今年7月，在電氣與電子工程師學(xué)會（IEEE）電力與能源協(xié)會2014年會上，國家電網(wǎng)公司董事長劉振亞發(fā)表了署名文章《構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，服務(wù)人類社會可持續(xù)發(fā)展》，提出只有樹立全球能源觀，構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，統(tǒng)籌全球能源資源開發(fā)、配置和利用，才能保障能源的安全、清潔、高效和可持續(xù)供應(yīng)。文章描繪了人類能源的未來藍(lán)圖。
能源低碳發(fā)展、清潔發(fā)展，為電力工業(yè)帶來了新的發(fā)展契機(jī)，電力需求將長期處于較快增長時期，電力工業(yè)發(fā)展進(jìn)入了又一個春天，重新成為朝陽產(chǎn)業(yè)。
文章提出，應(yīng)對人類社會可持續(xù)發(fā)展面臨的能源安全、環(huán)境污染、氣候變化等諸多挑戰(zhàn)，必須推動“兩個替代”（即清潔替代和電能替代）。清潔替代是在能源開發(fā)上以清潔能源替代化石能源，實現(xiàn)化石能源為主、清潔能源為輔向清潔能源為主、化石能源為輔轉(zhuǎn)變；電能替代是在能源消費(fèi)上實施以電代煤、以電代油，提高電能在終端能源消費(fèi)的比重，減少環(huán)境污染和溫室氣體排放。“兩個替代”體現(xiàn)了閉環(huán)設(shè)計的思路，從終端消費(fèi)看，逐步以電替代煤炭、石油等化石能源，擴(kuò)大電力市場，提高電氣化水平；從供應(yīng)端看，發(fā)展足夠數(shù)量的可再生能源發(fā)電，逐步替代化石能源發(fā)電，并能滿足不斷增長的電力終端消費(fèi)。
據(jù)初步預(yù)測，2010～2020年全球電力需求年均增長2.8%，電力消費(fèi)彈性系數(shù)0.9；2020～2030年全球電力需求年均增長3.3%，電力消費(fèi)彈性系數(shù)1.0；2030～2040年全球電力需求年均增長3.8%，電力消費(fèi)彈性系數(shù)1.3；2040～2050年全球電力需求年均增長2.6%，電力消費(fèi)彈性系數(shù)0.9?？梢姡磥韼资?，全球電力需求仍將保持持續(xù)較快增長速度。除城鎮(zhèn)化、工業(yè)化等傳統(tǒng)電力消費(fèi)拉動因素外，終端各領(lǐng)域電能對傳統(tǒng)化石能源特別是煤炭和石油的替代進(jìn)程將明顯加快，全球電力需求增長將進(jìn)入新的加速期。
風(fēng)電、太陽能發(fā)電等清潔可再生能源，將最有可能成為今后相當(dāng)長時期支撐全人類能源需求的主力清潔能源。綜合考慮開發(fā)利用規(guī)模、技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)競爭力等，風(fēng)能、太陽能等的開發(fā)利用方式必然是分布式開發(fā)、基地式集中開發(fā)相結(jié)合。
世界水能資源主要分布在南美、東北亞、北美和南部非洲等地區(qū)。盡管全球尚有大量未被開發(fā)的水能資源，但相對未來巨大的可再生能源發(fā)電需求而言，未來水電開發(fā)增量的占比將較為有限。世界核電發(fā)展經(jīng)歷了多次波折，幾次嚴(yán)重核電事故對全球核電發(fā)展帶來重創(chuàng)。出于對核電安全等的顧慮，瑞士、德國、意大利等國先后宣布放棄發(fā)展核電。中國、美國、法國、英國、俄羅斯等國表示將在最高安全標(biāo)準(zhǔn)下繼續(xù)發(fā)展核電?？梢耘袛?，核電在滿足未來人類清潔電力需求中將會占據(jù)較低的份額。其他諸如核聚變等新型發(fā)電，在近中期取得重大突破、投入商業(yè)化規(guī)模應(yīng)用的可能性不大。
世界能源理事會（WEC）數(shù)據(jù)顯示，全球陸地風(fēng)能資源超過1萬億千瓦，太陽能資源超過100萬億千瓦。全球風(fēng)能、太陽能具有資源分布廣泛、可支撐裝機(jī)規(guī)模大等特點。另外，大規(guī)模風(fēng)電、太陽能發(fā)電開發(fā)，尚未發(fā)現(xiàn)有重大的不利生態(tài)環(huán)境影響。因此，風(fēng)電、太陽能發(fā)電將最有可能成為人類未來相當(dāng)長時期內(nèi)可再生能源發(fā)電發(fā)展的重點。
