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超级电网

超级电网（英语：super grid，或是拼写为supergrid）是一种广域输电网络，通常的规模是跨大陆或是包含多个国家，让大量电力透过远距离交易成为可能。这种电网有时也被被称为"巨型电网（mega grid）"。通常超级电网采用的是高压直流输电（HVDC）以降低长距离传输电力中的损耗率。最新一代的HVDC传输电力时，每1,000公里的损耗仅有1.6%。[3]

非营利性基金会DESERTEC（英语：DESERTEC）所提一连结北非、中东和欧洲跨地区再生能源的超级电网概念性规划。[1][2]

超级电网具有将其中风能和太阳能发电所产生的局部波动予以平顺的作用，而能支持全球能源转型。基于此，这种电网被认为是种能促进气候变化缓解的关键技术。

历史

创建长距离输电线路以充分利用远端再生能源的想法并不算新颖。美国于1950年代曾有提案，将太平洋西北地区建造中筑坝式水力发电电力输送给南加利福尼亚州的消费者，但遭到反对而被放弃。 美国总统约翰·肯尼迪于1961年核准一项大型公共工程计划，使用瑞典的新型HVDC技术。此项目由美国通用电气和瑞典通用电气密切合作，于1970年投入运作 。在过去几十年经历多次变流站升级后，此系统的输电容量现已提升至3,100百万瓦（MW），电网改称为太平洋直流互联（英语：Pacific DC Intertie）。

"超级电网"的概念可追溯到20世纪60年代，用来描述英国电网兴起的整合行动。[4]在管理英国电网的法规《电网法规（Grid Code）》[5]中，超级电网目前的定义（自1990年首次编撰起维持迄今）指的是英国输电系统中电压超过200kV（kV为千伏，即200,000伏特） 的部分。英国电力系统规划者和营运人员均使用同样定义。实务上定义仅涵盖英格兰和威尔士国家电网公司拥有的设备，并未包括别处的。

过去40年来，发生于超级电网概念的最大变化是传输电量规模和距离的飞跃式增长。欧洲在1950年代开始将电网统一，其最大的广域同步电网（英语：wide area synchronous grid）是服务24个国家的欧洲大陆同步电网（英语：synchronous grid of Continental Europe）。而将这个欧洲大陆同步电网与周边独立国家联合体国家的另一个同步输电网（统一电力系统）的统合工作正在进行中。如果完成的话，这个庞大的电网将西起大西洋沿岸，往东跨越到太平洋沿岸，包含的时区达到13个。[6]

虽然此类电网覆盖很远的距离，但由于其中拥塞和控制问题，传输大量电力的能力仍然有限。 超级智慧电网（英语：SuperSmart Grid）（欧洲）和统一智慧电网（英语：Unified Smart Grid）（美国）均包含有重大技术升级，支持者声称这些技术升级对于确保此类跨大陆巨型电网的实际运作和承诺的效益有其必要。

概念

在目前的用法，"超级电网"有两种意义 - 其一是覆盖或叠加在现有区域输电网之上的电力输送架构，其二是拥有一些，甚至是超过目前最先进电网的优越能力。

巨型电网

在"覆盖"或"架构其上"的含义中，超级电网是一个距离非常远的广域同步网络，能够大规模传输再生电力。在某些概念中，高压直流输电（HDVC）的网络形成一个明显独立的层次，如同高速公路系统与城市街道和区域高速公路系统有所区别一样。在更传统的概念中，例如建议中将欧洲大陆同步电网UCTE和统一电力系统统合，这种巨型电网与典型的广域同步网络没什么不同，在典型的广域同步网络中，电力可透过当地既有传输路线或是HDVC进行传输。[7]对此类大陆规模电力传输系统的研究显示，由于网络复杂性、传输拥塞以及对快速诊断、协调和控制系统的需求，将其规模扩展时容易发生问题。此类研究显示输电容量需要远高于目前的，才能促进不受省分、地区或国家，甚至是大陆边界限制的远距离电力交易。[8]实际上，即使是中等规模的区域电网也有必要将相量测量单元（英语：phasor measurement unit）等智慧电网功能纳入其中，以避免发生类似2003年美加大停电等重大停电事件。发电群体之间的动态互动日益复杂，邻近公用事业机构之间连锁的瞬时干扰可能突然发生、幅度大且剧烈，并伴随着网络拓扑结构的突然变化（由于操作人员会尝试手动稳定网络）。[9]

