全球超級(jí)電網(wǎng)計(jì)劃的起步

Desertec項(xiàng)目：該項(xiàng)目在2009年首先由德國(guó)公司領(lǐng)頭的財(cái)團(tuán)提出，旨在開發(fā)地中海和世界上其他沙漠區(qū)域的太陽能，再通過HVDC傳輸?shù)饺丝诿芗呢?fù)荷中心。

Medgrid項(xiàng)目：類似于Desertec項(xiàng)目，該項(xiàng)目呼吁在北非開發(fā)20GW太陽能電站，其中5GW電能將傳輸?shù)綒W洲。Medgrid電網(wǎng)將成為歐洲超級(jí)電網(wǎng)的骨干。

中國(guó)超級(jí)電網(wǎng)項(xiàng)目：為了將北方的太陽能和風(fēng)能，以及南方的水能傳輸?shù)綎|南部城市，中國(guó)已經(jīng)安裝了世界上規(guī)模最大的高壓交直流網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)在正在建設(shè)13到20條新的HVDC線路繼續(xù)擴(kuò)張電網(wǎng)規(guī)模。

Gobitec項(xiàng)目：同樣以Desertec項(xiàng)目為模板，Gobitec項(xiàng)目將在戈壁沙漠開發(fā)風(fēng)能和太陽能，并通過HVDC網(wǎng)絡(luò)將電能從北部的伊爾庫(kù)茨克(俄羅斯)傳輸?shù)侥喜康纳虾?中國(guó))和首爾(韓國(guó))，以及東部的東京(日本)。

東南亞超級(jí)電網(wǎng)項(xiàng)目：該項(xiàng)目是通過建設(shè)海底HVDC電纜從澳大利亞北部海岸沿著印度尼西亞群島，連接到菲律賓、馬來西亞、中南半島和中國(guó)，目的是將澳大利亞北部豐富的太陽能傳輸?shù)綎|南亞國(guó)家。

亞洲超級(jí)電網(wǎng)項(xiàng)目：該項(xiàng)目將在中國(guó)、日本、韓國(guó)和蒙古，甚至可能包括俄羅斯之間建立電網(wǎng)連接，以便更自由地在各國(guó)之間進(jìn)行電力交易。日本軟銀的總裁孫正義是該項(xiàng)目堅(jiān)定的支持者。

北歐電網(wǎng)項(xiàng)目：到2030年，北歐的風(fēng)力和水力發(fā)電預(yù)計(jì)將大幅增長(zhǎng)。雖然許多北歐國(guó)家的電網(wǎng)之間已經(jīng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，但北歐的電網(wǎng)還需進(jìn)一步發(fā)展，以便向歐洲其他國(guó)家傳輸富余的電能。

北海海上電網(wǎng)項(xiàng)目：類似于北歐電網(wǎng)項(xiàng)目，計(jì)劃開發(fā)北海和波羅的海的風(fēng)能并傳輸?shù)狡渌胤健?/p>

Icelink項(xiàng)目：該項(xiàng)目是一個(gè)60年前就萌發(fā)的想法，通過蘇格蘭將冰島的電網(wǎng)與歐洲的電網(wǎng)相連。歐洲越來越高的電價(jià)以及更高的可再生能源目標(biāo)，使得該項(xiàng)目越來越有吸引力。

巴西超級(jí)電網(wǎng)項(xiàng)目：為了充分利用內(nèi)陸的水資源，巴西正在建設(shè)的超級(jí)電網(wǎng)，包括高壓交流輸電線路和600kV的直流輸電線路，其中還包括沿著長(zhǎng)達(dá)2385公里長(zhǎng)馬德拉河(RioMadeira)的世界上最長(zhǎng)的輸電線路。

氫-電能源超級(jí)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目：設(shè)想中的氫-電能源超級(jí)網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)橫跨整個(gè)大洲的地下HVDC傳輸網(wǎng)絡(luò)，其能量來源將是以氫為燃料的先進(jìn)核反應(yīng)堆。由超導(dǎo)電纜制成的傳輸線路將在輸電的同時(shí)傳輸氫能以冷卻導(dǎo)線。氫能還將在白天提供能源儲(chǔ)備來平衡能量消耗高峰。多余的氫能可以在當(dāng)?shù)氐碾娏κ袌?chǎng)出售或用于其它商業(yè)用途。

大西洋風(fēng)能互聯(lián)項(xiàng)目：該項(xiàng)目的輸電線路橫跨新澤西州和佛吉尼亞州(位于美國(guó)的中大西洋地區(qū))，通過海上輸電線路連接由聯(lián)邦政府指定的風(fēng)能開發(fā)區(qū)域的風(fēng)電場(chǎng)。

