其中涉及新材料、新工藝、新技術、新裝備，更有賴于其產業(yè)鏈上下游的技術、服務及產品的開拓與創(chuàng)新。
至于能源的大范圍優(yōu)化配置，郭劍波指出，能源互聯(lián)網中最關鍵的一環(huán)就是電網互聯(lián)，其中包含的技術問題包括清潔能源（特別是高比例新能源）的送出與消納、大容量／遠距離輸電、復雜大電網的運行與控制等。從已有的應用及分析來看，電網互聯(lián)可實現不同發(fā)電間的互補，有助于降低新能源發(fā)電的波動性對電網的影響，同時大范圍互聯(lián)也可以平衡不同區(qū)域負荷的峰谷差，有利于高比例清潔能源的消納利用。其中，實現高比例的新能源接入和消納，需要從源端、負荷乃至能源系統(tǒng)多方面結合，由發(fā)電、輸電、配電、用電以及儲能等多個環(huán)節(jié)共同承擔，將帶來電力系統(tǒng)乃至能源系統(tǒng)相關技術和產業(yè)的一系列發(fā)展和創(chuàng)新。實現能源資源的大范圍優(yōu)化配置，中國特高壓交直流輸電技術為其奠定了堅實基礎，1000千伏特高壓交流輸電距離達到1500公里，±1100千伏特高壓直流輸電距離可達5000公里，基本滿足了跨國或洲際聯(lián)網的輸電需求。此外，考慮跨海、山地等復雜地質地段、電源和負荷分布不均勻區(qū)域等多種應用場景，也需要在超導輸電等先進輸電技術領域有所突破。他還著重強調了全球能源互聯(lián)背景下電力系統(tǒng)運行安全性、靈活可控能力的至關重要，“這些都需要更精確快速、安全可靠的調節(jié)控制技術，確保能源互聯(lián)網的安全穩(wěn)定、可靠高效運行；同時需要利用物聯(lián)網、云計算、大數據等信息通信和數據處理技術，應對互聯(lián)大電網中的海量數據和復雜多樣化的控制”。
郭劍波介紹，全球能源互聯(lián)網將帶動電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的技術創(chuàng)新和產業(yè)發(fā)展。在發(fā)電領域，需進一步提高清潔能源，尤其是新能源發(fā)電比例，這將促進高效低排型傳統(tǒng)能源發(fā)電技術、經濟友好型新能源發(fā)電技術、靈活可靠新能源發(fā)電并網技術等一系列新技術的創(chuàng)新，促進大型火電機組、水輪機組、核電機組等裝備產業(yè)的技術升級，帶動低成本、高效率光伏板等組件材料的自主研制等。在輸電領域，需滿足大容量、遠距離電力輸送需求以及高比例新能源的接入輸送需求，將促進超／特高壓輸電技術、柔性直流輸電技術、超導輸電技術以及電網安全穩(wěn)定運行和柔性控制技術等關鍵技術的發(fā)展，帶來高壓電纜、換流閥、套管等輸電裝備、多FACTS等電力電子控制設備制造及超導材料等的自主開發(fā)等。在配用電領域，需滿足電動車、變頻器等負荷和新能源分布式發(fā)電的靈活接入需求，將促進電動車充電技術、儲能技術、主動配電網運行與控制技術等關鍵技術的發(fā)展，帶動電動車及充換電、測量傳感等產業(yè)和儲能電池、配電自動化等材料、設備和技術的換代升級。
由此可見，能源互聯(lián)網帶來的是一系列以電力為主相關技術的變革和廣泛綜合利用的長產業(yè)鏈條。其實施還將直接帶動研究設計、實驗測試、軟件開發(fā)、設備研制、生產運行等產業(yè)鏈條相關環(huán)節(jié)的快速發(fā)展，依賴于電力系統(tǒng)、信息通信、數據處理、先進控制等多個領域技術的創(chuàng)新，尤其是在傳感器、芯片、電力電子器件、高端新型材料等尖端技術上實現突破，其布局將推動新能源、新材料、節(jié)能環(huán)保、電動汽車、智能制造、新一代信息技術等戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展，促進結構調整和產業(yè)升級，整體提高中國的技術裝備水平和國際影響力。
