特高压+智能电网 助力全球超级电网

全球超级电网计划的起步

Desertec项目：该项目在2009年首先由德国公司领头的财团提出，旨在开发地中海和世界上其他沙漠区域的太阳能，再通过HVDC传输到人口密集的负荷中心。

Medgrid项目：类似于Desertec项目，该项目呼吁在北非开发20GW太阳能电站，其中5GW电能将传输到欧洲。Medgrid电网将成为欧洲超级电网的骨干。

中国超级电网项目：为了将北方的太阳能和风能，以及南方的水能传输到东南部城市，中国已经安装了世界上规模最大的高压交直流网络。现在正在建设13到20条新的HVDC线路继续扩张电网规模。

Gobitec项目：同样以Desertec项目为模板，Gobitec项目将在戈壁沙漠开发风能和太阳能，并通过HVDC网络将电能从北部的伊尔库茨克(俄罗斯)传输到南部的上海(中国)和首尔(韩国)，以及东部的东京(日本)。

东南亚超级电网项目：该项目是通过建设海底HVDC电缆从澳大利亚北部海岸沿着印度尼西亚群岛，连接到菲律宾、马来西亚、中南半岛和中国，目的是将澳大利亚北部丰富的太阳能传输到东南亚国家。

亚洲超级电网项目：该项目将在中国、日本、韩国和蒙古，甚至可能包括俄罗斯之间建立电网连接，以便更自由地在各国之间进行电力交易。日本软银的总裁孙正义是该项目坚定的支持者。

北欧电网项目：到2030年，北欧的风力和水力发电预计将大幅增长。虽然许多北欧国家的电网之间已经实现互联，但北欧的电网还需进一步发展，以便向欧洲其他国家传输富余的电能。

北海海上电网项目：类似于北欧电网项目，计划开发北海和波罗的海的风能并传输到其他地方。

Icelink项目：该项目是一个60年前就萌发的想法，通过苏格兰将冰岛的电网与欧洲的电网相连。欧洲越来越高的电价以及更高的可再生能源目标，使得该项目越来越有吸引力。

巴西超级电网项目：为了充分利用内陆的水资源，巴西正在建设的超级电网，包括高压交流输电线路和600kV的直流输电线路，其中还包括沿着长达2385公里长马德拉河(RioMadeira)的世界上最长的输电线路。

氢-电能源超级网络项目：设想中的氢-电能源超级网络将是一个横跨整个大洲的地下HVDC传输网络，其能量来源将是以氢为燃料的先进核反应堆。由超导电缆制成的传输线路将在输电的同时传输氢能以冷却导线。氢能还将在白天提供能源储备来平衡能量消耗高峰。多余的氢能可以在当地的电力市场出售或用于其它商业用途。

大西洋风能互联项目：该项目的输电线路横跨新泽西州和佛吉尼亚州(位于美国的中大西洋地区)，通过海上输电线路连接由联邦政府指定的风能开发区域的风电场。

我们应该从哪里开始建设全球超级电网?显然，在电网技术，尤其是HVDC的发展和部署已经处于世界领先地位的中国作为超级电网的建设起点，将是一个不错的选择。中国已经开始开发其北部非常丰富的太阳能和风能资源，以及南部丰富的水能资源。为了将约1300GW的电能传输到东部和南部的人口和工业中心，中国已经建设了全世界规模最大的HVAC和HVDC电网，并计划在未来五年建造13到20条特高压直流输电线路(UHVDC，800-1100kV)。这些项目的投资金额十分巨大：2014年中国对此类项目的投资额达到了650亿美元，预计未来五年的资金投入规模会继续维持在这一高位。国际能源署(IEA)估计，到2040年中国需要花费超过4万亿美元彻底改变电力传输和配送的方式。中国电力科学研究院的负责可再生能源和智能电网技术的副院长姚良忠说，他的团队正在研究连接中国、欧洲、中东和北非的洲际输电网的可行性。

欧洲是另一个全球电网建设可能的起点。自2008年以来，欧洲委员会(European Commission)一直在呼吁建设泛欧洲超级电网计划。该计划由代表34个欧洲国家的41个电网运营商的欧洲电力传输系统运营商(European Networkof Transmission System Operatorsfor Electricity，ENTSO-E)牵头。