我們應(yīng)該從哪里開始建設(shè)全球超級(jí)電網(wǎng)?顯然，在電網(wǎng)技術(shù)，尤其是HVDC的發(fā)展和部署已經(jīng)處于世界領(lǐng)先地位的中國(guó)作為超級(jí)電網(wǎng)的建設(shè)起點(diǎn)，將是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。中國(guó)已經(jīng)開始開發(fā)其北部非常豐富的太陽能和風(fēng)能資源，以及南部豐富的水能資源。為了將約1300GW的電能傳輸?shù)綎|部和南部的人口和工業(yè)中心，中國(guó)已經(jīng)建設(shè)了全世界規(guī)模最大的HVAC和HVDC電網(wǎng)，并計(jì)劃在未來五年建造13到20條特高壓直流輸電線路(UHVDC，800-1100kV)。這些項(xiàng)目的投資金額十分巨大：2014年中國(guó)對(duì)此類項(xiàng)目的投資額達(dá)到了650億美元，預(yù)計(jì)未來五年的資金投入規(guī)模會(huì)繼續(xù)維持在這一高位。國(guó)際能源署(IEA)估計(jì)，到2040年中國(guó)需要花費(fèi)超過4萬億美元徹底改變電力傳輸和配送的方式。中國(guó)電力科學(xué)研究院的負(fù)責(zé)可再生能源和智能電網(wǎng)技術(shù)的副院長(zhǎng)姚良忠說，他的團(tuán)隊(duì)正在研究連接中國(guó)、歐洲、中東和北非的洲際輸電網(wǎng)的可行性。

歐洲是另一個(gè)全球電網(wǎng)建設(shè)可能的起點(diǎn)。自2008年以來，歐洲委員會(huì)(European Commission)一直在呼吁建設(shè)泛歐洲超級(jí)電網(wǎng)計(jì)劃。該計(jì)劃由代表34個(gè)歐洲國(guó)家的41個(gè)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的歐洲電力傳輸系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(European Networkof Transmission System Operatorsfor Electricity，ENTSO-E)牽頭。

泛歐洲超級(jí)電網(wǎng)計(jì)劃是建設(shè)一個(gè)連接歐洲國(guó)家與包括哈薩克斯坦、北非和土耳其在內(nèi)的周邊地區(qū)的HVDC網(wǎng)絡(luò)。德國(guó)卡塞爾大學(xué)的GregorCzish研究發(fā)現(xiàn)，基于泛歐洲超級(jí)電網(wǎng)，歐洲大部分的能源需求可以由風(fēng)力發(fā)電提供，只需部署少量的生物質(zhì)發(fā)電作為補(bǔ)充。一個(gè)名叫超級(jí)電網(wǎng)聯(lián)盟(Friends of the Supergrid)的工業(yè)團(tuán)體也一直在呼吁推動(dòng)實(shí)現(xiàn)這一雄心勃勃的計(jì)劃所需要的技術(shù)、監(jiān)管和融資業(yè)務(wù)。

Siemens French Connection：最近竣工的法國(guó)與西班牙之間的HVDC互聯(lián)線路使得兩國(guó)之間的電能傳輸容量達(dá)到了原來的兩倍，線路兩端都有圖中所示的換流站，將高壓的交流電轉(zhuǎn)為直流電，也可以將直流轉(zhuǎn)為交流電。

到目前為止，歐洲許多關(guān)鍵的HVDC線路的互聯(lián)已經(jīng)基本完成或者已經(jīng)達(dá)到計(jì)劃中較晚期的階段，包括能源豐富的德國(guó)北部和能源匱乏的德國(guó)南部電網(wǎng)的連接(該項(xiàng)目金額達(dá)100億歐元)，還有兩個(gè)連接德國(guó)和挪威、挪威和丹麥的HVDC線路，以及新近竣工的法國(guó)和西班牙的互聯(lián)線路。

可以確定的是，全球超級(jí)電網(wǎng)的建設(shè)還需要相當(dāng)多的基礎(chǔ)設(shè)施：據(jù)筆者的估計(jì)，根據(jù)規(guī)劃中的項(xiàng)目和某些地區(qū)所假定的冗余程度，大約需要10萬公里的HVDC線路和115座電能換流站。其中，有幾個(gè)換流站是“超級(jí)換流站”，例如新墨西哥州Tres Amigas項(xiàng)目中的換流站。Tres Amigas項(xiàng)目計(jì)劃連接北美的三個(gè)主要電網(wǎng)(西部電網(wǎng)、東部電網(wǎng)和德克薩斯州電網(wǎng))，還提供一些富余電能儲(chǔ)存容量。全球電網(wǎng)需要將全球任何地方的相似的區(qū)域性電網(wǎng)相連接。(見“全球超級(jí)電網(wǎng)計(jì)劃的起步”，列出了亞洲、歐洲以及其它地方所提出的超級(jí)電網(wǎng)計(jì)劃)