超级电网

在先进电网的第二种意义上，超级电网的优越性不仅在于它是一个广域的巨型电网，还在于它从跨国家、跨洲的宏观层面，一直到微观层面的低优先级负载（例如热水器和冰箱）的排程都进行高度协调管理。在欧洲超级智慧电网和美国统一智慧电网概念中，此类超级电网在广域传输层具有智慧特征，将本地智慧电网整合为单一广域超级电网。这类似于互联网将多个小型互联网绑定成为一个单一，且无处不在的网络。

广域输电可被视为智慧电网的延伸。在典范转移中，随着电能流动变成双向，输电和配电之间的差异随着整合而变得模糊。例如农村地区的配电网产生的电力可能多于其所消耗的，智慧电网将之转变为虚拟电厂，或将城市内的100万辆电动载具纳入智慧电网，用其储存的电力来缓解尖峰负载的需求（参见V2G）。

 
由美国风能协会（英语：American Wind Energy Association）于本世纪初期提出，用于将400吉瓦风电从中西部输送到各大城市的765千伏交流输电网，造价600亿美元。[10][11]

这种地理上分散且动态平衡的系统的优点之一是由于可将潮汐能、太阳能和风能等间歇性能源发电予以平顺，因此可显著减少对基本负载发电厂的需求。[12]德国物理学家及能源研究者格雷戈尔·齐施（德语：Gregor Czisch）博士针对欧洲对再生能源的采用以及使用高压直流电缆互连电网的情况进行过一系列详细的模型研究，结果显示欧洲的全部电力消耗可来自再生能源，其中70%的来自风能，而发电成本与目前的相同，甚至是低于目前的。[13][14][15]

对一些批评者来说，这样的广域传输网络并非新鲜事。他们指出所使用的技术与区域和国家输电网络所使用的几乎没区别。支持者回应说智慧电网除让跨国际边界即时协调和平衡间歇性电源的定性功能外，定量全面性（取得大型资讯以供研究分析）也有其自身的价值。有人声称超级电网打开电力供应市场。[16]如同高速公路彻底改变州际运输，互联网彻底改变在线商务一样。拥护者辩称必须建立一个容量如此之大和涵盖如此全面的超级电网，才能提供一个足以满足所有想将电力投入市场的企业输电网络，届时唯一的限制因素就变成这些企业能提供多少电力了。

技术

广域超级电网计划通常要求使用高压直流线路进行大量电力传输。欧洲的超级智慧电网提案依赖高压直流输电，而在美国，当时能源部部长朱棣文等关键决策者则倾向于建立国家长距离直流电网系统。[17]而在业界有高压交流电 (HVAC) 传输的倡导者。虽然灵活交流输电系统(FACTS) 在长距离传输方面存在缺陷，但美国电力公司已推出名为I-765的765kV超级电网，将提供400吉瓦（GW，十亿瓦）的额外输电容量，该电网可提供额外的输电容量，足以满足将美国中部风力发电厂（可生产全国20%的电力）送往消费集中地以满足当地所需。(见上图) HVAC系统的倡导者指出此系统擅长点对点批量传输，如要与其进行多个连接，将需要昂贵的复杂连结和控制设备，而非使用交流电线时所需的简单变压器。全球迄2010年只有一套多点长距离HVDC系统（Quebec – New England Transmission（英语：Quebec – New England Transmission））。[18]而全球现在已运作的此类多点长距离HVDC系统则已有几十个（参阅高压直流电传输项目列表（英语：List of HVDC projects））。

