能源互聯(lián)網(wǎng)如何串聯(lián)“一帶一路”？

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)保持長(zhǎng)期較快發(fā)展。但重視發(fā)展速度、輕視發(fā)展質(zhì)量的粗放式發(fā)展方式和“按需定供”的能源供應(yīng)模式，導(dǎo)致了國(guó)內(nèi)能源消費(fèi)規(guī)模急劇增長(zhǎng)，能源開(kāi)發(fā)強(qiáng)度急速擴(kuò)大。

我國(guó)已成為世界第一大能源消費(fèi)國(guó)和生產(chǎn)國(guó)，目前國(guó)內(nèi)能源主要受到三個(gè)方面的約束，即：化石能源國(guó)內(nèi)供應(yīng)有限，石油、天然氣對(duì)外依存度高；高強(qiáng)度能源開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成巨大壓力；產(chǎn)能和用能中心在地理上布局不均衡。作為支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，常規(guī)化石能源的有限供應(yīng)能力和日益嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境危機(jī)是世界各國(guó)面臨的共同挑戰(zhàn)。據(jù)國(guó)際能源署最新預(yù)測(cè)，到2020年，全球能源供應(yīng)增量中的2/3將來(lái)自于新能源，新能源供應(yīng)的增速將遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)化石能源。

未來(lái)全球的新能源供應(yīng)中，風(fēng)電和太陽(yáng)能光伏將成為重要支柱。我國(guó)未來(lái)能源供應(yīng)需求的目光將更多的聚焦到可再生能源的產(chǎn)生、存儲(chǔ)和消納上，通過(guò)網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)、廣泛互聯(lián)、高度智能、開(kāi)放互動(dòng)的電網(wǎng)對(duì)電能進(jìn)行廣域的傳輸、調(diào)度與分配，對(duì)我國(guó)電力裝備制造企業(yè)提出了新的要求。

構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)

串聯(lián)“一帶一路”經(jīng)濟(jì)帶

習(xí)近平主席在2013年9月和10月訪問(wèn)中亞四國(guó)和印度尼西亞時(shí)，分別提出建設(shè)“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”(下稱(chēng)“一帶”)和21世紀(jì)“海上絲綢之路”(下稱(chēng)“一路”)構(gòu)想，之后在中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議中，“一帶一路”建設(shè)被納入全年工作任務(wù)。作為“一帶一路”建設(shè)能源合作的重要實(shí)踐，國(guó)家電網(wǎng)公司董事長(zhǎng)、黨組書(shū)記劉振亞提出“構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，服務(wù)人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展”的觀點(diǎn)，其主旨是構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，主要涵蓋電力的洲內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、洲際聯(lián)網(wǎng)和全球互聯(lián)，重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)“一極一道”（北極、赤道）為代表的大型能源基地、構(gòu)建全球特高壓骨干網(wǎng)架、推動(dòng)智能電網(wǎng)在全球廣泛應(yīng)用、強(qiáng)化能源與電力技術(shù)創(chuàng)新，從能源合作的角度進(jìn)一步推動(dòng)“一帶一路”經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)。

打開(kāi)世界地圖，我們可以看到“一帶”從中國(guó)出發(fā)，經(jīng)過(guò)了中亞、中東、東南歐，最終到達(dá)西歐終點(diǎn)，而“一路”則連綴起了東亞、東南亞諸國(guó)、南亞次大陸、北非、阿拉伯半島等一系列國(guó)家和地區(qū)。如果說(shuō)“一帶一路”是友誼與合作之路，那么連接“一極一道”的全球能源互聯(lián)網(wǎng)則是開(kāi)發(fā)與繁榮之橋。“一帶一路”所經(jīng)之處不僅有石油、天然氣等化石能源的產(chǎn)出國(guó)，如沙特阿拉伯、哈薩克斯坦等，也有著如風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生資源潛力巨大的赤道和北極地區(qū)。以全球能源觀的視角看來(lái)，只有構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，統(tǒng)籌全球能源資源開(kāi)發(fā)、配置和利用，才能保障能源的安全、清潔、高效和可持續(xù)供應(yīng)。通過(guò)構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，連接“一極一道”為代表的大型能源基地，將各種集中式、分布式的風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能等可再生能源輸送給各類(lèi)用戶，形成服務(wù)范圍廣、配置能力強(qiáng)、安全可靠性高、綠色低碳的全球能源配置平臺(tái)。

