能源互联网建设利国利民全球互惠

    中国风电材料设备网：改革开放以来，我国经济保持长期较快发展。但重视发展速度、轻视发展质量的粗放式发展方式和“按需定供”的能源供应模式，导致了国内能源消费规模急剧增长，能源开发强度急速扩大。
　　我国已成为世界第一大能源消费国和生产国，目前国内能源主要受到三个方面的约束，即：化石能源国内供应有限，石油、天然气对外依存度高；高强度能源开发对生态环境造成巨大压力；产能和用能中心在地理上布局不均衡。作为支撑国民经济与社会发展的重要物质基础，常规化石能源的有限供应能力和日益严重的生态环境危机是世界各国面临的共同挑战。据国际能源署最新预测，到2020年，全球能源供应增量中的2/3将来自于新能源，新能源供应的增速将远大于传统化石能源。
　　未来全球的新能源供应中，风电和太阳能光伏将成为重要支柱。我国未来能源供应需求的目光将更多的聚焦到可再生能源的产生、存储和消纳上，通过网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动的电网对电能进行广域的传输、调度与分配，对我国电力装备制造企业提出了新的要求。
　　构建全球能源互联网
　　串联“一带一路”经济带
　　习近平主席在2013年9月和10月访问中亚四国和印度尼西亚时，分别提出建设“丝绸之路经济带”(下称“一带”)和21世纪“海上丝绸之路”(下称“一路”)构想，之后在中央经济工作会议中，“一带一路”建设被纳入全年工作任务。作为“一带一路”建设能源合作的重要实践，国家电网公司董事长、党组书记刘振亚提出“构建全球能源互联网，服务人类社会可持续发展”的观点，其主旨是构建全球能源互联网，主要涵盖电力的洲内联网、洲际联网和全球互联，重点是开发“一极一道”（北极、赤道）为代表的大型能源基地、构建全球特高压骨干网架、推动智能电网在全球广泛应用、强化能源与电力技术创新，从能源合作的角度进一步推动“一带一路”经济带建设。
　　打开世界地图，我们可以看到“一带”从中国出发，经过了中亚、中东、东南欧，最终到达西欧终点，而“一路”则连缀起了东亚、东南亚诸国、南亚次大陆、北非、阿拉伯半岛等一系列国家和地区。如果说“一带一路”是友谊与合作之路，那么连接“一极一道”的全球能源互联网则是开发与繁荣之桥。“一带一路”所经之处不仅有石油、天然气等化石能源的产出国，如沙特阿拉伯、哈萨克斯坦等，也有着如风能、太阳能等可再生资源潜力巨大的赤道和北极地区。以全球能源观的视角看来，只有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。通过构建全球能源互联网，连接“一极一道”为代表的大型能源基地，将各种集中式、分布式的风能、太阳能、海洋能等可再生能源输送给各类用户，形成服务范围广、配置能力强、安全可靠性高、绿色低碳的全球能源配置平台。
　　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构成，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，具有网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动的特征。如果连接“一极一道”的大型能源互联网能够建成，南亚岛国夜晚用上北极的风电，内陆地区用上赤道的太阳能发电将不只是一个理论上的设想。构建全球能源互联网具有显著的规模经济性和网络经济性，意义重大，影响深远，将保障我国和全球能源安全，保护地球生态环境，实现人类社会共同可持续发展。
　　何为全球能源互联网？
　　定义、架构、组成、功能仍待完善
　　由于全球能源互联网的概念提出时间还比较短，其定义、架构、组成和主要功能还正处于不断发展的阶段。按照目前能源产业界主流的看法，全球能源互联网主要有以下特征：一是以风、光伏为代表的可再生能源作为主要一次能源；二是能够支持超大规模分布式发电系统与分布式储能系统接入；三是电力系统的智能化互联网化；四是新能源汽车和储能的广泛应用。
　　以美国为例，美国电气与电子工程师协会（IEEE）认为全球能源互联网由以下部分构成，即主干电力网络、分布式可再生能源、分布式储能设备、能源分配设备、智能能量管理设备和智能故障隔离设备等。这些设备都是以电力系统作为各种能源相互转化的枢纽，同时需要利用强大的信息网络对分布式能源发电、储能设备和电动汽车等进行广域的调度和消纳。
　　对全球最大的专利数据库——Derwent数据库近5年关于能源互联网的专利进行分析，能源互联网相关领域的专利在近5年内出现快速的增长，年增长率超过40%，主要的专利申请国集中在中国、美国、日本和欧盟。通过对相关专利的技术统计，数据显示有关能源互联网的专利主要集中在电能存储装置和电池组、数据收集和处理、电磁变量的测量、测控装置和供热系统等技术领域。
　　打造全球能源互联网
　　电力装备机遇与挑战并存
　　新一代全球能源互联网对未来的能源发展提出了新的展望，同时也给电力装备制造和科研机构带来了新的技术挑战与机遇。
