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刘振亚:构建全球能源互联网有四个重点
2015-04-12 20:55:27 来源:能源情报 作者: 【 】 浏览:1095次 评论:0
  当前,我国在能源安全,能源效率,能源环境等方面面临严峻挑战。习近平总书记在中央财经领导小组第六次会议上,作出了关于推动能源“四个革命”的重要指示,为我国能源和电力科学发展指明了方向。

  能源发展面临的主要问题

  随着经济社会发展,能源生产和消费持续增长,化石能源的大量开发和使用,导致资源紧张,环境污染,气候变暖,冰川消融,海平面上升等突出问题,严重威胁人类生存和可持续发展。

  能源安全的挑战。全球化石能源资源有限,2013年煤炭,石油和天然气剩余探明储量分别为8915亿吨,2382亿吨和186万亿立方米,按目前开采强度仅能开采113年,53年和55年。同时, 能源资源与能源消费分布不均衡,能源开发越来越向少数国家和地区集中,一些资源匮乏国家能源对外依存度不断提高,能源供应链脆弱,安全问题突出。2013年,我国煤炭,石油,天然气储产比分别为31年,11.9年和28年,远低于世界平均水平;能源消费总量达37.5亿吨标准煤,约占世界能源消费总量的22%;石油和天然气对外依存度分别达到58.6%,和31.6%,能源形势尤为严峻。 随着新型工业化,信息化,城镇化,农业现代化不断推进,人民生活水平不断提高,我国能源消费仍将持续增长,能源需求压力巨大。

  环境污染的挑战。 全球化石能源消费总量从1965年的51亿吨标准煤增加到2013年的158亿吨标准煤,半个世纪就增长了2倍多。大量化石能源在生产,运输,使用的各环节对空气,水质,土壤等造成越来越严重的污染和破坏。大多数发达国家都曾发生重大污染事件,发展中国家也面临日益突出的大气污染问题。我国煤炭占能源消费比重高达66%,高出世界平均水平37个百分点。煤炭的大量开采带来严重生态损害,造成大面积采空区,地面塌陷等地质灾害,导致地下水,耕地资源破坏。我国85%的二氧化硫,67%的氮氧化物,70%的烟尘排放来自以煤炭为主的化石能源燃烧。 北京夏天50%,冬天70%的细颗粒物(PM2.5)来自燃煤和汽车尾气排放,导致雾霾频发,严重威胁群众身体健康。

  气候变化的挑战。 化石能源燃烧产生的二氧化碳占全球人类活动温室气体排放的56.6%和二氧化碳排放的73.8%,是导致全球气候变暖,冰川消融,海平面上升的重要因素。根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告,1880~2012年,全球地表平均温度上升0.85℃;1983~2012年是北半球自有测温记录1400年以来最暖的30年。 自1750年工业化以来,全球大气二氧化碳浓度已经从278ppm增加到400ppm。如不尽快采取实质行动,到本世纪末大气二氧化碳浓度将会超过450ppm的警戒值,全球温升将超过4℃,对人类生存构成严重威胁。我国以煤为主的能源结构导致二氧化碳排放长期居高不下,2013年达到100亿吨,占世界排放总量的29%。最近,我国与美国发布《中美气候变化联合声明》,首次正式提出2030年左右我国碳排放达到峰值,且届时非化石能源占一次能源消费比重达到20%,节能减排任务十分艰巨。

  能源问题涉及能源政策,能源科技,能源市场,能源环境等诸多方面,建立在传统化石能源基础上的能源生产和消费方式已经难以为继。解决好能源问题,关键要树立全球能源观,以全球视野,历史视角,前瞻思维,系统方法研究解决能源问题,转变能源发展方式,统筹能源与政治,经济,社会,环境协调发展, 根本出路是构建全球能源互联网,加快清洁替代和电能替代,实现清洁能源大规模开发,大范围配置,高效率利用,保障能源安全,清洁,高效,可持续供应。

  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,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构成,连接“一极一道”(北极,赤道)等大型能源基地以及各种分布式电源,能够将水能,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。

