全球能源互聯(lián)網(wǎng)電力技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域分析

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摘要：全球能源互聯(lián)網(wǎng)的全面落實(shí)與發(fā)展，需要從戰(zhàn)略構(gòu)想轉(zhuǎn)變成實(shí)際行動(dòng)，所以必須高度重視能源電力技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新。基于此，以全球能源互聯(lián)網(wǎng)電力技術(shù)作為主要研究對(duì)象，從全球能源互聯(lián)網(wǎng)電力技術(shù)的創(chuàng)新重點(diǎn)領(lǐng)域入手，分析其關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：全球能源互聯(lián)網(wǎng)；電力技術(shù)；創(chuàng)新重點(diǎn)領(lǐng)域；關(guān)鍵技術(shù)

0引言

近年來(lái)，伴隨著未來(lái)能源的快速發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新的重要性在全球逐漸突顯，并且成為了新興產(chǎn)業(yè)。目前，全球能源互聯(lián)網(wǎng)是對(duì)已有能源生產(chǎn)方式與消費(fèi)方法的一種創(chuàng)新，保證相關(guān)技術(shù)得到有效發(fā)展，進(jìn)一步推進(jìn)了全球能源電力技術(shù)的進(jìn)步。由此可見，深入研究并分析全球能源互聯(lián)網(wǎng)電力技術(shù)，創(chuàng)新其重點(diǎn)領(lǐng)域及關(guān)鍵技術(shù)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1全球能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

基于全球能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建，要求以技術(shù)問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，重點(diǎn)表現(xiàn)在三個(gè)方面。第一，新型能源發(fā)電技術(shù)要與大型新能源基地開發(fā)利用的需求相適應(yīng)。全球能源互聯(lián)網(wǎng)中，風(fēng)能發(fā)電、海洋能發(fā)電以及太陽(yáng)能發(fā)電是十分關(guān)鍵的源端電源。因此，必須高度重視新能源發(fā)電技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新，盡量減少新能源發(fā)電的成本，突破大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)，并為新能源基地的規(guī)模化開發(fā)以及創(chuàng)造奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[1]。第二，全面發(fā)展大容量輸電技術(shù)與特大型電網(wǎng)安全控制技術(shù)，保障新能源基地外送與電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。新時(shí)期背景下，互聯(lián)大電網(wǎng)的建設(shè)速度逐步加快，海上區(qū)域與極地區(qū)域的新能源基地開發(fā)也將實(shí)現(xiàn)大容量與高等級(jí)的發(fā)展。第三，信息通信技術(shù)全面融合，電網(wǎng)逐漸實(shí)現(xiàn)智能化發(fā)展。要想與全球能源互聯(lián)網(wǎng)的海量信息處理需求相適應(yīng)，必須積極應(yīng)用現(xiàn)代化信息通信技術(shù)。

2大容量遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)研究

大容量遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)主要包括特高壓直流輸電技術(shù)、柔性直流輸電與直流電網(wǎng)等。

2.1特高壓直流輸電技術(shù)與裝備

要確保互聯(lián)網(wǎng)與偏遠(yuǎn)區(qū)域新能源基地電力成功外送，必須保證特高壓輸電技術(shù)在未來(lái)發(fā)展的過(guò)程中容量更大、電壓等級(jí)更高。同時(shí)，要求輸電距離超過(guò)3000km，且輸送容量不低于1×107kW。如此一來(lái)，優(yōu)化配置能力將會(huì)大大加強(qiáng)[2]?，F(xiàn)階段，特高壓直流輸電斷路器與換流器等諸多高端裝備始終無(wú)法與高電壓等級(jí)輸電技術(shù)性能相適應(yīng)。所以，未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，一定要全面發(fā)展±1000kV電壓等級(jí)的直流輸電技術(shù)，并且研發(fā)高端裝備工藝技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)全面建設(shè)±1100kV電壓等級(jí)需求的電網(wǎng)工程，以滿足極端條件。

2.2柔性直流輸電與直流電網(wǎng)