全球能源互聯(lián)網(wǎng)由跨洲、跨國(guó)骨干網(wǎng)架和各國(guó)各電壓等級(jí)電網(wǎng)構(gòu)成，適應(yīng)各種集中式、分布式電源，能夠?qū)L(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能等可再生能源輸送到各類(lèi)用戶，具有網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)、廣泛互聯(lián)、高度智能、開(kāi)放互動(dòng)的特征。如果連接“一極一道”的大型能源互聯(lián)網(wǎng)能夠建成，南亞島國(guó)夜晚用上北極的風(fēng)電，內(nèi)陸地區(qū)用上赤道的太陽(yáng)能發(fā)電將不只是一個(gè)理論上的設(shè)想。構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)具有顯著的規(guī)模經(jīng)濟(jì)性和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)性，意義重大，影響深遠(yuǎn)，將保障我國(guó)和全球能源安全，保護(hù)地球生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人類(lèi)社會(huì)共同可持續(xù)發(fā)展。

何為全球能源互聯(lián)網(wǎng)？

定義、架構(gòu)、組成、功能仍待完善

由于全球能源互聯(lián)網(wǎng)的概念提出時(shí)間還比較短，其定義、架構(gòu)、組成和主要功能還正處于不斷發(fā)展的階段。按照目前能源產(chǎn)業(yè)界主流的看法，全球能源互聯(lián)網(wǎng)主要有以下特征：一是以風(fēng)、光伏為代表的可再生能源作為主要一次能源；二是能夠支持超大規(guī)模分布式發(fā)電系統(tǒng)與分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)接入；三是電力系統(tǒng)的智能化互聯(lián)網(wǎng)化；四是新能源汽車(chē)和儲(chǔ)能的廣泛應(yīng)用。

以美國(guó)為例，美國(guó)電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）認(rèn)為全球能源互聯(lián)網(wǎng)由以下部分構(gòu)成，即主干電力網(wǎng)絡(luò)、分布式可再生能源、分布式儲(chǔ)能設(shè)備、能源分配設(shè)備、智能能量管理設(shè)備和智能故障隔離設(shè)備等。這些設(shè)備都是以電力系統(tǒng)作為各種能源相互轉(zhuǎn)化的樞紐，同時(shí)需要利用強(qiáng)大的信息網(wǎng)絡(luò)對(duì)分布式能源發(fā)電、儲(chǔ)能設(shè)備和電動(dòng)汽車(chē)等進(jìn)行廣域的調(diào)度和消納。

對(duì)全球最大的專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)——Derwent數(shù)據(jù)庫(kù)近5年關(guān)于能源互聯(lián)網(wǎng)的專(zhuān)利進(jìn)行分析，能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)利在近5年內(nèi)出現(xiàn)快速的增長(zhǎng)，年增長(zhǎng)率超過(guò)40%，主要的專(zhuān)利申請(qǐng)國(guó)集中在中國(guó)、美國(guó)、日本和歐盟。通過(guò)對(duì)相關(guān)專(zhuān)利的技術(shù)統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)顯示有關(guān)能源互聯(lián)網(wǎng)的專(zhuān)利主要集中在電能存儲(chǔ)裝置和電池組、數(shù)據(jù)收集和處理、電磁變量的測(cè)量、測(cè)控裝置和供熱系統(tǒng)等技術(shù)領(lǐng)域。

打造全球能源互聯(lián)網(wǎng)

電力裝備機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存

新一代全球能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)未來(lái)的能源發(fā)展提出了新的展望，同時(shí)也給電力裝備制造和科研機(jī)構(gòu)帶來(lái)了新的技術(shù)挑戰(zhàn)與機(jī)遇。

