支撑全球能源互通 要看柔性直流输电技术

目前，能源环境的挑战已经是全球性议题。在现有的一次能源中，不可再生的化石能源所占比重过大，资源储量紧张。而化石能源的大量开发和使用不仅导致资源紧张，也使得环境污染和气候变化等问题日益突出，严重威胁人类社会的生存发展。鉴于此，世界范围内能源变革的需求变得尤为迫切。这就需要大力开发分布广、潜力大的各种可再生能源，以保障能源长期稳定供应；通过转变能源能源生产、配置和消费方式，大规模开发利用清洁能源，以优化能源结构，提高能源效率，改善生态环境，实现清洁发展。风能、太阳能、海洋能等清洁能源将成为主导能源，因此，作为这些清洁能源转化形式的电能具有优质、清洁、高效的特性，将成为未来最重要的能源形式。

而全球能源互联网，正是联接“一极一道”和各洲、各国大型能源基地及各类分布式电源，实现太阳能、风能、水能等能源在全球范围内的互补、互济的途径和通道。构建全球能源互联网，发展大规模可再生能源基地，相应的能源技术则不可或缺。特别是要高度关注柔性直流输电、直流电网技术与装备的创新和应用。

技术发展推动能源革命

在人类社会能源发展进程中，历次能源革命都依赖于能源技术的重大突破。蒸汽机技术使得人类能源消费以如柴薪等为主的生物能源向煤炭为主的化石能源转化，而内燃机和电力技术则促使能源消费迎来石油的大规模应用和电气化浪潮。在由化石能源向清洁能源转化的进程中，清洁能源技术也将成为必不可少的推动力量。

大力发展清洁能源，构建全球能源互联网需要一些关键领域的技术突破。首先是大规模可再生能源基地开发技术，如柔性直流输电、直流电网技术与装备等；其次是超大容量、超远距离电力传输技术，如特高压直流输电技术、特高压交流输电技术等；再次是电网智能信息通信与调度控制技术，如高速通信技术、大数据技术、信息技术等。同时，还需要有先进的发电、能量存储与转换技术，如相变和氢储能、电热气转换技术等。这里要重点介绍可以灵活传输高比例可再生能源的柔性直流输电技术。

柔性直流输电技术是基于IGBT的新一代输电技术。它通过改变电压源换流器的输出电压相角和幅值，实现有功及无功的独立、快速调节，是目前世界上可控性最高、适应性最好的输电技术，在可再生能源并网、直流网络构建、弱系统联网、大型城市供电等场合具有明显技术优势。在可再生能源并网方面，柔性直流输电技术具有优异的故障穿越能力，输送距离不受限且占地面积小，是远海风电并网的唯一选择；在多端直流和直流电网构建方面，则具有易于构建直流网络的特性，能够平抑发电侧功率波动，并能多点受电和供电，具有灵活的功率和电压控制；在弱系统联网方面，可以向无源负荷供电，其结构简单紧凑，供电频率和电压灵活可调，不存在换相失败的情况；在大型城市供电方面，则具有供电半径和容量大的特点，能够动态调节有功和无功，具有电网黑启动能力。此外，柔性直流输电系统还可实现弱电网的受电和供电，输电距离不受电缆充电功率限制，是实现远海风电基地汇集与输送的最佳技术手段。

经过多年的自主研发，我国现已全面掌握柔性直流输电基础理论及工程关键技术。2011年7月，上海南汇柔性直流输电示范工程正式投运。这是亚洲首条柔性直流输电工程，应用于风电接入，可大幅度提高风电场故障穿越能力，被当做风电场并网的典型案例列入CIGRE（国际大电网会议组织）370导则。目前我国自主设计、研制的柔性直流输电设备的电压等级和输电容量已达±320千伏/1000兆瓦，即将在厦门投入运行，居于世界领先地位；我国自主研发的柔性直流输电高端装备，已获得欧洲市场认可。

此外，为了满足全球能源互联网中大规模可再生能源基地的开发与并网，需要更远输送距离、更高性能、更灵活可靠的电力传输手段。在超高电压、超大容量柔性直流换流技术及装备方面，要尽快突破±800千伏、±1100千伏及以上柔性直流输电关键技术及装备，实现更大容量、更远距离、更高效率的大规模可再生能源基地并网。在基于架空线的柔性直流输电技术方面，要大力发展架空线应用场合下快速的直流故障清除和系统恢复技术，研发能够清除直流故障电流、低损耗的新型换流器拓扑，并解决系统容量提升中存在的可靠性、经济性优化技术等。

全球能源互联网技术展望

目前，世界范围内正在加大远距离联网和清洁能源并网输送等方面技术的研发力度，并致力于各项技术的实践。

在欧洲，为了将远海的风电、欧洲北部的水电以及北非的太阳能接入电网，一个基于柔性直流技术的全新超级输电网已经规划并实施，用来实现大范围可再生能源的优化配置。2013年欧洲输电系统运营商联盟（ENTSO-E）信息显示，欧洲在未来10年内将建设20条以上的柔性直流工程，用于实现各个国家之间的互联和可再生能源的并网互补。

以英国—挪威直流联网工程为例，这项工程已经进入实质性建设。第一阶段从2015年开始，计划到2018年结束，将建设点对点两端直流系统，具备多端直流的条件，这是联接阶段；第二阶段计划到2020年形成含区域性隔离开关的放射状多端直流系统，并进入商业化阶段；第三阶段计划到2022年通过区域性直流电网断路器，联接不同的直流终端；而第四阶段计划到2025年形成广域直流电网。整个过程，技术的发展成为每个阶段实现的有力支撑。

在我国，河北张家口地区也在规划建设一个500千伏等级基于柔性直流的四端输电网络，最大换流容量达3000兆瓦、其他三个换流站换流容量为1500兆瓦，用来实现可再生能源的高效接纳和大型城市的可靠供电。也就是说张家口地区的风电可以供应北京地区，有效缓解华北地区能源供应及环保压力，计划2018年建成投运。届时，这将是世界上第一个真正意义上的高压直流电网，具有划时代的意义。

为进一步满足全球能源互联网中的大规模可再生能源基地的开发与并网，需要更远输送距离、更高性能以及更加灵活可靠的电力输送手段。为此，需要大量的技术提升。

未来，超高电压、超大容量柔性直流换流技术及装备、基于架空线的柔性直流输电技术、直流电网基础理论与关键技术研究、更高电压等级的直流断路器、高压直流变换器等新型直流装备、新型电力电子器件技术等，都将成为形成全球范围内电网互联互通的技术关键。

总的来说，全球能源互联网是解决人类可持续发展与能源需求矛盾的根本方案。要构建全球能源互联网，实现能源变革，需要电网发展方式的变革。与此同时，传统的电网技术和装备也需要适应这一变革，进行升级换代，这不仅需要技术研发的投入，也需要相应元器件及设备的提升，这是整个产业链的一次提升，也是整个电力行业的变革。国家电网公司已在相关技术与装备方面开展了成功的探索和实践，为构建全球能源互联网奠定了坚实的基础。技术装备的不断提升，必将为全球能源互联网的构建提供更为有力的支撑。