能源開(kāi)發(fā)利用正進(jìn)入以“互聯(lián)網(wǎng)+”新能源為特征的新時(shí)代，積極發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)，是我國(guó)應(yīng)對(duì)能源革命的主要策略。隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)不斷推進(jìn)，電網(wǎng)的形態(tài)將更加智能靈活，必須開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新與突破，才能匹配各類(lèi)需求。全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院在新型交流輸電技術(shù)研發(fā)方面邁出了堅(jiān)實(shí)步伐，為推動(dòng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)更好發(fā)展提供技術(shù)支撐。
電網(wǎng)互聯(lián)互通已成世界課題
在剛剛結(jié)束的G20峰會(huì)上，建立全球基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通聯(lián)盟的倡議引起各界關(guān)注。這個(gè)體現(xiàn)中國(guó)擔(dān)當(dāng)與智慧的倡議，也為全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展指明了清晰可行的實(shí)施路徑。
電網(wǎng)互聯(lián)互通涉及政策、科技、市場(chǎng)、環(huán)境等諸多方面，要解決好能源問(wèn)題，必須以全球化視野、可持續(xù)理念、前瞻性思維、戰(zhàn)略性舉措和創(chuàng)造性技術(shù)著力轉(zhuǎn)變能源發(fā)展方式，構(gòu)建安全、高效、清潔的現(xiàn)代能源體系。
中國(guó)倡議構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)以來(lái)，各項(xiàng)工作穩(wěn)步推進(jìn)。而電網(wǎng)互聯(lián)互通的例子，不僅僅是中國(guó)的特例。
為應(yīng)對(duì)全球氣候變化及可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題，西歐和北美發(fā)達(dá)國(guó)家相繼提出了建設(shè)歐洲超級(jí)電網(wǎng)（Supergrid）和2030年北美大電網(wǎng)（Grid 2030）的愿景計(jì)劃。根據(jù)這些計(jì)劃，歐洲北海沿岸國(guó)家將以豐富的北海海上風(fēng)力資源為基礎(chǔ)，利用直流電網(wǎng)技術(shù)整合各國(guó)的風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電和水力發(fā)電資源，建設(shè)連接北海沿岸清潔能源項(xiàng)目的超級(jí)電網(wǎng)，并進(jìn)一步擴(kuò)展到非洲，把沙哈拉沙漠的太陽(yáng)能（沙漠計(jì)劃）輸送到歐洲。
2011年，美國(guó)提出了2030年電網(wǎng)預(yù)想（Grid 2030），即美國(guó)未來(lái)電網(wǎng)將建立由東岸到西岸，北至加拿大、南至墨西哥，主要采用超導(dǎo)技術(shù)、電力儲(chǔ)能技術(shù)和更先進(jìn)輸電技術(shù)的骨干網(wǎng)架。
在中國(guó)，根據(jù)規(guī)劃，到2020年國(guó)家電網(wǎng)公司將形成以特高壓為骨干的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。而構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模將更大，技術(shù)要求也會(huì)更高。未來(lái)，電網(wǎng)的靈活性、智能性、友好性都需要相應(yīng)技術(shù)支撐。
創(chuàng)新是推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型的“金鑰匙”
重大技術(shù)突破對(duì)于推動(dòng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)意義重大，將大幅提高能源供應(yīng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性。輸電技術(shù)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新，為全球能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃與建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)，需全面掌握主要可再生能源資源分布及可開(kāi)發(fā)潛力；提高全球能源互聯(lián)網(wǎng)消納可再生能源的效率，需要掌握洲際和區(qū)域負(fù)荷特性及其與可再生能源出力的互補(bǔ)性。
隨著新一輪能源革命的逐步深化，能源大國(guó)在能源技術(shù)領(lǐng)域投入越來(lái)越大，能源和電力技術(shù)的需求和創(chuàng)新呈爆發(fā)式增長(zhǎng)。歐洲、美國(guó)、日本等地區(qū)和國(guó)家在清潔能源、分布式電源、電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能裝置等方面不斷取得突破，巴西、印度正在積極發(fā)展特高壓輸電。
在全球能源互聯(lián)環(huán)境下，能源與電力技術(shù)創(chuàng)新，尤其是新材料、新型輸電技術(shù)、新型發(fā)電技術(shù)等技術(shù)變革將有力推動(dòng)全球能源互聯(lián)的建設(shè)進(jìn)程。