一是全球能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)于電力裝備提出新的要求。全球能源互聯(lián)網(wǎng)具有類(lèi)似于互聯(lián)網(wǎng)的扁平化結(jié)構(gòu)，由各種規(guī)模不同的分布式微電網(wǎng)組成，微電網(wǎng)之間可以實(shí)現(xiàn)電能的雙向共享和高效配置。作為能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)電力裝備，固態(tài)變壓器幾乎可以適用于各種情況下的微電網(wǎng)與外部電力總線之間的電壓雙向傳遞，可以將太陽(yáng)能發(fā)電網(wǎng)絡(luò)并入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)低壓直流電向高壓交流電的轉(zhuǎn)化；將風(fēng)能發(fā)電網(wǎng)絡(luò)并入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)低壓交流電向高壓交流電的轉(zhuǎn)化；為電動(dòng)汽車(chē)充電，實(shí)現(xiàn)低壓交流電向低壓直流電的轉(zhuǎn)化；將分布式儲(chǔ)能裝置與電力總線相連，實(shí)現(xiàn)直流電與交流電的雙向傳導(dǎo)。這適應(yīng)了可再生能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用多樣化和寬泛性的特點(diǎn)，以固態(tài)變壓器為代表的新一代電力裝備將會(huì)是未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的重要技術(shù)基礎(chǔ)和研究熱點(diǎn)。

二是可再生能源大規(guī)模接入對(duì)于電網(wǎng)調(diào)度提出的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的發(fā)電計(jì)劃基于電源的可靠性以及負(fù)荷的可預(yù)測(cè)性，但部分可再生能源電站出力的不可控性和隨機(jī)性使得對(duì)其既不能進(jìn)行可靠的負(fù)荷預(yù)測(cè)，也不可能制定和實(shí)施精確的發(fā)電計(jì)劃。隨著這類(lèi)隨機(jī)電源容量比例的增加，必將給電網(wǎng)調(diào)度帶來(lái)不少壓力。在能源互聯(lián)網(wǎng)的大背景下，各國(guó)之間針對(duì)即將出現(xiàn)的可再生能源波動(dòng)必須要考慮容許通過(guò)的輸電可能，因此互聯(lián)狀態(tài)下的全網(wǎng)備用和可使用信息將成為網(wǎng)絡(luò)安全的重要突破點(diǎn)。

三是大規(guī)模分布式能源接入對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定技術(shù)提出挑戰(zhàn)。未來(lái)大規(guī)模分布式電源將通過(guò)特高壓網(wǎng)架實(shí)現(xiàn)跨國(guó)跨洲傳輸，使得電網(wǎng)成為全球互聯(lián)的能源網(wǎng)絡(luò)。這將使各國(guó)電網(wǎng)之間的電氣聯(lián)系大大加強(qiáng)，廣域動(dòng)態(tài)交互影響加劇，電網(wǎng)穩(wěn)定特性變得更加復(fù)雜。再加上大規(guī)模的風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源發(fā)電的隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性特點(diǎn)，將給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)更大的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定控制技術(shù)提出更高的要求?，F(xiàn)有的電網(wǎng)保護(hù)和安穩(wěn)系統(tǒng)，大多采用當(dāng)?shù)鼗騾^(qū)域內(nèi)的信息，通信系統(tǒng)對(duì)其影響有限。但全球互聯(lián)后，廣域保護(hù)和跨洲的安穩(wěn)系統(tǒng)會(huì)大量出現(xiàn)，通信的中斷，延時(shí)和誤碼問(wèn)題會(huì)變得突出，其對(duì)穩(wěn)定控制的影響也會(huì)越來(lái)越大。如何在通信系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下保證控制裝置不拒動(dòng)、誤動(dòng)，并保證其動(dòng)作的時(shí)效性，是必須加以研究的課題。

四是儲(chǔ)能管理將在未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)中處于重要地位?？稍偕茉丛谖磥?lái)能源互聯(lián)網(wǎng)中將占有極其重要的位置，儲(chǔ)能發(fā)揮著降低可再生能源不穩(wěn)定性的重要作用。為了有效彌補(bǔ)可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性，需要有良好的經(jīng)濟(jì)性和長(zhǎng)壽命的大容量?jī)?chǔ)能裝置。研發(fā)高效儲(chǔ)能裝置及其配套設(shè)備，與風(fēng)電、光伏發(fā)電機(jī)組容量相匹配，支持充放電狀態(tài)的迅速切換，確保并網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定已成為可再生能源充分利用和能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵。