要想確保城市供電、分布式能源成功開展以及實(shí)現(xiàn)新能源并網(wǎng)目標(biāo)，必須高度重視柔性直流輸電技術(shù)。需要注意的是，高壓直流電網(wǎng)有效升級(jí)了柔性直流輸電，確保了大規(guī)模新能源接入的靈活性，使電網(wǎng)運(yùn)行更加安全、可靠[3]。未來(lái)，柔性直流輸電與直流電網(wǎng)技術(shù)將和特高壓電網(wǎng)等現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)相融合，全面建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)，確保與新能源基地電力大規(guī)模送出的實(shí)際需求相適應(yīng).目前，國(guó)內(nèi)高壓柔性直流控制保護(hù)技術(shù)與絕緣材料等相關(guān)技術(shù)尚未成熟，特別是電壓等級(jí)與輸電能力，仍然需要不斷改進(jìn)與完善。為此，應(yīng)將架空線柔性直流輸電技術(shù)作為重要基礎(chǔ)，綜合考慮直流電網(wǎng)規(guī)劃和網(wǎng)架構(gòu)建理論等方面，保證成功研發(fā)高壓柔性直流輸電裝備，尤其是直流電網(wǎng)潮流控制器與高壓直流斷路器。根據(jù)合理預(yù)測(cè)，2030年，柔性直流輸電工程直流電壓的等級(jí)會(huì)超過(guò)±800kV，且實(shí)際容量大于5×106kW。在此基礎(chǔ)上，將成功建成若干直流電網(wǎng)。

3大電網(wǎng)安全運(yùn)行與控制技術(shù)研究

全面發(fā)展特高壓交直流電網(wǎng)建模和仿真技術(shù)。未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，基于特高壓交直流電網(wǎng)發(fā)展速度的不斷加快，加之新能源的大規(guī)模開發(fā)，大電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的安全性與控制將面臨極大挑戰(zhàn)[4]。其中，特高壓交直流電網(wǎng)的正常運(yùn)行，能夠確保電網(wǎng)的特性隨之改變。在交流、直流和受端的互相影響下，交直流故障的連鎖反應(yīng)將過(guò)于復(fù)雜。所以，大容量集中饋入與特高壓多直流饋入都會(huì)導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定，不利于頻率的穩(wěn)定性?，F(xiàn)階段，電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中采用的仿真理論、控制技術(shù)，都難以與電網(wǎng)發(fā)展需求和大規(guī)模新能源接入需求相適應(yīng)。所以，必須掌握特大型電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)律，成功研制出能夠與超大規(guī)模交直流混聯(lián)系統(tǒng)相適應(yīng)的新技術(shù)，確保電網(wǎng)的運(yùn)行更加安全、穩(wěn)定。

4新能源發(fā)電與并網(wǎng)調(diào)控技術(shù)研究

4.1高效低成本太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)

合理運(yùn)用太陽(yáng)能，不斷提高實(shí)際轉(zhuǎn)化效率，可節(jié)省發(fā)電成本，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化發(fā)展，為技術(shù)創(chuàng)新提供保障。未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，光伏發(fā)電技術(shù)與光熱發(fā)電技術(shù)將會(huì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步突破，有效推進(jìn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，充分發(fā)揮大型太陽(yáng)能發(fā)電基地的作用。根據(jù)合理預(yù)測(cè)，2030年，晶硅與薄膜電池的光能轉(zhuǎn)換率提高30%或25%。此外，鈣鈦礦型與疊層等太陽(yáng)能的電池效率將大于50%。較之于從前，光伏發(fā)電平均度電成本的下降速度也將大于50%。伴隨光熱發(fā)電技術(shù)的成熟化發(fā)展與應(yīng)用，塔式系統(tǒng)將成為光熱電站的主流開發(fā)技術(shù)，而且平均度電成本會(huì)降低40%左右。

4.2海洋能發(fā)電技術(shù)

因?yàn)槿蚝Ｑ竽苜Y源相對(duì)豐富，所以在全球能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)建過(guò)程中，海洋能資源同樣是不可缺少的源端能源。海洋能發(fā)電技術(shù)過(guò)程中，溫差發(fā)電、波浪能發(fā)電以及潮汐發(fā)電等，都是最常見的海洋能發(fā)電技術(shù)。特別是潮汐能，它的開發(fā)與利用時(shí)間較長(zhǎng)，技術(shù)相對(duì)成熟[5]。然而，實(shí)踐中，它卻容易受到裝機(jī)規(guī)模的影響。因此，分布式利用模式始終占據(jù)主導(dǎo)地位。此外，波浪能與洋流能的技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，且有大量技術(shù)已經(jīng)開始實(shí)施。在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，海洋能發(fā)電技術(shù)可能與海上風(fēng)電基地實(shí)現(xiàn)聯(lián)合性建設(shè)與發(fā)展，進(jìn)而構(gòu)建大規(guī)模且集中性的海上可再生能源發(fā)電基地。

