探討全球能源互聯網構建理念及前景

胡學鵬+趙榮+婁南

摘要本文總結了化石能源面臨的挑戰和世界能源轉型方向，分析了清潔能源風能和太陽能的現狀和未來，探討了全球能源互聯網構建理由、組成和行動愿景，展望了全球能源互聯網給人類未來帶來的新生活。

關鍵詞能源轉型；風能；太陽能；全球能源互聯網；可持續發展

1世界能源轉型方向

1.1化石能源問題

目前全球主導能源為煤炭、石油、天然氣等化石能源，長期大規模開發使用，面臨三大嚴重挑戰。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。然后是環境污染。化石能源燃燒每年排放氮氧化物1億t，二氧化硫1.2億t，二氧化碳320億t，嚴重污染環境，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，全球自工業化以來地表平均溫升超過1℃，照此速度本世紀末將達到4℃，導致冰川融化、海面上升、物種滅絕、糧食減產。如果化石能源繼續為主導能源，將嚴重威脅人類生存，像倫敦、上海等城市都將被海水淹沒。

1.2世界能源轉型方向

為了應對能源和環境挑戰，能源變革勢在必行，世界能源轉型方向是清潔化、全球化、智能化。清潔化，就是走綠色低碳發展道路，轉變能源發展方式，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能源。全球太陽能資源最大，超過100萬億kw，陸地風能資源也十分巨大，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轉化為電能，就完全可以滿足全球能源需求，清潔主導、電為中心是能源發展的必然趨勢。預計到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、跨洲能源基礎設施互聯互通，構建安全、低碳、高效、先進的現代能源供應體系。智能化，就是基于大數據、云計算、互聯網等先進信息技術的推廣應用，全面提高現代能源系統的經濟性、適應性和靈活性，構建智慧能源系統。

2風能

2.1風能

風能是空氣流動產生的動能。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。風能是可再生的清潔能源，儲量大、分布廣，能量密度低，不穩定。風能資源決定于風能密度和可利用的風能年累積小時數，全球風能資源為每年2000萬億kw·h。北極及周圍區域風能資源技術可開發量達到每年300萬億kw·h，占全球風能資源的20%左右，在全球居首位，各洲近海地區、非洲東部、歐洲北部、北美中部、亞洲中部和北部風能資源都非常豐富。

2.2風電

風力發電是風能最主要利用形式。風電技術突飛猛進，開發成本快速下降，風電最大單機容量己達8MW。風電裝機容量快速增長，2015年全球風電裝機累計達到4.4億kw，中國風電達到1.3億kw，成為全球風電規模最大國家。智慧風機，應用工業互聯網技術調整風機速度、扭矩、間距等參數，最大限度提高風機出力和效率，讓風電場實現實時自我調節，達到最佳運行狀態。隨著技術進步，風電競爭力有望在2025年前超過火電。預計到2050年全球風電發電量將達到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的技術可開發量，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換和光電轉換兩種方式。

3.2太陽能發電

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

4全球能源互聯網

4.1構建全球能源互聯網的原因

清沽能源將代替化石能源，清潔能源分布不平衡，水能、風能、太陽能資源大的地區，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化為電能，然后由特高壓輸電送到負荷中心才能使用。“一極一道”（北極和赤道）清潔能源開發對全人類十分重要，北極風能資源，赤道太陽能資源，極為風富且優質，北極風電利用小時數達到火電水平，赤道太陽能可以達到3000多小時。只有構建全球能源優化配置平臺，即全球能源互聯網，才有可能大規模開發利用全球大的清潔能源資源。

風能、太陽能等清潔能源具有隨機性、間歇性，只有形成大電網，讓能源大范圍匯聚，水電、火電、風電和太陽能電等互補，才能形成足夠的穩定性和平衡性，保證電力穩定供應。如果電網只有風電，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、國家，分別處于不同的時區，不同的季節，實現各地區電能資源互濟供應，可提高發電機組利用效率。通過清潔能源全球配置，也有利于將經濟不發達地區資源優勢轉化為經濟優勢，促進區域經濟協調發展。

4.2全球能源互聯網組成

全球能源互聯網就是全球互聯的大電網。電能是零排放，是最清潔高效的能源，電為中心是能源發展的大趨勢，各種清潔能源都可以轉化為電能，通過全球能源互聯網送到千家萬戶。全球能源互聯網是一個由跨洲電網、跨國電網、國家泛在智能電網組成，各層級電網（輸電網、配電網）協調發展的有機整體，是以特高壓電網為骨干網架、以輸送清潔能源為主導、全球互聯泛在的堅強智能電網。