  依托全球能源互联网,在能源开发上实施清洁替代,以清洁能源替代化石能源,走低碳绿色发展道路,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;在能源消费上实施电能替代,以电代煤、以电代油,电从远方来、来的是清洁电,推广应用电锅炉、电采暖、电制冷、电炊和电动交通等,提高电能在终端能源消费的比重,减少化石能源消耗和环境污染。

  全球水能资源超过50亿千瓦, 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,远远超过人类社会全部能源需求。随着技术进步和新材料应用,风能、太阳能、海洋能等清洁能源开发效率不断提高,技术经济性和市场竞争力逐步增强,将成为世界主导能源。过去5年,我国风电开发成本从1万元/千瓦降至7000元/千瓦,累计下降30%;太阳能发电开发成本从13元/瓦降至4.5元/瓦,累计下降65%。电能作为优质,清洁,高效的二次能源,是未来最重要的能源形式,绝大多数能源需求都可由电能替代。“两个替代”是世界能源发展的必然趋势,全球能源互联网是未来能源发展的战略方向。构建全球能源互联网,实施“两个替代”,是实现能源安全、清洁、高效、可持续发展的必由之路。

  加快构建全球能源互联网

  2014年以来,国家电网公司对全球能源互联网进行了深入研究,先后在国际电气电子工程师学会电力能源协会年会、联合国气候变化首脑峰会、埃森哲全球能源委员会会议、首届可持续城镇化首席执行官理事会会议、以及国际电气电子工程师学会科普论坛,《福布斯》杂志上发表成果,引起广泛关注。

  构建全球能源互联网包括洲内联网,洲际联网和全球互联。 从现在到2030年,推动形成共识和框架方案,启动大型能源基地建设,加强洲内联网;2030~2040年,推动各洲主要国家电网实现互联,“一极一道”等大型能源基地开发和跨洲联网取得重要进展;2040~2050年, 形成全球互联格局,基本建成全球能源互联网,逐步实现清洁能源占主导的目标。届时,将建设北极风电基地,通过特高压交直流向亚洲,北美,欧洲送电,实现这三大洲电网互联;建设北非,中东太阳能发电基地,通过特高压交直流向北送电欧洲,向东送电亚洲,实现非洲,欧洲,亚洲电网互联(建设南美赤道附近地区,大洋洲太阳能发电基地,分别实现北美与南美,亚洲与大洋洲联网和输电;同时加快开发各大洲集中式和分布式电源, 实现各洲内跨国联网和输电,总体形成承载世界清洁能源高效开发,配置和利用的全球能源互联网,保障全球能源安全可靠供应。通过分层分区,紧密协调的电力调控和交易体系, 实现全球能源互联网安全、经济、高效运行。

  构建全球能源互联网有四个重点:

  一是开发“一极一道”等大型能源基地。北极地区风能资源丰富,平均风能密度超过400瓦/平方米,风电技术可开发量超过80万亿千瓦时/年。赤道带是世界太阳能资源最富集的地区, 综合考虑太阳能辐射量及地形地貌等因素,估算北非、中东地区、澳大利亚、南美中北部地区的年技术可开发量分别达到27万亿、9万亿、15万亿和5万亿千瓦时。全球水能资源年技术可开发量为16万亿千瓦时。我国清洁能源资源丰富,水电可开发资源6亿千瓦,风能、太阳能可开发资源分别为25亿、27亿千瓦。 随着可再生能源发电技术和储能技术的突破,以“一极一道”大型能源基地为重点,优化开发各大洲风电,太阳能发电以及主要流域水电,近海地区海洋能和各地分布式电源,清洁能源完全能满足未来全球能源需求。

  二是构建全球特高压骨干网架。建设跨洲特高压骨干通道:形成连接“一极一道”大型能源基地与亚洲、欧洲、非洲、北美、南美的全球能源系统,实施清洁能源跨洲配置;建设洲内跨国特高压线路, 适应洲内国家之间大容量,远距离输电或功率交换需求,提高洲内电网互济能力;建设国家级特高压电网,根据各国资源禀赋和需要,形成特高压交流骨干网架和连接国内大型能源基地与主要负荷中心的特高压直流输电通道。