网络的协调和控制将使用智慧电网技术（例如相量测量单元）来快速检测由间歇性再生能源引起的网络不平衡，并可能透过编程的自动保护方案立即做出回应，以重新规划传输路线、减少负载或减少发电，以响应网络干扰。

政府政策

中国支持全球、洲际超级电网的概念（参见中国大陆电力产业#特高压输电）。[19]对于美国的超级电网，一项研究估计，结合再生能源的安装，可以减少80%的温室气体排放，[20]目前正处于规划阶段。[21]

规模庞大

为欧洲超级电网所做的一项研究估计，需要增加多达750吉瓦的额外输电容量 - 而此容量将以5吉瓦的增量单位，透过HVDC线路来逐步建置。[22]加拿大泛加拿大公司（英语：TC Energy）最近提议建造一条1,600公里、3吉瓦的高压直流输电线路，成本为30亿美元，建造此线路需要开辟一条60米宽的通道。[23]在印度，最近有一项6吉瓦，长达1,850公里的提案，建造成本为7.9亿美元，需要开辟一条69米宽的通道。[24]新建欧洲超级电网所需的土地和资金将非常可观。

能源独立

在欧洲，超级电网所具的能源安全内涵被当作一种为防止俄罗斯能源霸权的一种手段。[25]在美国， 由企业家托·布恩·皮肯斯（英语：T. Boone Pickens）倡导的皮肯斯计划（英语：Pickens plan），希望借此建立国家输电网，以促进美国能源独立（英语：United States energy independence）。美国前副总统艾尔·高尔主张统一化智慧电网（英语：Unified Smart Grid）（此种电网具有相当程度的超级电网能力）。高尔和气候学家詹姆斯·汉森等倡议者认为，超级电网对于最终将完全取代产生温室气体、加剧全球暖化的化石燃料使用方面将具有重要的作用。[26]

取得电网通道许可

供超级电网使用新输电线路需要用到大量土地。一般民众出于对景观影响、健康问题以及环境的担忧，可能会对计划路线表达强烈反对。美国有一国家利益输电通道（英语：National Interest Electric Transmission Corridor）的程序，此程序很可能会被用来指定该国超级电网的路径。在欧盟，取得新的架空输电线的许可证申请时间可能需要长达10年。[27]在某些情况下，使得建造地下电缆更加迅速。由于地下电缆所需土地可能是架空电缆的五分之一，而且许可过程可以明显加快，因此地下电缆可能更具吸引力，但其缺点是价格更高、容量更低、寿命更短，且如果发生停电，所需修复时间会明显更长。

商业利益

选址

就像高速公路因为靠近能够运输高价值商品的地点而提升土地价值一样，企业也有强烈的动机去影响超级电网的通道路线，以便受益。替代电力的成本是电力的交付价格，如果要让北达科他州风能或亚利桑那州太阳能发电具有竞争力，从风电厂到州际输电网的连接距离不能太远。这是因为从发电厂到输电线路的馈线通常由发电厂支付费用。一些地方政府将出面协助支付这些线路的成本，相对的，则会取得公共事业委员会（英语：public utilities commission）等地方监管权利。 德克萨斯州等一些地方赋予此类项目的土地征用权，允许连超级电网业主在计划建设的路径上取得土地。[28]

技术偏好

能源生产商对超级电网是否采用高压直流技术或使用交流电技术很感兴趣，因为连接高压直流线路的成本通常高于使用交流电的成本。皮肯斯计划倾向于使用765kV交流输电，[11]此法被认为对于长距离输电来说效率较低。

竞争

于1960年代，加州私人电力公司提出一系列技术异议以反对建造太平洋直流互联，但遭到否决。该计划完成后，洛杉矶的消费者透过使用哥伦比亚河计划的电力，而不是当地电力公司燃烧更昂贵的化石燃料，而能每天节省约高额的成本。（参见太平洋直流互联#综览（英语：Pacific DC Intertie#Overview））。

目前的超级电网项目提议

参见

参考文献

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外部链接

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