　　一是全球能源互联网对于电力装备提出新的要求。全球能源互联网具有类似于互联网的扁平化结构，由各种规模不同的分布式微电网组成，微电网之间可以实现电能的双向共享和高效配置。作为能源互联网的基础电力装备，固态变压器几乎可以适用于各种情况下的微电网与外部电力总线之间的电压双向传递，可以将太阳能发电网络并入电网，实现低压直流电向高压交流电的转化；将风能发电网络并入电网，实现低压交流电向高压交流电的转化；为电动汽车充电，实现低压交流电向低压直流电的转化；将分布式储能装置与电力总线相连，实现直流电与交流电的双向传导。这适应了可再生能源互联网应用多样化和宽泛性的特点，以固态变压器为代表的新一代电力装备将会是未来能源互联网的重要技术基础和研究热点。
　　二是可再生能源大规模接入对于电网调度提出的挑战。传统的发电计划基于电源的可靠性以及负荷的可预测性，但部分可再生能源电站出力的不可控性和随机性使得对其既不能进行可靠的负荷预测，也不可能制定和实施精确的发电计划。随着这类随机电源容量比例的增加，必将给电网调度带来不少压力。在能源互联网的大背景下，各国之间针对即将出现的可再生能源波动必须要考虑容许通过的输电可能，因此互联状态下的全网备用和可使用信息将成为网络安全的重要突破点。
　　三是大规模分布式能源接入对电网的稳定技术提出挑战。未来大规模分布式电源将通过特高压网架实现跨国跨洲传输，使得电网成为全球互联的能源网络。这将使各国电网之间的电气联系大大加强，广域动态交互影响加剧，电网稳定特性变得更加复杂。再加上大规模的风能、太阳能等清洁能源发电的随机性、间歇性和波动性特点，将给电网的安全稳定运行带来更大的风险，对电网稳定控制技术提出更高的要求。现有的电网保护和安稳系统，大多采用当地或区域内的信息，通信系统对其影响有限。但全球互联后，广域保护和跨洲的安稳系统会大量出现，通信的中断，延时和误码问题会变得突出，其对稳定控制的影响也会越来越大。如何在通信系统发生故障的情况下保证控制装置不拒动、误动，并保证其动作的时效性，是必须加以研究的课题。
　　四是储能管理将在未来能源互联网中处于重要地位。可再生能源在未来能源互联网中将占有极其重要的位置，储能发挥着降低可再生能源不稳定性的重要作用。为了有效弥补可再生能源发电的波动性，需要有良好的经济性和长寿命的大容量储能装置。研发高效储能装置及其配套设备，与风电、光伏发电机组容量相匹配，支持充放电状态的迅速切换，确保并网系统的安全稳定已成为可再生能源充分利用和能源互联网建设的关键。
　　五是可再生能源进入电网对电力市场交易运营提出挑战。如果北极和赤道作为能源基地与各国电网相连，那么电的供需形势将随着各国的资源、时差、生产和生活状况随时变化，因此其价格多变也成为必然。这种情况下，电的24小时变化价格的商品特性也许会让电这一未来最重要的能源形式成为人们财富交换和资源交易的中介。在各国电网广泛互联状态下也许会催生更多的电力交易互联网商业模式，而这一体系的设计也是各国政治和经济发展的重要着力点。
　　作为能源革命和科技创新的主体，电力科研和装备机构应当尽早参与到能源互联网的研究、建设和国际合作中来。针对新能源并网接入对国内、洲际甚至全球电网带来的安全稳定问题，应当研究并协调各国在电网安全稳定控制技术方面的导则，形成适用于全球能源互联网并为各国接受的统一导则，为今后电网的运行和管理提供技术保障；针对跨国甚至洲际发电调度控制系统，研究全球能源互联环境下电网可靠性防御体系及关键技术，以各大洲电力资源分布调研为基础，开展洲内电网互联的研究；以未来可再生能源和储能设备大量接入能源互联网为前提，开展国际化智能电网调度技术支持系统和新一代网络潮流算法的研究；以能源路由器的研究为龙头，重点开展电力电子变压器、分布式电动汽车充电、分布式储能等能源互联网关键电力装备领域的研究；以智能电网研究和综合示范工程形成的技术和建设经验为基础，掌握国际能源互联网通信网络架构和通信技术的应用方案，建立能源互联网通信技术体系，形成用户侧资源快速组网的通信典型设计；研究适合于未来能源互联网的多级电力交易市场机制，研究能源互联网架构下的电力市场价格评估、实时电力市场交易及相关支撑技术。
　　纵观“一带一路”所穿越的国家，发展中国家居多。从能源革命的视角看来，发达国家目前多处于后工业化社会，能源需求基本趋于饱和，甚至出现缓慢下降的趋势，在能源需求增长缓慢的情况下，利用新能源和天然气取代原有的煤炭消费，其能源结构就可以加以改善，实现清洁化；而以我国为代表的发展中国家都处于经济快速发展阶段，能源需求依然大幅增加，推进能源变革更为迫切，任务也更为艰巨。因此，我们更需要立足国情，紧跟国际能源技术革命新趋势，以绿色低碳为方向，分类推动技术创新、产业创新、商业模式创新，并同其他领域高新技术紧密结合，把能源技术及其关联产业培育成带动我国产业升级的新增长点。
　　伴随着我国外向型经济的发展，电力装备制造业也正在走出国门，以电力建设为龙头，在能源生产和消费革命所涉及的各个方面加强国际合作。通过“一带一路”电力能源基础建设积累的技术和人才储备，为未来贯穿“一极一道”的能源互联网进行国际能源合作奠定坚实的基础，从而在根本上解决能源供给的难题，为我国和全球未来的能源安全提供坚强的保障。