能源全球互联

构建全球能源互联网统筹资源开发配置和利用未来几十年,全球电力需求仍将保持持续较快增长速度.
除城镇化、工业化等传统电力消费拉动因素外,终端各领域电能对传统化石能源特别是煤炭和石油的替代进程将明显加快,全球电力需求增长将进入新的加速期.
今年7月,在电气与电子工程师学会(IEEE)电力与能源协会2014年会上,国家电网公司董事长刘振亚发表了署名文章《构建全球能源互联网,服务人类社会可持续发展》,提出只有树立全球能源观,构建全球能源互联网,统筹全球能源资源开发、配置和利用,才能保障能源的安全、清洁、高效和可持续供应.
文章描绘了人类能源的未来蓝图.
能源低碳发展、清洁发展,为电力工业带来了新的发展契机,电力需求将长期处于较快增长时期,电力工业发展进入了又一个春天,重新成为朝阳产业.
文章提出,应对人类社会可持续发展面临的能源安全、环境污染、气候变化等诸多挑战,必须推动"两个替代"(即清洁替代和电能替代).
清洁替代是在能源开发上以清洁能源替代化石能源,实现化石能源为主、清洁能源为辅向清洁能源为主、化石能源为辅转变;电能替代是在能源消费上实施以电代煤、以电代油,提高电能在终端能源消费的比重,减少环境污染和温室气体排放.
"两个替代"体现了闭环设计的思路,从终端消费看,逐步以电替代煤炭、石油等化石能源,扩大电力市场,提高电气化水平;从供应端看,发展足够数量的可再生能源发电,逐步替代化石能源发电,并能满足不断增长的电力终端消费.
据初步预测,2010~2020年全球电力需求年均增长2.
8%,电力消费弹性系数0.
9;2020~2030年全球电力需求年均增长3.
3%,电力消费弹性系数1.
0;2030~2040年全球电力需求年均增长3.
8%,电力消费弹性系数1.
3;2040~2050年全球电力需求年均增长2.
6%,电力消费弹性系数0.
9.
可见,未来几十年,全球电力需求仍将保持持续较快增长速度.
除城镇化、工业化等传统电力消费拉动因素外,终端各领域电能对传统化石能源特别是煤炭和石油的替代进程将明显加快,全球电力需求增长将进入新的加速期.
风电、太阳能发电等清洁可再生能源,将最有可能成为今后相当长时期支撑全人类能源需求的主力清洁能源.
综合考虑开发利用规模、技术可行性、经济竞争力等,风能、太阳能等的开发利用方式必然是分布式开发、基地式集中开发相结合.
世界水能资源主要分布在南美、东北亚、北美和南部非洲等地区.
尽管全球尚有大量未被开发的水能资源,但相对页面1/3未来巨大的可再生能源发电需求而言,未来水电开发增量的占比将较为有限.
世界核电发展经历了多次波折,几次严重核电事故对全球核电发展带来重创.
出于对核电安全等的顾虑,瑞士、德国、意大利等国先后宣布放弃发展核电.
中国、美国、法国、英国、俄罗斯等国表示将在最高安全标准下继续发展核电.
可以判断,核电在满足未来人类清洁电力需求中将会占据较低的份额.
其他诸如核聚变等新型发电,在近中期取得重大突破、投入商业化规模应用的可能性不大.
世界能源理事会(WEC)数据显示,全球陆地风能资源超过1万亿千瓦,太阳能资源超过100万亿千瓦.
全球风能、太阳能具有资源分布广泛、可支撑装机规模大等特点.
另外,大规模风电、太阳能发电开发,尚未发现有重大的不利生态环境影响.
因此,风电、太阳能发电将最有可能成为人类未来相当长时期内可再生能源发电发展的重点.
我们经常会听到应该分散开发,还是集中开发风电、太阳能发电的争论.
笔者认为,在一定时期内,在设定的开发目标情况下,应该综合考虑开发、输送和消纳成本,找到成本最低的开发组合方案.
展望中远期,适于分散开发的优质资源将逐步开发完毕,基地式开发将成为风电、太阳能发电开发的主流.
北极、欧洲北海和波罗的海沿岸、北美中西部、非洲东部沿岸、中国西部北部等风能资源丰富,适合大型、特大型风电基地建设.
北非、非洲南部、欧洲南部、北美西南部、南美赤道附近地区,中东、大洋洲、中国西部等太阳能资源丰富,适合大型、特大型太阳能发电基地建设.
除此之外,世界各国还有大量适合建设大型基地及分散开发的风能、太阳能发电资源.
文章估计,到2050年,如果可再生能源占全球能源消费总量的比重达到80%,届时风能和太阳能开发量还不到世界总资源量的万分之五.
构建全球能源互联网,需要技术创新支撑、政策机制的支持.
文章指出,全球能源互联网,是以特高压电网为骨干网架(通道)、以输送清洁能源为主导、全球互联的坚强智能电网.
全球能源互联网由跨洲、跨国骨干网架和各国各电压等级电网(输电网、配电网)构成,连接"一极一道"(北极、赤道)等大型能源基地,适应各种集中式、分布式电源,能够将风能、太阳能、海洋能等可再生能源输送到各类用户,是服务范围广、配置能力强、安全可靠性高、绿色低碳的全球能源配置平台,具有网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动的特征.
