全球能源互聯網電力技術創新重點領域及關鍵技術分析

陳 蓉

(國網四川省電力公司南充供電公司變電運檢室，四川 南充 637000)

0 引 言

近年來，伴隨著未來能源的快速發展，技術創新的重要性在全球逐漸突顯，并且成為了新興產業。目前，全球能源互聯網是對已有能源生產方式與消費方法的一種創新，保證相關技術得到有效發展，進一步推進了全球能源電力技術的進步。由此可見，深入研究并分析全球能源互聯網電力技術，創新其重點領域及關鍵技術具有一定的現實意義。

1 全球能源互聯網技術概述

基于全球能源互聯網的構建，要求以技術問題為出發點，重點表現在三個方面。

第一，新型能源發電技術要與大型新能源基地開發利用的需求相適應。全球能源互聯網中，風能發電、海洋能發電以及太陽能發電是十分關鍵的源端電源。因此，必須高度重視新能源發電技術的進一步創新，盡量減少新能源發電的成本，突破大容量儲能技術，并為新能源基地的規?；_發以及創造奠定堅實基礎[1]。

第二，全面發展大容量輸電技術與特大型電網安全控制技術，保障新能源基地外送與電網運行的安全性和穩定性。新時期背景下，互聯大電網的建設速度逐步加快，海上區域與極地區域的新能源基地開發也將實現大容量與高等級的發展。

第三，信息通信技術全面融合，電網逐漸實現智能化發展。要想與全球能源互聯網的海量信息處理需求相適應，必須積極應用現代化信息通信技術。

通過分析、研究技術創新的趨勢，發現全球能源互聯網技術創新的重點，主要體現在以下幾個方面，如表1所示。

表1 全球能源互聯網重點技術領域與關鍵技術

2 大容量遠距離輸電技術研究

大容量遠距離輸電技術主要包括特高壓直流輸電技術、柔性直流輸電與直流電網等。

2.1 特高壓直流輸電技術與裝備

要確?；ヂ摼W與偏遠區域新能源基地電力成功外送，必須保證特高壓輸電技術在未來發展的過程中容量更大、電壓等級更高。同時，要求輸電距離超過3 000 km，且輸送容量不低于1×107kW。如此一來，優化配置能力將會大大加強[2]。

現階段，特高壓直流輸電斷路器與換流器等諸多高端裝備始終無法與高電壓等級輸電技術性能相適應。所以，未來發展過程中，一定要全面發展±1 000 kV電壓等級的直流輸電技術，并且研發高端裝備工藝技術。在此基礎上，還應全面建設±1 100 kV電壓等級需求的電網工程，以滿足極端條件。

2.2 柔性直流輸電與直流電網

要想確保城市供電、分布式能源成功開展以及實現新能源并網目標，必須高度重視柔性直流輸電技術。需要注意的是，高壓直流電網有效升級了柔性直流輸電，確保了大規模新能源接入的靈活性，使電網運行更加安全、可靠[3]。未來，柔性直流輸電與直流電網技術將和特高壓電網等現代化科學技術相融合，全面建設全球能源互聯網，確保與新能源基地電力大規模送出的實際需求相適應。

目前，國內高壓柔性直流控制保護技術與絕緣材料等相關技術尚未成熟，特別是電壓等級與輸電能力，仍然需要不斷改進與完善。為此，應將架空線柔性直流輸電技術作為重要基礎，綜合考慮直流電網規劃和網架構建理論等方面，保證成功研發高壓柔性直流輸電裝備，尤其是直流電網潮流控制器與高壓直流斷路器。

根據合理預測，2030年，柔性直流輸電工程直流電壓的等級會超過±800 kV，且實際容量大于5×106kW。在此基礎上，將成功建成若干直流電網。

3 大電網安全運行與控制技術研究

全面發展特高壓交直流電網建模和仿真技術。未來發展過程中，基于特高壓交直流電網發展速度的不斷加快，加之新能源的大規模開發，大電網運行過程中的安全性與控制將面臨極大挑戰[4]。其中，特高壓交直流電網的正常運行，能夠確保電網的特性隨之改變。在交流、直流和受端的互相影響下，交直流故障的連鎖反應將過于復雜。所以，大容量集中饋入與特高壓多直流饋入都會導致電壓不穩定，不利于頻率的穩定性。

