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Guo Jianbo: practical requirements and development conditions for a global smart grid

Published on: September 30, 2015

人类经济社会的发展离不开能源的支撑,但化石能源的大量利用带来了资源和环境问题,已严重威胁人类社会的持续发展。全球能源互联网,针对世界能源供应、能源环境、能源配置和效率等方面问题,以全球视角审视世界能源经济可持续发展的重大战略问题,提出了解决方案。

全球能源互联网可以概要表述为:全球能源互联网=特高压电网+泛在智能电网+清洁能源。

具体来说,全球能源互联网就是以特高压电网为骨干网架(通道),以输送清洁能源为主导,全球互联泛在的坚强智能电网。全球能源互联网将由跨国跨洲骨干网架和涵盖各国各电压等级电网(输电网、配电网)的国家泛在智能电网构成,连接“一极一道”和各洲大型能源基地,适应各种分布式电源接入需要,能够将风能、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。

全球能源互联网的发展框架可以概括为一个总体布局、两个基本原则、三个发展阶段、四个重要特征、五个主要功能。全球能源互联网将形成由跨洲电网、跨国电网、国家泛在智能电网组成,各层级电网协调发展的总体布局,坚持清洁发展和全球配置两个基本原则,经过洲内互联、跨洲互联、全球互联三个阶段,具备网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动四个重要特征,实现能源传输、资源配置、市场交易、产业带动和公共服务五个主要功能。

从世界能源发展趋势和资源禀赋特征看,实施以清洁替代和电能替代为主要内容的“两个替代”是世界能源可持续发展的重要方向,是对传统能源生产消费方式和理念的根本性变革。“两个替代”对全球能源发展具有革命性影响,将推动能源结构从化石能源为主向清洁能源为主转变,实现能源消费高效化、低碳化和清洁化目标。

根据预测,在全球能源互联网加快发展情景下,到2050年全球清洁能源比重将达到80%。可以预见,传统电网的使命将由此发生根本性变化——它将成为大规模清洁能源的输送网络,具有接纳大规模清洁能源的能力;它将是一个灵活、高效的能源配置和供应系统,建立用户需求响应机制;它还将成为安全、可靠的智能能源网络,具有极高的供电可靠性。

在全球能源互联系统中,保障超高比例的清洁能源安全、可靠、经济、高效的生产和消纳,是电力系统发电、传输、消纳、调度运行和控制技术创新所面临的巨大挑战。全球能源互联网技术创新对能源升级发展具有决定性、根本性的作用。在全球能源互联网构建过程中,电力前沿技术创新的重要性将越来越被广泛认知:全球能源互联网发展的重要使命是实现各种类型清洁能源安全可靠接入和消纳;大容量灵活可控的输电技术成为清洁能源接入、传输和疏散的重要途径;可靠高效的电网调度运行控制技术是保障全球能源互联网安全稳定的基础;实用化的储能技术将为清洁能源大规模发展和电网安全经济运行提供保障。综上可知,在全球能源互联网推进过程中,清洁能源及相关配套领域的前沿技术研发和创新必将得到一次空前的发展契机。

在大规模清洁能源接入技术方面,需实现大规模清洁能源电力协调优化配置和灵活多样控制,将可再生能源发电功率预测精度提高到接近负荷预测精度水平,实现大规模可再生能源电力具有与常规电源接近的可调度性。

在分布式电源发电接入技术方面,以先进的电力电子技术、通信技术、量测传感技术作为支撑的智能配电网和微电网技术,将可实现分布式的可再生能源发电与区域内其他电能之间的合理协调和分配,以及配网侧清治能源的“即插即用”式接入。

在输电技术方面,我国自主研发的特高压交/直流输电将作为实现超大范围互联电网骨干网架的主要技术手段而被广泛应用。灵活可控的多端直流输电、柔性直流输电及直流电网技术将在接入和消纳新能源发电中发挥越来越重要的作用。高温超导等领域的科技创新也将为大容量输电提供新的技术解决方案。

在电网运行控制技术方面,大范围资源优化配置将形成一个超大规模的交直流混联大系统,各级电网将实现能量和信息的双向互动。支撑大规模交直混联电网运行的精细化仿真技术,先进保护技术,广域协调、分布自治和灵活互动的电网柔性调度与稳定控制技术等领域将取得突破。

在需求响应技术方面,作为智能配用电的重要组成,需求响应需要通过实时的信息交互、灵活的能源配置、动态的负荷调整,充分发挥分布式电源及储能系统作用,提升客户端能源使用效率,实现源网荷的有机融合及供需平衡,使未来电网成为多能源灵活、可靠配置的理想载体。

在储能技术方面,储能技术不仅能改善清洁能源发电自身的特性,还将从系统角度解决清洁能源发电带来的远距离送出、调峰调频等问题,并利用储能技术实现多种类型能源的有效融合和综合利用,为提高电能在终端能源中的消费比例,实现“电能替代”提供技术支撑。(作者为中国工程院院士、中国电力科学研究院院长 郭剑波)

 
Original title: 构建全球能源互联网具备实践基础和发展条件
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