在终端消费环节,推广应用电锅炉、电采暖、电制冷、电炊等,主要是把工业锅炉、工业煤窑炉、居民取暖厨炊等用煤改为用电,大幅减少直燃煤,实现以电代煤;推广电动交通、电动汽车、农业电力灌溉,实现以电代油.
以电代煤,需要根据清洁能源发展、环境治理、温室气体减排目标,制定切实可行的替代规划,包括技术工艺改造方案比选、投资估算及电价激励政策等.
以电代油,除继续大力推广电动交通外,发展电动汽车是实现以电代油的有效途径.
但目前电动汽车的成熟度还不够,影响规模化推广,主要瓶颈是储能电池,必须加大研发力度,鼓励科研攻关.
另外,适应电动汽车的发展进程,规划建设好充换电网络.
在输送和配置环节,主要是规划发展好各级电网.
特高压技术已成为成熟适用技术,是构建全球能源互联网的基础.
全球各大洲之间、洲内能源基地与负荷中心之间的距离都在特高压交、直流电网输送范围内.
特高压交流主要用于构建坚强的国家、洲、洲际同步电网,以及远距离大容量输电;特高压直流主要用于大型能源基地超远距离、超大容量电力外送和跨国、跨洲骨干通道建设.
可以预见的是,由于风电、太阳能发电相比传统电源,容量效益较小,还需要扩大灵活调节电源的建设规模;在大力发展风电、太阳能发电的情况下,相比传统发展模式,全球电力总装机将会大幅度增加,特高压电网、超高压电网、配电网的投资规模也将大幅度增加.
电网在全球范围内的强大输送和配置功能,将对风电、太阳能发电的大规模、高比例发展及高效率利用,起到举足轻重的作用.
在发电环节,随着风电、太阳能发电的发展,需要同步规划建设运行好常规电源,并大力研发、示范、规模化应用新型储能电源.
一是常规化石能源发电.
就欧美国家而言,随着可再生能源发电及气电的发展,其燃煤火电已基本没有新增空间,存量煤电的角色也在发生改变,其年利用小时数会逐步降低,并承担更多的调峰及其他辅助服务功能,其运行状态将页面2/3会频繁调节,健康寿命也会有所缩短;随着经济寿命期的到来,燃煤火电将会逐步退出历史舞台.
如果新型储能取得重大突破,燃油燃气发电也将逐步走上煤电的道路.
发展中国家,以中国为例,在未来15年左右,煤电还有较大的新增空间,同时煤电的运行方式也将随着风电等可再生能源的发展而发生改变;在大约15年之后,中国煤电也将步欧美煤电的后尘.
二是灵活调节电源.
要适应风电等可再生能源发电为主时代的到来,除了通过扩大电网互联,提高电力系统整体灵活调节能力,还需要各类灵活调节电源的加快发展.
除了规划建设一定规模的灵活调节气电(如单循环燃气轮机)、充分开发利用优质抽水蓄能站址,还对新型储能提出了大规模发展要求.
以中国2050年开发利用风电、太阳能发电各10亿千瓦为例,在建设4000万千瓦灵活调节气电、1.
3亿千瓦抽水蓄能电站的情况下,新型储能大约需要3亿千瓦;如果风电、太阳能发电各在20亿千瓦以上,需要的新型储能将达到10亿千瓦量级.
但从新型储能技术过去几十年的发展来看,未来新型储能在电力系统中的规模化应用还面临着较大的不确定性,需要尽快解决其较常规电源寿命短、效率衰减快、单位投资高等问题,这些是电动汽车、新型储能电源面临的共同问题.
近年来,世界各国对新型储能的研发高度重视,投入也很大,相信新型储能具备大规模工程应用的时间将不会太远.
发达国家市场经济发展较为完善,我国也明确了让市场在资源配置中起决定性作用.
可以预期,在全球风电、太阳能发电规划发展总体目标给定的情况下,开发布局在很大程度上可能会有多种情景,重要决定因素之一将是经济竞争力.
大型风电基地、太阳能发电基地,通常远离电力负荷中心,输电成本可能会比较高,但通常基地式开发具有规模效益、发电小时数相对较高,全球互联网不但能够输送大型可再生能源基地的电能,还能取得巨大的联网效益,总体成本可能较各国、各洲就近满足可再生能源发电开发目标的方案更低.
因此,在未来研究构建全球能源互联网的过程中,可联合国内外多家研究机构,构建若干种可能的情景方案,并合理预计系统中每部分的成本变化,模拟每种情景方案的系统整体成本,从而找到技术可行、成本最低的情景方案作为推荐方案.
近中期,一般国内、洲内可再生能源开发更具成本优势;中远期,随着与负荷中心较近的优质资源的开发完毕,北极、赤道等大型可再生能源的开发并输送到目标市场,将逐步具备价格优势.
因此,全球能源互联网的发展,也将沿着国内—跨国—洲际—全球的路径,不断发展壮大.
(文/新浪财经专栏作家白建华本文作者介绍:高级工程师,中国可再生能源学会可再生能源发电并网专委会秘书长,现任国网能源研究院副总经济师.
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