現階段，電力系統的實際運行過程中采用的仿真理論、控制技術，都難以與電網發展需求和大規模新能源接入需求相適應。所以，必須掌握特大型電網的發展規律，成功研制出能夠與超大規模交直流混聯系統相適應的新技術，確保電網的運行更加安全、穩定。

4 新能源發電與并網調控技術研究

4.1 高效低成本太陽能發電技術

合理運用太陽能，不斷提高實際轉化效率，可節省發電成本，實現大規模的商業化發展，為技術創新提供保障。未來發展過程中，光伏發電技術與光熱發電技術將會實現進一步突破，有效推進全球能源互聯網建設，充分發揮大型太陽能發電基地的作用。

根據合理預測，2030年，晶硅與薄膜電池的光能轉換率提高30%或25%。此外，鈣鈦礦型與疊層等太陽能的電池效率將大于50%。較之于從前，光伏發電平均度電成本的下降速度也將大于50%。伴隨光熱發電技術的成熟化發展與應用，塔式系統將成為光熱電站的主流開發技術，而且平均度電成本會降低40%左右。

4.2 海洋能發電技術

因為全球海洋能資源相對豐富，所以在全球能源互聯網創建過程中，海洋能資源同樣是不可缺少的源端能源。海洋能發電技術過程中，溫差發電、波浪能發電以及潮汐發電等，都是最常見的海洋能發電技術。特別是潮汐能，它的開發與利用時間較長，技術相對成熟[5]。然而，實踐中，它卻容易受到裝機規模的影響。因此，分布式利用模式始終占據主導地位。此外，波浪能與洋流能的技術已經趨于成熟，且有大量技術已經開始實施。在未來的發展過程中，海洋能發電技術可能與海上風電基地實現聯合性建設與發展，進而構建大規模且集中性的海上可再生能源發電基地。

4.3 新能源并網調控技術

新能源并網調控保障了全球能源互聯網的運行安全與穩定。為此，后期發展中需要發展新能源發電功率預測和新能源互補協調調度等技術，并且系統化研究、分析大規模電場和太陽能電站集群控制等技術。

5 現代化儲能技術研究

創建全球能源互聯網的過程中，儲能技術的作用不容小覷。儲能技術將成為新能源發電必不可少的主力能源，為新能源基地的發展提供不竭的電力供應。儲能技術研究方面，電儲能是重點、難點。一般情況下，電儲能主要包含化學儲能與物理儲能。其中，物理儲能體現在飛輪儲能、物理儲能與化學儲能等方面?；瘜W儲能則體現在液流電池與鉛酸電池等方面。目前，抽水蓄能是最成熟的儲能技術，而前沿的電儲能技術則包括超導磁儲能與新型儲能電池等。

5.1 化學儲能

與物理儲能技術相比，化學儲能的安裝環境、能量密度以及地址選擇等方面優勢十分明顯?，F階段，儲能電池處于研發與示范應用狀態的種類多于30種。但是，儲能電池的成本相對較高，除電動汽車電池之外儲能電池沒有達到大規模商業化應用的目的。所以，在儲能電池技術創新發展方面，應將重點放在聯合運用可再生能源、提高安全性以及降低成本等方面。

5.2 氫儲能

所謂氫儲能，是指借助多樣化技術，將多種形式能量轉化為氫氣進行貯存。目前，大規模新能源的發展為新能源制氫提供了極為廣闊的發展空間。

因為新能源制氫可以有效消納過剩的新能源電力所以使得電網負荷更加平衡，電力供需的調節效果也更加明顯。因此，新能源制氫在未來的發展中前景廣闊。新能源制氫過程中，對于源端而言，可以借助制氫的過程，將棄光電量與棄風電量合成天然氣，并且輸送至輸氣管道，進一步轉化、儲存過剩的新能源電力，從而推動電網和氣網的充分融合發展。而在受端，可合理運用低谷新能源達到制氫的目標，為終端電能的有效替代提供全新發展機遇。

6 結 論

綜上所述，全面促進全球能源互聯網的可持續發展為特高壓電網、儲能和新能源等諸多領域提供了發展機遇，尤其是各領域的技術創新。因此，未來發展過程中應高度重視全球能源互聯網發展技術，在多個方面進行技術創新，推動可再生能源發展，積極建設更多示范工程，實現全球能源互聯網電力技術的進步。