  三是推动智能电网广泛应用。 智能电网对风电,太阳能发电, 海洋能发电等间歇式电源以及其它分布式电源具有很强的适应性, 能够保障各类能源的友好接入和各种用能设备即接即用;能够与互联网、物联网、智能移动终端等相互融合,满足用户多样化需求。 将智能电网建设与可再生能源发展,战略性新兴产业发展,互联网和物联网建设结合起来,服务智能家居,智能社区,智能交通,智慧城市发展。

  四是强化能源与电力技术创新。重大技术突破将大幅提高能源供应的安全性、经济性,破解能源发展瓶颈,带来发展格局和发展道路的重大变化。全球能源互联网发展进程很大程度上取决于重大技术突破。这主要包括清洁发电和用电技术:大容量和高参数风机、高效率光能转换、大规模海洋能发电、可再生能源大规模开发及联合调控、高效电能替代等;特高压和智能电网技术:特高压交直流及海底电缆、大容量柔性交直流输电、高压直流断路器、气体、固体绝缘管道输电、高温超导输电、新一代智能变电站等;先进储能技术:大规模储能电池制造和大容量成组、电化学储能、飞轮储能、超导储能、超级电容器储能等;电网控制技术:特大型交直流电网运行控制、大系统仿真计算、分布式发电协调控制、微电网集群控制、电力信息海量数据采集与处理等。

  特高压技术为构建全球能源互联网奠定了基础。目前已投入运行的1000千伏特高压交流和±800千伏特高压直流,输电距离分别达到1500千米和2500千米,输电功率分别达到500万千瓦和800万千瓦。正在研发的±1100千伏特高压直流输电距离、输电功率分别可达 5000千米和1200万千瓦。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。

  构建全球能源互联网具有显着的经济、社会和环保综合效益。

  一是保障能源安全。依托全球能源互联网,能够开发利用分布广、潜力大的清洁能源,保障能源长期稳定供应。2000~2013年,中国风电、太阳能发电年均增长分别达到52%和68%,世界风电、太阳能发电年均增长达到24.8%和43.7%。从现在起,如果风电和太阳能发电保持12.4%的年均增长速度,到2050年可再生能源将达到全球能源消费总量(300亿吨标准煤)的80%,届时风能和太阳能开发量还不到世界总资源量的0.05%。

  二是保护生态环境。全球能源互联网能够大幅提高清洁能源开发利用水平,从根本上解决化石能源污染和温室气体排放问题。从中国看,特高压电网可将我国水电开发利用规模由3亿千瓦提高到6亿千瓦,西部和北部地区的风电开发利用规模由8000万千瓦大幅提高到3亿千瓦以上。到2020年,可向东中部地区每年输送电量1.9万亿千瓦时,其中清洁能源发电5100亿千瓦时。而且,利用特高压技术还可以将周边国家清洁能源以及北极地区风电输送到中国。从全球看,到2050年可再生能源占全球能源消费总量的80 %,每年可替代相当于240亿吨标准煤的化石能源,减排二氧化碳667亿吨、二氧化硫5.8亿吨。届时全球能源碳排放115亿吨(为1990年的一半),累计能源碳排放可以控制在9000亿吨左右,能够实现《联合国气候变化框架公约》提出的“将全球平均气温上升幅度控制在2℃以内”的目标。

  三是实现共同发展。化石能源具有稀缺性、地域性、开发利用涉及领土主权、国家安全和政治外交问题,而可再生能源取之不尽、用之不竭,是人类社会的共同财富。通过全球能源互联网进行开发和配置,能够实现非洲、亚洲、南美洲等地区资源和平利用,将资源优势转化为经济优势,促进全世界和谐发展。同时,全球能源互联网作为世界最大的能源配置系统,能够将具有时区差、季节差的各大洲电网连接起来,提高经济效益,降低社会成本。

