全球能源互联网电力技术创新重点领域及关键技术分析

陈 蓉

(国网四川省电力公司南充供电公司变电运检室，四川 南充 637000)

0 引 言

近年来，伴随着未来能源的快速发展，技术创新的重要性在全球逐渐突显，并且成为了新兴产业。目前，全球能源互联网是对已有能源生产方式与消费方法的一种创新，保证相关技术得到有效发展，进一步推进了全球能源电力技术的进步。由此可见，深入研究并分析全球能源互联网电力技术，创新其重点领域及关键技术具有一定的现实意义。

1 全球能源互联网技术概述

基于全球能源互联网的构建，要求以技术问题为出发点，重点表现在三个方面。

第一，新型能源发电技术要与大型新能源基地开发利用的需求相适应。全球能源互联网中，风能发电、海洋能发电以及太阳能发电是十分关键的源端电源。因此，必须高度重视新能源发电技术的进一步创新，尽量减少新能源发电的成本，突破大容量储能技术，并为新能源基地的规模化开发以及创造奠定坚实基础[1]。

第二，全面发展大容量输电技术与特大型电网安全控制技术，保障新能源基地外送与电网运行的安全性和稳定性。新时期背景下，互联大电网的建设速度逐步加快，海上区域与极地区域的新能源基地开发也将实现大容量与高等级的发展。

第三，信息通信技术全面融合，电网逐渐实现智能化发展。要想与全球能源互联网的海量信息处理需求相适应，必须积极应用现代化信息通信技术。

通过分析、研究技术创新的趋势，发现全球能源互联网技术创新的重点，主要体现在以下几个方面，如表1所示。

表1 全球能源互联网重点技术领域与关键技术

2 大容量远距离输电技术研究

大容量远距离输电技术主要包括特高压直流输电技术、柔性直流输电与直流电网等。

2.1 特高压直流输电技术与装备

要确保互联网与偏远区域新能源基地电力成功外送，必须保证特高压输电技术在未来发展的过程中容量更大、电压等级更高。同时，要求输电距离超过3 000 km，且输送容量不低于1×107kW。如此一来，优化配置能力将会大大加强[2]。

现阶段，特高压直流输电断路器与换流器等诸多高端装备始终无法与高电压等级输电技术性能相适应。所以，未来发展过程中，一定要全面发展±1 000 kV电压等级的直流输电技术，并且研发高端装备工艺技术。在此基础上，还应全面建设±1 100 kV电压等级需求的电网工程，以满足极端条件。

2.2 柔性直流输电与直流电网

要想确保城市供电、分布式能源成功开展以及实现新能源并网目标，必须高度重视柔性直流输电技术。需要注意的是，高压直流电网有效升级了柔性直流输电，确保了大规模新能源接入的灵活性，使电网运行更加安全、可靠[3]。未来，柔性直流输电与直流电网技术将和特高压电网等现代化科学技术相融合，全面建设全球能源互联网，确保与新能源基地电力大规模送出的实际需求相适应。

目前，国内高压柔性直流控制保护技术与绝缘材料等相关技术尚未成熟，特别是电压等级与输电能力，仍然需要不断改进与完善。为此，应将架空线柔性直流输电技术作为重要基础，综合考虑直流电网规划和网架构建理论等方面，保证成功研发高压柔性直流输电装备，尤其是直流电网潮流控制器与高压直流断路器。

根据合理预测，2030年，柔性直流输电工程直流电压的等级会超过±800 kV，且实际容量大于5×106kW。在此基础上，将成功建成若干直流电网。

3 大电网安全运行与控制技术研究

全面发展特高压交直流电网建模和仿真技术。未来发展过程中，基于特高压交直流电网发展速度的不断加快，加之新能源的大规模开发，大电网运行过程中的安全性与控制将面临极大挑战[4]。其中，特高压交直流电网的正常运行，能够确保电网的特性随之改变。在交流、直流和受端的互相影响下，交直流故障的连锁反应将过于复杂。所以，大容量集中馈入与特高压多直流馈入都会导致电压不稳定，不利于频率的稳定性。