泛欧洲超级电网计划是建设一个连接欧洲国家与包括哈萨克斯坦、北非和土耳其在内的周边地区的HVDC网络。德国卡塞尔大学的GregorCzish研究发现，基于泛欧洲超级电网，欧洲大部分的能源需求可以由风力发电提供，只需部署少量的生物质发电作为补充。一个名叫超级电网联盟(Friends of the Supergrid)的工业团体也一直在呼吁推动实现这一雄心勃勃的计划所需要的技术、监管和融资业务。

Siemens French Connection：最近竣工的法国与西班牙之间的HVDC互联线路使得两国之间的电能传输容量达到了原来的两倍，线路两端都有图中所示的换流站，将高压的交流电转为直流电，也可以将直流转为交流电。

到目前为止，欧洲许多关键的HVDC线路的互联已经基本完成或者已经达到计划中较晚期的阶段，包括能源丰富的德国北部和能源匮乏的德国南部电网的连接(该项目金额达100亿欧元)，还有两个连接德国和挪威、挪威和丹麦的HVDC线路，以及新近竣工的法国和西班牙的互联线路。

可以确定的是，全球超级电网的建设还需要相当多的基础设施：据笔者的估计，根据规划中的项目和某些地区所假定的冗余程度，大约需要10万公里的HVDC线路和115座电能换流站。其中，有几个换流站是“超级换流站”，例如新墨西哥州Tres Amigas项目中的换流站。Tres Amigas项目计划连接北美的三个主要电网(西部电网、东部电网和德克萨斯州电网)，还提供一些富余电能储存容量。全球电网需要将全球任何地方的相似的区域性电网相连接。(见“全球超级电网计划的起步”，列出了亚洲、欧洲以及其它地方所提出的超级电网计划)

目前，全球超级电网面临的最大障碍是如何筹集资金。由于项目的宏大规模和复杂程度，很难针对需要的资金给出一个确定的数字，但超级电网的支持者认为其带来的收益将远超过成本支出。2013年，在RenewableEnergy杂志上由Spyros Chatzivasileiadis，Damien Ernst，以及Gran Andersson发表的一篇文章，回顾了超级电网的已有研究以及已经竣工的各个工程，评估了建造一条5500公里(该长度足够连接纽约和葡萄牙的波尔图)，800kV，3GW海底HVDC电缆所需要的代价。(目前，800kV电压等级的海底电缆还无法实现商业化)。该文的作者们总结到：电缆本身将花费大约115万欧元/公里～180万欧元/公里，两个终端的换流器将花费3亿欧元。假定传输中的电能损失为3%，电缆的服役年限是40年，研究者们估计通过该电缆传输的电能价格在0。0166-0。0251欧元/千瓦时(0。0189-0。0286美元/千瓦时)之间。相对应的，美国居民支付的输电价格约为0。011美元/千瓦时(不含发电成本)。由于运营商能够从最便宜的地方购电，因此由HVDC输送的电能价格要比当前的电能价格低很多。

世界各国组织和资助建设全球超级电网的前提是各国对可再生能源(或核能)的态度达成共识。如果对温室气体排放征税能够达成全球性的共识，将会给向零碳能源转型提供金融激励，从而加速推进全球超级电网的建设。超级电网建设的起步阶段将主要依赖于政府资助，而一旦这个阶段完成之后，碳税将帮助吸引更多的私人投资者。

除了财政之外，政府和电网运营商间需建立相应的电能自由交易的规则。通过一个统一的电能批发市场，或者分割成多个区域性市场，超级电网的运营会更有效率。

此外，还需考虑如何更好地将现有的电网和未来的超级电网进行融合。如前文所述，中国和欧洲都在规划HVDC输电网络，但美国的输电规划很大程度上依然是州等级的规划，部分原因是各个州控制着土地使用并监管着私营的电力公用事业企业。超级电网连接点位置的选择、如何部署HVDC网络，电压等级、使用架空电缆还是海底电缆系统等技术的选择或项目的组织，都需要反复推敲才能确定。

最后还需注意的一点是，全球超级电网能够安全、可靠和稳定的运行还需要各参与方在决定输电线路、换流站和发电机参数的一些技术规格上达成一致。

必须承认，全球超级电网的建设需要投入大量的资金，也肯定会需要几十年的时间才能完成。但这种全球性的互联合作已经在国际运输和电信行业有成功的先例，另一方面，比起什么都不做或继续严重依赖化石能源为主的、低效的、互相隔离的电网，全球超级电网付出的代价显然更少。