  共同推动全球能源互联网建设

  近年来,在党中央、国务院的正确领导下,在国家能源局、中国科学技术协会等有关部委和机构的大力支持帮助下,国家电网公司联合各发电企业、电力科研、设计、建设、制造等单位,积极推进特高压、智能电网、信息网络、清洁能源发展,在特高压和智能电网理论、技术、装备、标准等方面取得全面突破,为构建全球能源互联网奠定了基础。

  战略规划上,推进“一特四大”战略(发展特高压电网,促进大煤电、大水电、大核电、大型可再生能源集约开发)和“电能替代”战略(以电代煤、以电代油、电从远方来、来的是清洁电)。制定了面向未来的坚强智能电网发展规划,到2015年建成“两纵两横”交流电网和7回直流工程,2017年建成“三纵三横”交流电网和13回直流工程,2022年建成“五纵五横”交流电网和27回直流工程。届时,每年可满足5.5亿千瓦清洁能源输送需求,消纳清洁能源1.7万亿千瓦时,替代原煤7亿吨,减排二氧化碳14亿吨、二氧化硫390万吨。

  技术标准上,攻克特高压交直流过电压控制、电磁环境、绝缘配置,以及风电、太阳能发电大规模接入和配置、大电网安全运行和协调控制等许多世界性难题,全面掌握了特高压交、直流输电及其关键设备制造技术,特高压交流试验示范工程获得国家科技进步特等奖,实现了“中国创造”和“中国引领”,建成特高压交流、直流、高海拔、工程力学4个试验基地,形成功能齐全、技术领先、世界一流的试验研究体系。发布国际标准22项、国家标准355项,行业标准828项、企业标准1101项,其中特高压国际标准12项、国家标准35项、行业标准58项、企业标准145项。中国特高压交流电压成为国际标准电压。国际电工委员会有4个专委会秘书处设在国家电网公司,显着增强了我国在世界电工标准领域的话语权和影响力。

  工程建设上。建成“两交四直”特高压工程,长期安全稳定运行,累计输电2650亿千瓦时,成为中国西南水电、西部和北部煤电、风电、太阳能发电大规模输送的主通道,实践验证了特高压输电的可行性、先进性、安全性、经济性和环境友好性。落实国家大气污染防治行动计划,全面启动包括“四交四直”特高压工程在内的12条输电通道和酒泉-湖南特高压直流工程。2014年11月4日已正式开工建设淮南-南京-上海,锡盟-山东,宁东-浙江“两交一直”特高压工程;2015年2月开工建设蒙西-天津南交流、榆横-潍坊交流、 酒泉-湖南直流工程;2015年上半年开工建设锡盟-泰州直流、晋北-江苏直流、上海庙-山东直流工程;在此基础上加紧启动“五交九直”特高压工程,加快构建特高压骨干网架,在全国形成西电东送、北电南供、水火互济、风光互补的能源配置新格局。建成世界首个集风力发电、太阳能发电、储能系统、智能输电于一体的风光储输示范工程;建成电动汽车充换电站570余座,充电桩2.3万余个,形成多个城际充换电服务网络;建成智能变电站1100余座,安装智能电表2.3亿只。基于坚强智能电网,国家电网公司经营区域并网水电、风电、太阳能发电装机分别达到1.95亿千瓦、7799万千瓦和1835万千瓦,成为世界风电并网规模最大、太阳能发电增长最快的电网。

  构建全球能源互联网,符合全人  类的共同利益,是世界需要、国家需要、民族需要、社会需要,也是电力行业的需要。从国家电网公司实践看,构建全球能源互联网,技术可行、安全可靠、经济合理。但也要认识到,构建全球能源互联网是能源电力领域的一项根本性革命,将带来能源发展战略、发展路线、结构布局、消费方式以及能源技术等的深刻变革和全方位调整,对电力行业既是难得机遇,也是重大挑战,需要全行业凝聚力量、形成合力、共同推动。

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