運(yùn)用靈活交流輸電解決電網(wǎng)互聯(lián)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題
全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院作為國(guó)家電網(wǎng)公司重要研發(fā)平臺(tái)，緊密?chē)@全球能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建與發(fā)展，推動(dòng)戰(zhàn)略創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)系列重大關(guān)鍵技術(shù)突破。這些技術(shù)，將深刻改變未來(lái)電網(wǎng)形態(tài)。
新型靈活交流輸電技術(shù)——支撐跨國(guó)、跨洲遠(yuǎn)距離輸電
在全球能源互聯(lián)的大背景下，新型靈活交流輸電技術(shù)將有效支撐跨國(guó)、跨洲遠(yuǎn)距離輸電，解決傳統(tǒng)交流輸電受制于輸送功率極限、無(wú)功電壓控制、系統(tǒng)安全穩(wěn)定等因素帶來(lái)的安全問(wèn)題。
在新型靈活交流輸電裝置關(guān)鍵技術(shù)方面，國(guó)外重點(diǎn)研究可控串補(bǔ)、靜止同步補(bǔ)償器、統(tǒng)一潮流控制器、可轉(zhuǎn)換靜止補(bǔ)償器、分布式串聯(lián)補(bǔ)償器等FACTS技術(shù)并產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)了在超高壓電網(wǎng)的應(yīng)用。
全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院在基于晶閘管器件的FACTS技術(shù)研究、裝置研制和工程應(yīng)用等多項(xiàng)技術(shù)均處于國(guó)際領(lǐng)先水平。2015年4月，國(guó)網(wǎng)聯(lián)研院成功研制了代表靈活交流輸電技術(shù)制高點(diǎn)的UPFC換流閥和控制保護(hù)系統(tǒng)，通過(guò)了中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)的技術(shù)鑒定，填補(bǔ)了我國(guó)統(tǒng)一潮流控制器技術(shù)空白，實(shí)現(xiàn)了從“中國(guó)制造”到“中國(guó)創(chuàng)造”的重大跨越。
半波長(zhǎng)輸電——大大減少輸電設(shè)備，跨區(qū)輸電競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)
半波輸電（HWACT，halfwavelength AC transmission）是指輸電的電氣距離接近1個(gè)工頻半波，即3000千米（50赫茲）或2600千米（60赫茲）的超遠(yuǎn)距離的三相交流輸電。作為一種新的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、超遠(yuǎn)距離、大容量輸電形式，半波輸電線路無(wú)需安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，全線無(wú)需設(shè)置中間開(kāi)關(guān)站，輸電設(shè)備數(shù)量可大大減少，因而造價(jià)很低、經(jīng)濟(jì)性好，對(duì)于跨洲、跨國(guó)輸電以及偏遠(yuǎn)地區(qū)供電具有很強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。
國(guó)外方面，巴西為把亞馬孫河流域的大水電送到負(fù)荷中心，把半波輸電技術(shù)作為一種備選方案開(kāi)展詳細(xì)理論研究和仿真計(jì)算，并制定了500千伏半波輸電“北電南送”的工程方案。韓國(guó)也曾經(jīng)研究過(guò)用半波輸電將西伯利亞的水電送到韓國(guó)。
中國(guó)自2006年以來(lái)已開(kāi)始研究半波輸電，并以1000千伏特高壓半波輸電、±800千伏直流輸電、±1000千伏直流輸電作為西電東送的備選方案開(kāi)展經(jīng)濟(jì)性分析。但對(duì)于輸電線路調(diào)諧、潛供電流抑制、絕緣配合、沿線取電、保護(hù)安控等，均沒(méi)有成熟的研究成果。
目前，國(guó)網(wǎng)聯(lián)研院半波輸電方案基于無(wú)源PI型或T型網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展輸電線路調(diào)諧，項(xiàng)目提出采用電力電子換流技術(shù)對(duì)輸電線路開(kāi)展柔性化調(diào)諧，未來(lái)有望在解決偏遠(yuǎn)地區(qū)超遠(yuǎn)距離供電問(wèn)題上實(shí)現(xiàn)突破。
柔性變電站——實(shí)現(xiàn)不同國(guó)家、地區(qū)不同電制電網(wǎng)的互聯(lián)互通
能源互聯(lián)網(wǎng)的智能控制，關(guān)鍵在于對(duì)樞紐變電站的控制。
柔性變電站是以電力電子廣泛應(yīng)用為特征的新一代變電站。在技術(shù)上，柔性變電站以電力電子技術(shù)、控制保護(hù)技術(shù)及信息通信技術(shù)等融合為特征；在設(shè)備形態(tài)上，設(shè)備功能高度集中，設(shè)備界限逐漸模糊；在角色定位上，不僅是能量傳輸節(jié)點(diǎn)，而且是電網(wǎng)調(diào)控節(jié)點(diǎn)，還是一個(gè)負(fù)荷調(diào)控節(jié)點(diǎn)；在運(yùn)行方式上，變電站既可以接入大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，亦可以脫離大電網(wǎng)孤立運(yùn)行。在信息交互上，變電站不但可以作為接收和執(zhí)行信息的節(jié)點(diǎn)，而且可以實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備與信息的深度融合。