我們經(jīng)常會聽到應(yīng)該分散開發(fā)，還是集中開發(fā)風(fēng)電、太陽能發(fā)電的爭論。筆者認(rèn)為，在一定時期內(nèi)，在設(shè)定的開發(fā)目標(biāo)情況下，應(yīng)該綜合考慮開發(fā)、輸送和消納成本，找到成本最低的開發(fā)組合方案。展望中遠(yuǎn)期，適于分散開發(fā)的優(yōu)質(zhì)資源將逐步開發(fā)完畢，基地式開發(fā)將成為風(fēng)電、太陽能發(fā)電開發(fā)的主流。
北極、歐洲北海和波羅的海沿岸、北美中西部、非洲東部沿岸、中國西部北部等風(fēng)能資源豐富，適合大型、特大型風(fēng)電基地建設(shè)。北非、非洲南部、歐洲南部、北美西南部、南美赤道附近地區(qū)，中東、大洋洲、中國西部等太陽能資源豐富，適合大型、特大型太陽能發(fā)電基地建設(shè)。除此之外，世界各國還有大量適合建設(shè)大型基地及分散開發(fā)的風(fēng)能、太陽能發(fā)電資源。文章估計，到2050年，如果可再生能源占全球能源消費(fèi)總量的比重達(dá)到80%，屆時風(fēng)能和太陽能開發(fā)量還不到世界總資源量的萬分之五。
構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，需要技術(shù)創(chuàng)新支撐、政策機(jī)制的支持。
文章指出，全球能源互聯(lián)網(wǎng)，是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架（通道）、以輸送清潔能源為主導(dǎo)、全球互聯(lián)的堅強(qiáng)智能電網(wǎng)。全球能源互聯(lián)網(wǎng)由跨洲、跨國骨干網(wǎng)架和各國各電壓等級電網(wǎng)（輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)）構(gòu)成，連接“一極一道”（北極、赤道）等大型能源基地，適應(yīng)各種集中式、分布式電源，能夠?qū)L(fēng)能、太陽能、海洋能等可再生能源輸送到各類用戶，是服務(wù)范圍廣、配置能力強(qiáng)、安全可靠性高、綠色低碳的全球能源配置平臺，具有網(wǎng)架堅強(qiáng)、廣泛互聯(lián)、高度智能、開放互動的特征。
在終端消費(fèi)環(huán)節(jié)，推廣應(yīng)用電鍋爐、電采暖、電制冷、電炊等，主要是把工業(yè)鍋爐、工業(yè)煤窯爐、居民取暖廚炊等用煤改為用電，大幅減少直燃煤，實現(xiàn)以電代煤；推廣電動交通、電動汽車、農(nóng)業(yè)電力灌溉，實現(xiàn)以電代油。以電代煤，需要根據(jù)清潔能源發(fā)展、環(huán)境治理、溫室氣體減排目標(biāo)，制定切實可行的替代規(guī)劃，包括技術(shù)工藝改造方案比選、投資估算及電價激勵政策等。以電代油，除繼續(xù)大力推廣電動交通外，發(fā)展電動汽車是實現(xiàn)以電代油的有效途徑。但目前電動汽車的成熟度還不夠，影響規(guī)?；茝V，主要瓶頸是儲能電池，必須加大研發(fā)力度，鼓勵科研攻關(guān)。另外，適應(yīng)電動汽車的發(fā)展進(jìn)程，規(guī)劃建設(shè)好充換電網(wǎng)絡(luò)。
在輸送和配置環(huán)節(jié)，主要是規(guī)劃發(fā)展好各級電網(wǎng)。特高壓技術(shù)已成為成熟適用技術(shù)，是構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。全球各大洲之間、洲內(nèi)能源基地與負(fù)荷中心之間的距離都在特高壓交、直流電網(wǎng)輸送范圍內(nèi)。特高壓交流主要用于構(gòu)建堅強(qiáng)的國家、洲、洲際同步電網(wǎng)，以及遠(yuǎn)距離大容量輸電；特高壓直流主要用于大型能源基地超遠(yuǎn)距離、超大容量電力外送和跨國、跨洲骨干通道建設(shè)?？梢灶A(yù)見的是，由于風(fēng)電、太陽能發(fā)電相比傳統(tǒng)電源，容量效益較小，還需要擴(kuò)大靈活調(diào)節(jié)電源的建設(shè)規(guī)模；在大力發(fā)展風(fēng)電、太陽能發(fā)電的情況下，相比傳統(tǒng)發(fā)展模式，全球電力總裝機(jī)將會大幅度增加，特高壓電網(wǎng)、超高壓電網(wǎng)、配電網(wǎng)的投資規(guī)模也將大幅度增加。電網(wǎng)在全球范圍內(nèi)的強(qiáng)大輸送和配置功能，將對風(fēng)電、太陽能發(fā)電的大規(guī)模、高比例發(fā)展及高效率利用，起到舉足輕重的作用。