特高壓電網是關鍵。全球能源互聯網依靠1000kV及以上交流和正負800kV及以上直流的骨干網架，形成跨國、跨洲和洲際聯網通道，將“一極一道”和各國、各洲大型清潔能源基地的清潔能源轉化為電能，送至負荷中心。中國自主創新的特高壓技術先進成熟，工程實踐經驗豐富，為全球能源互聯網遠距離、大規模配置清潔能源提供了現實可行的解決方案和技術保障。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的輸送范圍。

智能電網是基礎。智能電網集成了先進輸電、智能控制、新能源接入、新型儲能等現代智能技術，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，智能設備即插即用和互動服務等需求。智能電網技術創新提升了電力系統運行的安全性、適應性、經濟性和主動性，使得電網在設備監控、系統運行、智能互動、通信信息方面高度智能化。智能電網技術在各國電網的應用和發展，為具有隨機性和間歇性特征的風電、太陽能發電等清潔能源的發展提供了切實保障，將有力推動清潔能源大規模開發使用。清潔能源是根本。北極風電和赤道太陽能發電，各國各洲的集中式或分布式清潔能源發電，是未來全球能源互聯網輸送的主導能源。未來要進一步提高風力發電、太陽能發電技術水平，提高大規模風電調度技術水平，提高大規模光伏發電并網運行技術水平，提高新能源發電功率預測和運行監測水平，以及提高儲能系統運行技術水平，加快清潔能源的開發和使用。

4.3構建全球能源互聯網行動和計劃

構建全球能源互聯網是能源電力領域一場根本性革命，對全球電力行業既是重大挑戰，也是難得機遇。

2015年9月26日，中國國家主席習近平在聯合國發展峰會上提出，倡議探討構建全球能源互聯網，推動以清潔和綠色方式滿足全球電力需求。習主席的倡議彰顯了創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念，為全球走向可持續發展道路指明了方向，是中國為國際社會貢獻的“中國方案”。2016年3月全球能源互聯網發展合作組織在北京成立，在中國國家電網公司等會員單位支持下，積極開展理念傳播、國際合作、戰略研究，共同推動能源技術創新，建立聯合攻關機制，努力在特高壓、智能電網、大電網安全、新能源開發、新材料應用等關鍵領域取得重大成果，加快重大創新成果轉化為國際標準，推動全球能源互聯網發展。構建全球能源互聯網，分為國內互聯、洲內互聯、洲際互聯3個階段，到2050年基本建成全球能源互聯網。

5人類生活新變化

5.1新一輪產業革命

以新能源、智能電網、大規模現代儲能技術、電動汽車為代表的能源領域革命，將催生新一輪產業革命。作為21世紀能源領域的重大創新，全球能源互聯網將帶動新能源、智能設備、新材料、電動汽車和新一代信息產業大發展，成為這一輪產業革命的重要推動力量。

5.2可持續發展

全球能源互聯網，將推動世界能源格局走向以清潔能源為主導、以電為中心，資源全球優化配置的新時代。全球能源互聯網具有大范圍、規模性、經濟性優點，能整體優化、實時調整清潔能源的生產、輸送和分配，提高開發利用效率，為人類經濟社會發展提供持續強勁動力。人人享有可持續能源，以清潔和綠色方式滿足全球電力需求，人類進入可持續發展新時代。

5.3生態文明

全球能源互聯網深刻影響人類生產生活方式。全球能源互聯網使能源的清潔、永續問題得到解決，氣候正常、環境友好、生態和諧、經濟繁榮、社會發展和諧友好。人的發展質量、社會管理效率和自然環境水平大幅提升，創造人類社會美好新生活。

5.4和平和諧

全球能源互聯網，是聚合人類共同利益的平臺。與以往因石油而導致戰爭不同，清潔能源取之不盡、用之不竭，全球能源互聯網不僅改變了能源發展方式，還通過南北合作、南南合作，讓落后地區的資源優勢轉化為經濟優勢，消除了各國之間的矛盾和戰爭，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

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

未來你將會受益于赤道的陽光北極的風。這樣的場景并非是幻想。傍晚7點，當你下班回到家，提前10min開啟的空調使房間涼爽舒適，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，北極的風電、北美洲的風電、歐洲的風電、及其它電能價格，都會自動映入你眼簾，并且系統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，人類生產生活的方方面面都會與全球能源互聯網密切相關。自然界的清潔能源，包括奔騰的流水、呼嘯的大風、普照的陽光、涌動的海潮，都會轉化成電能，讓人們通過全球能源互聯網分享清潔綠色電能，如同在互聯網上分享信息一樣，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。