柔性變電站作為電網(wǎng)能量交換控制節(jié)點(diǎn)，旨在提高電網(wǎng)狀態(tài)參數(shù)及潮流的精確靈活控制；具有靈活的連接與協(xié)同控制能力，能實(shí)現(xiàn)交直流電網(wǎng)柔性互聯(lián)、變電站“即插即用”、分散協(xié)同調(diào)控等站點(diǎn)綜合控制功能；具有繼電保護(hù)快速響應(yīng)、快速靈活拓?fù)渲貥?gòu)能力，實(shí)現(xiàn)故障限流、故障快速切除與自愈。
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和器件的成熟，將推動(dòng)柔性變電站向更高電壓、更大容量、全面半導(dǎo)體化方向發(fā)展。
未來(lái)的柔性變電站可實(shí)現(xiàn)不同國(guó)家、地域的不同電制電網(wǎng)的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)潮流高效靈活控制，更大范圍優(yōu)化配置能源，全面支撐全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。
新型儲(chǔ)能技術(shù)——多能互動(dòng)能源網(wǎng)絡(luò)的重要支撐
構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，多種類(lèi)、大規(guī)模波動(dòng)性強(qiáng)的清潔能源接入電網(wǎng)，安全性與能源轉(zhuǎn)化率格外重要?？傮w上，通過(guò)各類(lèi)新型儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用和推廣，將有效提高能源綜合利用效率與經(jīng)濟(jì)性，為能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建提供有效技術(shù)支撐，支撐“兩個(gè)替代”，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)、能源網(wǎng)和熱（冷）網(wǎng)互聯(lián)互通，為構(gòu)建配置能力強(qiáng)、安全可靠性高、綠色低碳的全球能源互聯(lián)網(wǎng)提供有效的技術(shù)支撐。
在新型儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，國(guó)網(wǎng)聯(lián)研院在氫能儲(chǔ)存、儲(chǔ)熱和大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能等領(lǐng)域均已開(kāi)展大量研究工作。在氫能儲(chǔ)存方面，突破了波動(dòng)性新能源電解制氫技術(shù)、氫能系統(tǒng)熱電綜合利用技術(shù)，并開(kāi)發(fā)了氫能利用技術(shù)示范平臺(tái)，目前正在開(kāi)展電能、熱（冷）能綜合應(yīng)用方案研究；在儲(chǔ)熱技術(shù)方面，開(kāi)發(fā)了高儲(chǔ)能密度的復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料，可滿(mǎn)足700攝氏度以上的高溫儲(chǔ)存，為可再生能源消納清潔供暖和電網(wǎng)友好型可控太陽(yáng)能光熱電站提供技術(shù)支持；在大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能方面，開(kāi)展大容量新型壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)研究，開(kāi)發(fā)低成本、高能量密度、無(wú)地理?xiàng)l件限制的深冷液化空氣儲(chǔ)能技術(shù)裝置，為清潔能源大規(guī)模發(fā)展和電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供保障。
未來(lái)的能源互聯(lián)網(wǎng)，儲(chǔ)能技術(shù)將在電力系統(tǒng)的應(yīng)用中具有前景廣闊。在新能源發(fā)電領(lǐng)域，大容量深冷液化空氣儲(chǔ)能裝置，配置于可再生能源基地，為全球能源互聯(lián)網(wǎng)提供低成本、不受地理?xiàng)l件限制的儲(chǔ)能技術(shù)，促進(jìn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)清潔調(diào)峰與大規(guī)模新能源消納；高溫高密度的儲(chǔ)熱技術(shù)應(yīng)用于太陽(yáng)能光熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光熱的穩(wěn)定可調(diào)，提升清潔能源比例；規(guī)模化氫利用技術(shù)，有效消納過(guò)剩電力，提高電網(wǎng)調(diào)峰能力和可再生能源利用率，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和氣網(wǎng)互聯(lián)互通；在能源終端用戶(hù)領(lǐng)域，深冷液化空氣儲(chǔ)能技術(shù)可用于城市商業(yè)綜合體與大數(shù)據(jù)中心，提供冷、熱、電等多種能源供應(yīng)和調(diào)峰服務(wù)，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
可以暢想，未來(lái)各種電網(wǎng)、新能源、儲(chǔ)能技術(shù)井噴式發(fā)展之時(shí)，必將推動(dòng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)更好更快發(fā)展，推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)不斷向著更加綠色、智能、可持續(xù)的方向前進(jìn)。