在發(fā)電環(huán)節(jié)，隨著風(fēng)電、太陽能發(fā)電的發(fā)展，需要同步規(guī)劃建設(shè)運(yùn)行好常規(guī)電源，并大力研發(fā)、示范、規(guī)?；瘧?yīng)用新型儲能電源。
一是常規(guī)化石能源發(fā)電。就歐美國家而言，隨著可再生能源發(fā)電及氣電的發(fā)展，其燃煤火電已基本沒有新增空間，存量煤電的角色也在發(fā)生改變，其年利用小時數(shù)會逐步降低，并承擔(dān)更多的調(diào)峰及其他輔助服務(wù)功能，其運(yùn)行狀態(tài)將會頻繁調(diào)節(jié)，健康壽命也會有所縮短；隨著經(jīng)濟(jì)壽命期的到來，燃煤火電將會逐步退出歷史舞臺。如果新型儲能取得重大突破，燃油燃?xì)獍l(fā)電也將逐步走上煤電的道路。發(fā)展中國家，以中國為例，在未來15年左右，煤電還有較大的新增空間，同時煤電的運(yùn)行方式也將隨著風(fēng)電等可再生能源的發(fā)展而發(fā)生改變；在大約15年之后，中國煤電也將步歐美煤電的后塵。
二是靈活調(diào)節(jié)電源。要適應(yīng)風(fēng)電等可再生能源發(fā)電為主時代的到來，除了通過擴(kuò)大電網(wǎng)互聯(lián)，提高電力系統(tǒng)整體靈活調(diào)節(jié)能力，還需要各類靈活調(diào)節(jié)電源的加快發(fā)展。除了規(guī)劃建設(shè)一定規(guī)模的靈活調(diào)節(jié)氣電（如單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)）、充分開發(fā)利用優(yōu)質(zhì)抽水蓄能站址，還對新型儲能提出了大規(guī)模發(fā)展要求。以中國2050年開發(fā)利用風(fēng)電、太陽能發(fā)電各10億千瓦為例，在建設(shè)4000萬千瓦靈活調(diào)節(jié)氣電、1.3億千瓦抽水蓄能電站的情況下，新型儲能大約需要3億千瓦；如果風(fēng)電、太陽能發(fā)電各在20億千瓦以上，需要的新型儲能將達(dá)到10億千瓦量級。但從新型儲能技術(shù)過去幾十年的發(fā)展來看，未來新型儲能在電力系統(tǒng)中的規(guī)模化應(yīng)用還面臨著較大的不確定性，需要盡快解決其較常規(guī)電源壽命短、效率衰減快、單位投資高等問題，這些是電動汽車、新型儲能電源面臨的共同問題。近年來，世界各國對新型儲能的研發(fā)高度重視，投入也很大，相信新型儲能具備大規(guī)模工程應(yīng)用的時間將不會太遠(yuǎn)。
發(fā)達(dá)國家市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為完善，我國也明確了讓市場在資源配置中起決定性作用?？梢灶A(yù)期，在全球風(fēng)電、太陽能發(fā)電規(guī)劃發(fā)展總體目標(biāo)給定的情況下，開發(fā)布局在很大程度上可能會有多種情景，重要決定因素之一將是經(jīng)濟(jì)競爭力。
大型風(fēng)電基地、太陽能發(fā)電基地，通常遠(yuǎn)離電力負(fù)荷中心，輸電成本可能會比較高，但通常基地式開發(fā)具有規(guī)模效益、發(fā)電小時數(shù)相對較高，全球互聯(lián)網(wǎng)不但能夠輸送大型可再生能源基地的電能，還能取得巨大的聯(lián)網(wǎng)效益，總體成本可能較各國、各洲就近滿足可再生能源發(fā)電開發(fā)目標(biāo)的方案更低。因此，在未來研究構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的過程中，可聯(lián)合國內(nèi)外多家研究機(jī)構(gòu)，構(gòu)建若干種可能的情景方案，并合理預(yù)計系統(tǒng)中每部分的成本變化，模擬每種情景方案的系統(tǒng)整體成本，從而找到技術(shù)可行、成本最低的情景方案作為推薦方案。近中期，一般國內(nèi)、洲內(nèi)可再生能源開發(fā)更具成本優(yōu)勢；中遠(yuǎn)期，隨著與負(fù)荷中心較近的優(yōu)質(zhì)資源的開發(fā)完畢，北極、赤道等大型可再生能源的開發(fā)并輸送到目標(biāo)市場，將逐步具備價格優(yōu)勢。因此，全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，也將沿著國內(nèi)—跨國—洲際—全球的路徑，不斷發(fā)展壯大。