4.3新能源并網(wǎng)調(diào)控技術(shù)

新能源并網(wǎng)調(diào)控保障了全球能源互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行安全與穩(wěn)定。為此，后期發(fā)展中需要發(fā)展新能源發(fā)電功率預(yù)測(cè)和新能源互補(bǔ)協(xié)調(diào)調(diào)度等技術(shù)，并且系統(tǒng)化研究、分析大規(guī)模電場(chǎng)和太陽(yáng)能電站集群控制等技術(shù)。

5現(xiàn)代化儲(chǔ)能技術(shù)研究

創(chuàng)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的過(guò)程中，儲(chǔ)能技術(shù)的作用不容小覷。儲(chǔ)能技術(shù)將成為新能源發(fā)電必不可少的主力能源，為新能源基地的發(fā)展提供不竭的電力供應(yīng)。儲(chǔ)能技術(shù)研究方面，電儲(chǔ)能是重點(diǎn)、難點(diǎn)。一般情況下，電儲(chǔ)能主要包含化學(xué)儲(chǔ)能與物理儲(chǔ)能。其中，物理儲(chǔ)能體現(xiàn)在飛輪儲(chǔ)能、物理儲(chǔ)能與化學(xué)儲(chǔ)能等方面?；瘜W(xué)儲(chǔ)能則體現(xiàn)在液流電池與鉛酸電池等方面。目前，抽水蓄能是最成熟的儲(chǔ)能技術(shù)，而前沿的電儲(chǔ)能技術(shù)則包括超導(dǎo)磁儲(chǔ)能與新型儲(chǔ)能電池等。

5.1化學(xué)儲(chǔ)能

與物理儲(chǔ)能技術(shù)相比，化學(xué)儲(chǔ)能的安裝環(huán)境、能量密度以及地址選擇等方面優(yōu)勢(shì)十分明顯?，F(xiàn)階段，儲(chǔ)能電池處于研發(fā)與示范應(yīng)用狀態(tài)的種類多于30種。但是，儲(chǔ)能電池的成本相對(duì)較高，除電動(dòng)汽車電池之外，儲(chǔ)能電池沒(méi)有達(dá)到大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的目的。所以，在儲(chǔ)能電池技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展方面，應(yīng)將重點(diǎn)放在聯(lián)合運(yùn)用可再生能源、提高安全性以及降低成本等方面。

5.2氫儲(chǔ)能

所謂氫儲(chǔ)能，是指借助多樣化技術(shù)，將多種形式能量轉(zhuǎn)化為氫氣進(jìn)行貯存。目前，大規(guī)模新能源的發(fā)展為新能源制氫提供了極為廣闊的發(fā)展空間。因?yàn)樾履茉粗茪淇梢杂行{過(guò)剩的新能源電力，所以使得電網(wǎng)負(fù)荷更加平衡，電力供需的調(diào)節(jié)效果也更加明顯。因此，新能源制氫在未來(lái)的發(fā)展中前景廣闊。新能源制氫過(guò)程中，對(duì)于源端而言，可以借助制氫的過(guò)程，將棄光電量與棄風(fēng)電量合成天然氣，并且輸送至輸氣管道，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)存過(guò)剩的新能源電力，從而推動(dòng)電網(wǎng)和氣網(wǎng)的充分融合發(fā)展。而在受端，可合理運(yùn)用低谷新能源達(dá)到制氫的目標(biāo)，為終端電能的有效替代提供全新發(fā)展機(jī)遇。

6結(jié)論

綜上所述，全面促進(jìn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展，為特高壓電網(wǎng)、儲(chǔ)能和新能源等諸多領(lǐng)域提供了發(fā)展機(jī)遇，尤其是各領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。因此，未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)高度重視全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展技術(shù)，在多個(gè)方面進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)可再生能源發(fā)展，積極建設(shè)更多示范工程，實(shí)現(xiàn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)電力技術(shù)的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]張希華，盧姍姍，蘇建軍.全球能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)專利發(fā)展現(xiàn)狀與對(duì)策[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2017，47（6）：143-150.

[2]王飛，謝慧麗.全球能源互聯(lián)網(wǎng)推動(dòng)電力企業(yè)創(chuàng)新的策略研究[J].創(chuàng)新科技，2016，（11）：36-38.

[3]本刊訊.全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織召開成果會(huì)[J].電力與能源，2017，（1）：5.

作者：陳蓉 單位：國(guó)網(wǎng)四川省電力公司南充供電公司變電運(yùn)檢室，