全球超級電網(wǎng)計劃的起步

Desertec項目：該項目在2009年首先由德國公司領頭的財團提出，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呢摵芍行摹?/p>

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

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

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

東南亞超級電網(wǎng)項目：該項目是通過建設海底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，目的是將澳大利亞北部豐富的太陽能傳輸?shù)綎|南亞國家。

亞洲超級電網(wǎng)項目：該項目將在中國、日本、韓國和蒙古，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之間進行電力交易。日本軟銀的總裁孫正義是該項目堅定的支持者。

北歐電網(wǎng)項目：到2030年，北歐的風力和水力發(fā)電預計將大幅增長。雖然許多北歐國家的電網(wǎng)之間已經(jīng)實現(xiàn)互聯(lián)，但北歐的電網(wǎng)還需進一步發(fā)展，以便向歐洲其他國家傳輸富余的電能。

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

Icelink項目：該項目是一個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以及更高的可再生能源目標，使得該項目越來越有吸引力。

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

氫-電能源超級網(wǎng)絡項目：設想中的氫-電能源超級網(wǎng)絡將是一個橫跨整個大洲的地下HVDC傳輸網(wǎng)絡，其能量來源將是以氫為燃料的先進核反應堆。由超導電纜制成的傳輸線路將在輸電的同時傳輸氫能以冷卻導線。氫能還將在白天提供能源儲備來平衡能量消耗高峰。多余的氫能可以在當?shù)氐碾娏κ袌龀鍪刍蛴糜谄渌虡I(yè)用途。

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

我們應該從哪里開始建設全球超級電網(wǎng)?顯然，在電網(wǎng)技術(shù)，尤其是HVDC的發(fā)展和部署已經(jīng)處于世界領先地位的中國作為超級電網(wǎng)的建設起點，將是一個不錯的選擇。中國已經(jīng)開始開發(fā)其北部非常豐富的太陽能和風能資源，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，中國已經(jīng)建設了全世界規(guī)模最大的HVAC和HVDC電網(wǎng)，并計劃在未來五年建造13到20條特高壓直流輸電線路(UHVDC，800-1100kV)。這些項目的投資金額十分巨大：2014年中國對此類項目的投資額達到了650億美元，預計未來五年的資金投入規(guī)模會繼續(xù)維持在這一高位。國際能源署(IEA)估計，到2040年中國需要花費超過4萬億美元徹底改變電力傳輸和配送的方式。中國電力科學研究院的負責可再生能源和智能電網(wǎng)技術(shù)的副院長姚良忠說，他的團隊正在研究連接中國、歐洲、中東和北非的洲際輸電網(wǎng)的可行性。

歐洲是另一個全球電網(wǎng)建設可能的起點。自2008年以來，歐洲委員會(European Commission)一直在呼吁建設泛歐洲超級電網(wǎng)計劃。該計劃由代表34個歐洲國家的41個電網(wǎng)運營商的歐洲電力傳輸系統(tǒng)運營商(European Networkof Transmission System Operatorsfor Electricity，ENTSO-E)牽頭。

泛歐洲超級電網(wǎng)計劃是建設一個連接歐洲國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。德國卡塞爾大學的GregorCzish研究發(fā)現(xiàn)，基于泛歐洲超級電網(wǎng)，歐洲大部分的能源需求可以由風力發(fā)電提供，只需部署少量的生物質(zhì)發(fā)電作為補充。一個名叫超級電網(wǎng)聯(lián)盟(Friends of the Supergrid)的工業(yè)團體也一直在呼吁推動實現(xiàn)這一雄心勃勃的計劃所需要的技術(shù)、監(jiān)管和融資業(yè)務。

Siemens French Connection：最近竣工的法國與西班牙之間的HVDC互聯(lián)線路使得兩國之間的電能傳輸容量達到了原來的兩倍，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)達到計劃中較晚期的階段，包括能源豐富的德國北部和能源匱乏的德國南部電網(wǎng)的連接(該項目金額達100億歐元)，還有兩個連接德國和挪威、挪威和丹麥的HVDC線路，以及新近竣工的法國和西班牙的互聯(lián)線路。

可以確定的是，全球超級電網(wǎng)的建設還需要相當多的基礎設施：據(jù)筆者的估計，根據(jù)規(guī)劃中的項目和某些地區(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，有幾個換流站是“超級換流站”，例如新墨西哥州Tres Amigas項目中的換流站。Tres Amigas項目計劃連接北美的三個主要電網(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“全球超級電網(wǎng)計劃的起步”，列出了亞洲、歐洲以及其它地方所提出的超級電網(wǎng)計劃)

目前，全球超級電網(wǎng)面臨的最大障礙是如何籌集資金。由于項目的宏大規(guī)模和復雜程度，很難針對需要的資金給出一個確定的數(shù)字，但超級電網(wǎng)的支持者認為其帶來的收益將遠超過成本支出。2013年，在RenewableEnergy雜志上由Spyros Chatzivasileiadis，Damien Ernst，以及Gran Andersson發(fā)表的一篇文章，回顧了超級電網(wǎng)的已有研究以及已經(jīng)竣工的各個工程，評估了建造一條5500公里(該長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。(目前，800kV電壓等級的海底電纜還無法實現(xiàn)商業(yè)化)。該文的作者們總結(jié)到：電纜本身將花費大約115萬歐元/公里～180萬歐元/公里，兩個終端的換流器將花費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，研究者們估計通過該電纜傳輸?shù)碾娔軆r格在0。0166-0。0251歐元/千瓦時(0。0189-0。0286美元/千瓦時)之間。相對應的，美國居民支付的輸電價格約為0。011美元/千瓦時(不含發(fā)電成本)。由于運營商能夠從最便宜的地方購電，因此由HVDC輸送的電能價格要比當前的電能價格低很多。

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

除了財政之外，政府和電網(wǎng)運營商間需建立相應的電能自由交易的規(guī)則。通過一個統(tǒng)一的電能批發(fā)市場，或者分割成多個區(qū)域性市場，超級電網(wǎng)的運營會更有效率。

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

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

必須承認，全球超級電網(wǎng)的建設需要投入大量的資金，也肯定會需要幾十年的時間才能完成。但這種全球性的互聯(lián)合作已經(jīng)在國際運輸和電信行業(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)，全球超級電網(wǎng)付出的代價顯然更少。