五是可再生能源進(jìn)入電網(wǎng)對(duì)電力市場(chǎng)交易運(yùn)營(yíng)提出挑戰(zhàn)。如果北極和赤道作為能源基地與各國(guó)電網(wǎng)相連，那么電的供需形勢(shì)將隨著各國(guó)的資源、時(shí)差、生產(chǎn)和生活狀況隨時(shí)變化，因此其價(jià)格多變也成為必然。這種情況下，電的24小時(shí)變化價(jià)格的商品特性也許會(huì)讓電這一未來(lái)最重要的能源形式成為人們財(cái)富交換和資源交易的中介。在各國(guó)電網(wǎng)廣泛互聯(lián)狀態(tài)下也許會(huì)催生更多的電力交易互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式，而這一體系的設(shè)計(jì)也是各國(guó)政治和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要著力點(diǎn)。

作為能源革命和科技創(chuàng)新的主體，電力科研和裝備機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)盡早參與到能源互聯(lián)網(wǎng)的研究、建設(shè)和國(guó)際合作中來(lái)。針對(duì)新能源并網(wǎng)接入對(duì)國(guó)內(nèi)、洲際甚至全球電網(wǎng)帶來(lái)的安全穩(wěn)定問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)研究并協(xié)調(diào)各國(guó)在電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)方面的導(dǎo)則，形成適用于全球能源互聯(lián)網(wǎng)并為各國(guó)接受的統(tǒng)一導(dǎo)則，為今后電網(wǎng)的運(yùn)行和管理提供技術(shù)保障；針對(duì)跨國(guó)甚至洲際發(fā)電調(diào)度控制系統(tǒng)，研究全球能源互聯(lián)環(huán)境下電網(wǎng)可靠性防御體系及關(guān)鍵技術(shù)，以各大洲電力資源分布調(diào)研為基礎(chǔ)，開(kāi)展洲內(nèi)電網(wǎng)互聯(lián)的研究；以未來(lái)可再生能源和儲(chǔ)能設(shè)備大量接入能源互聯(lián)網(wǎng)為前提，開(kāi)展國(guó)際化智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)和新一代網(wǎng)絡(luò)潮流算法的研究；以能源路由器的研究為龍頭，重點(diǎn)開(kāi)展電力電子變壓器、分布式電動(dòng)汽車(chē)充電、分布式儲(chǔ)能等能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵電力裝備領(lǐng)域的研究；以智能電網(wǎng)研究和綜合示范工程形成的技術(shù)和建設(shè)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，掌握國(guó)際能源互聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和通信技術(shù)的應(yīng)用方案，建立能源互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)體系，形成用戶側(cè)資源快速組網(wǎng)的通信典型設(shè)計(jì)；研究適合于未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的多級(jí)電力交易市場(chǎng)機(jī)制，研究能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下的電力市場(chǎng)價(jià)格評(píng)估、實(shí)時(shí)電力市場(chǎng)交易及相關(guān)支撐技術(shù)。

縱觀“一帶一路”所穿越的國(guó)家，發(fā)展中國(guó)家居多。從能源革命的視角看來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家目前多處于后工業(yè)化社會(huì)，能源需求基本趨于飽和，甚至出現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)，在能源需求增長(zhǎng)緩慢的情況下，利用新能源和天然氣取代原有的煤炭消費(fèi)，其能源結(jié)構(gòu)就可以加以改善，實(shí)現(xiàn)清潔化；而以我國(guó)為代表的發(fā)展中國(guó)家都處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展階段，能源需求依然大幅增加，推進(jìn)能源變革更為迫切，任務(wù)也更為艱巨。因此，我們更需要立足國(guó)情，緊跟國(guó)際能源技術(shù)革命新趨勢(shì)，以綠色低碳為方向，分類(lèi)推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新，并同其他領(lǐng)域高新技術(shù)緊密結(jié)合，把能源技術(shù)及其關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)培育成帶動(dòng)我國(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的新增長(zhǎng)點(diǎn)。

伴隨著我國(guó)外向型經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力裝備制造業(yè)也正在走出國(guó)門(mén)，以電力建設(shè)為龍頭，在能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命所涉及的各個(gè)方面加強(qiáng)國(guó)際合作。通過(guò)“一帶一路”電力能源基礎(chǔ)建設(shè)積累的技術(shù)和人才儲(chǔ)備，為未來(lái)貫穿“一極一道”的能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行國(guó)際能源合作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，從而在根本上解決能源供給的難題，為我國(guó)和全球未來(lái)的能源安全提供堅(jiān)強(qiáng)的保障。

【肖世杰，南瑞集團(tuán)公司總經(jīng)理、國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院院長(zhǎng)】