國家電網公司副總會計師李榮華在對全球能源互聯(lián)網的商業(yè)價值、商業(yè)模式、投融資模式等作了深入系統(tǒng)闡述后指出，全球能源互聯(lián)網蘊含巨大商業(yè)價值，具有廣闊投資機會：預計到2050年初步建成時，累計投資將超過50萬億美元，形成若干個萬億級的投資板塊，催生眾多新興產業(yè)，為全球投資者帶來豐厚回報。
超級工程：“三步走”路線圖愿景可期
從現在起到2050年的35年間，全球能源互聯(lián)網被規(guī)劃出“三步走”路線圖：到2020年，重點加快各國清潔能源開發(fā)和國內電網互聯(lián)建設；到2030年，重點推動洲內大型能源基地開發(fā)和電網跨國互聯(lián)；到2050年，重點開發(fā)“一極一道”能源基地和推動電網跨洲互聯(lián)，基本建成全球能源互聯(lián)網。
對此，劉振亞解釋，構建全球能源互聯(lián)網總體按照“先國內、再跨國，先洲內、再跨洲”有序推進；具備條件的重點地區(qū)，可以率先實現跨國、跨洲聯(lián)網。他透露，國網公司正在研究推進東北亞、東南亞、南亞、中亞和亞洲－歐洲、非洲－歐洲等一批跨國跨洲聯(lián)網示范項目，而未來幾十年，是構建全球能源互聯(lián)網的關鍵期。目前，世界上已形成北美、歐洲、俄羅斯－波羅的海三個特大型互聯(lián)電網，以及南部非洲、海灣地區(qū)、南美洲等的跨國互聯(lián)電網。中國已經實現（除臺灣地區(qū)）全國聯(lián)網；到目前，國家電網公司已建成投運“三交四直”7項特高壓工程、在建“四交六直”10項特高壓工程。已建成智能變電站2286座，安裝智能電表3.1億只，建成電動汽車充換電站1500余座、充電樁3萬個。中國風電裝機1.3億千瓦，光伏發(fā)電裝機4200萬千瓦，比2010年分別增長3.3倍、45倍。國家電網成為全球接入風電、光伏發(fā)電規(guī)模最大的電網。這些都將成為全球能源互聯(lián)網的重要組成部分。
全球能源互聯(lián)網總體布局中，包括“一極一道”即北極地區(qū)風電、赤道地區(qū)太陽能的大規(guī)模開發(fā)。如此超大規(guī)模、超遠距離的能源開發(fā)和輸送，經濟上是否可行？
國網北京經濟技術研究院副院長韓豐的《特高壓及全球能源互聯(lián)網經濟性研究》，從中國特高壓電網工程實踐、全球能源互聯(lián)網效益評估、亞歐洲際聯(lián)網經濟性分析，得出“依靠特高壓輸電技術實現亞歐洲際互聯(lián)，將中亞能源資源輸送至歐洲負荷中心，具備良好的電價競爭力”的結論，頗具說服力；尤以對洲際電網互聯(lián)經濟性的分析令人印象深刻：全球各主要負荷中心地理跨度大，考慮時差因素，負荷特性之間存在較強的互補性。以2050年北半球三大洲——歐洲、北美洲、亞洲為例，全球聯(lián)網后，可利用自然時差優(yōu)化全球電網負荷，形成較為平滑的負荷曲線，實現削峰填谷，峰谷差由25%—40%降到10%以內。
劉振亞展望，清潔能源發(fā)電技術、儲能技術快速進步，將大幅提高風電、太陽能發(fā)電的經濟性，清潔能源競爭力有望在2025年前超過化石能源。2000—2014年，全球風電、太陽能發(fā)電年均分別增長26%、45%，遠遠超過煤炭3.6%、石油1.2%、天然氣2.5%的年均增速。到2050年全球能源互聯(lián)網建成后，連接“一極一道”等大型清潔能源基地，將存在時區(qū)差、季節(jié)差的各大洲電網緊密聯(lián)接起來，實現風光互補、水火互濟、地區(qū)互調，有力保障能源供應。按照清潔能源比重達到80%計算，每年可替代240億噸標準煤的化石能源，減排二氧化碳670億噸；碳排放可控制在115億噸左右，僅為1990年的一半，能夠實現全球溫升控制在2℃以內的目標。將亞洲、非洲、南美洲等地區(qū)的資源優(yōu)勢轉化為經濟優(yōu)勢，縮小地區(qū)發(fā)展差異，讓人人享有可持續(xù)能源，“一個能源充足、天藍地綠、亮亮堂堂、和平和諧的地球村愿景可期”。