现阶段，电力系统的实际运行过程中采用的仿真理论、控制技术，都难以与电网发展需求和大规模新能源接入需求相适应。所以，必须掌握特大型电网的发展规律，成功研制出能够与超大规模交直流混联系统相适应的新技术，确保电网的运行更加安全、稳定。

4 新能源发电与并网调控技术研究

4.1 高效低成本太阳能发电技术

合理运用太阳能，不断提高实际转化效率，可节省发电成本，实现大规模的商业化发展，为技术创新提供保障。未来发展过程中，光伏发电技术与光热发电技术将会实现进一步突破，有效推进全球能源互联网建设，充分发挥大型太阳能发电基地的作用。

根据合理预测，2030年，晶硅与薄膜电池的光能转换率提高30%或25%。此外，钙钛矿型与叠层等太阳能的电池效率将大于50%。较之于从前，光伏发电平均度电成本的下降速度也将大于50%。伴随光热发电技术的成熟化发展与应用，塔式系统将成为光热电站的主流开发技术，而且平均度电成本会降低40%左右。

4.2 海洋能发电技术

因为全球海洋能资源相对丰富，所以在全球能源互联网创建过程中，海洋能资源同样是不可缺少的源端能源。海洋能发电技术过程中，温差发电、波浪能发电以及潮汐发电等，都是最常见的海洋能发电技术。特别是潮汐能，它的开发与利用时间较长，技术相对成熟[5]。然而，实践中，它却容易受到装机规模的影响。因此，分布式利用模式始终占据主导地位。此外，波浪能与洋流能的技术已经趋于成熟，且有大量技术已经开始实施。在未来的发展过程中，海洋能发电技术可能与海上风电基地实现联合性建设与发展，进而构建大规模且集中性的海上可再生能源发电基地。

4.3 新能源并网调控技术

新能源并网调控保障了全球能源互联网的运行安全与稳定。为此，后期发展中需要发展新能源发电功率预测和新能源互补协调调度等技术，并且系统化研究、分析大规模电场和太阳能电站集群控制等技术。

5 现代化储能技术研究

创建全球能源互联网的过程中，储能技术的作用不容小觑。储能技术将成为新能源发电必不可少的主力能源，为新能源基地的发展提供不竭的电力供应。储能技术研究方面，电储能是重点、难点。一般情况下，电储能主要包含化学储能与物理储能。其中，物理储能体现在飞轮储能、物理储能与化学储能等方面。化学储能则体现在液流电池与铅酸电池等方面。目前，抽水蓄能是最成熟的储能技术，而前沿的电储能技术则包括超导磁储能与新型储能电池等。

5.1 化学储能

与物理储能技术相比，化学储能的安装环境、能量密度以及地址选择等方面优势十分明显。现阶段，储能电池处于研发与示范应用状态的种类多于30种。但是，储能电池的成本相对较高，除电动汽车电池之外储能电池没有达到大规模商业化应用的目的。所以，在储能电池技术创新发展方面，应将重点放在联合运用可再生能源、提高安全性以及降低成本等方面。

5.2 氢储能

所谓氢储能，是指借助多样化技术，将多种形式能量转化为氢气进行贮存。目前，大规模新能源的发展为新能源制氢提供了极为广阔的发展空间。

因为新能源制氢可以有效消纳过剩的新能源电力所以使得电网负荷更加平衡，电力供需的调节效果也更加明显。因此，新能源制氢在未来的发展中前景广阔。新能源制氢过程中，对于源端而言，可以借助制氢的过程，将弃光电量与弃风电量合成天然气，并且输送至输气管道，进一步转化、储存过剩的新能源电力，从而推动电网和气网的充分融合发展。而在受端，可合理运用低谷新能源达到制氢的目标，为终端电能的有效替代提供全新发展机遇。

6 结 论

综上所述，全面促进全球能源互联网的可持续发展为特高压电网、储能和新能源等诸多领域提供了发展机遇，尤其是各领域的技术创新。因此，未来发展过程中应高度重视全球能源互联网发展技术，在多个方面进行技术创新，推动可再生能源发展，积极建设更多示范工程，实现全球能源互联网电力技术的进步。