目前，全球超級(jí)電網(wǎng)面臨的最大障礙是如何籌集資金。由于項(xiàng)目的宏大規(guī)模和復(fù)雜程度，很難針對(duì)需要的資金給出一個(gè)確定的數(shù)字，但超級(jí)電網(wǎng)的支持者認(rèn)為其帶來的收益將遠(yuǎn)超過成本支出。2013年，在RenewableEnergy雜志上由Spyros Chatzivasileiadis，Damien Ernst，以及Gran Andersson發(fā)表的一篇文章，回顧了超級(jí)電網(wǎng)的已有研究以及已經(jīng)竣工的各個(gè)工程，評(píng)估了建造一條5500公里(該長(zhǎng)度足夠連接紐約和葡萄牙的波爾圖)，800kV，3GW海底HVDC電纜所需要的代價(jià)。(目前，800kV電壓等級(jí)的海底電纜還無法實(shí)現(xiàn)商業(yè)化)。該文的作者們總結(jié)到：電纜本身將花費(fèi)大約115萬歐元/公里～180萬歐元/公里，兩個(gè)終端的換流器將花費(fèi)3億歐元。假定傳輸中的電能損失為3%，電纜的服役年限是40年，研究者們估計(jì)通過該電纜傳輸?shù)碾娔軆r(jià)格在0。0166-0。0251歐元/千瓦時(shí)(0。0189-0。0286美元/千瓦時(shí))之間。相對(duì)應(yīng)的，美國(guó)居民支付的輸電價(jià)格約為0。011美元/千瓦時(shí)(不含發(fā)電成本)。由于運(yùn)營(yíng)商能夠從最便宜的地方購(gòu)電，因此由HVDC輸送的電能價(jià)格要比當(dāng)前的電能價(jià)格低很多。

世界各國(guó)組織和資助建設(shè)全球超級(jí)電網(wǎng)的前提是各國(guó)對(duì)可再生能源(或核能)的態(tài)度達(dá)成共識(shí)。如果對(duì)溫室氣體排放征稅能夠達(dá)成全球性的共識(shí)，將會(huì)給向零碳能源轉(zhuǎn)型提供金融激勵(lì)，從而加速推進(jìn)全球超級(jí)電網(wǎng)的建設(shè)。超級(jí)電網(wǎng)建設(shè)的起步階段將主要依賴于政府資助，而一旦這個(gè)階段完成之后，碳稅將幫助吸引更多的私人投資者。

除了財(cái)政之外，政府和電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商間需建立相應(yīng)的電能自由交易的規(guī)則。通過一個(gè)統(tǒng)一的電能批發(fā)市場(chǎng)，或者分割成多個(gè)區(qū)域性市場(chǎng)，超級(jí)電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)會(huì)更有效率。

此外，還需考慮如何更好地將現(xiàn)有的電網(wǎng)和未來的超級(jí)電網(wǎng)進(jìn)行融合。如前文所述，中國(guó)和歐洲都在規(guī)劃HVDC輸電網(wǎng)絡(luò)，但美國(guó)的輸電規(guī)劃很大程度上依然是州等級(jí)的規(guī)劃，部分原因是各個(gè)州控制著土地使用并監(jiān)管著私營(yíng)的電力公用事業(yè)企業(yè)。超級(jí)電網(wǎng)連接點(diǎn)位置的選擇、如何部署HVDC網(wǎng)絡(luò)，電壓等級(jí)、使用架空電纜還是海底電纜系統(tǒng)等技術(shù)的選擇或項(xiàng)目的組織，都需要反復(fù)推敲才能確定。

最后還需注意的一點(diǎn)是，全球超級(jí)電網(wǎng)能夠安全、可靠和穩(wěn)定的運(yùn)行還需要各參與方在決定輸電線路、換流站和發(fā)電機(jī)參數(shù)的一些技術(shù)規(guī)格上達(dá)成一致。

必須承認(rèn)，全球超級(jí)電網(wǎng)的建設(shè)需要投入大量的資金，也肯定會(huì)需要幾十年的時(shí)間才能完成。但這種全球性的互聯(lián)合作已經(jīng)在國(guó)際運(yùn)輸和電信行業(yè)有成功的先例，另一方面，比起什么都不做或繼續(xù)嚴(yán)重依賴化石能源為主的、低效的、互相隔離的電網(wǎng)，全球超級(jí)電網(wǎng)付出的代價(jià)顯然更少。