習近平主席去年9月在聯合國發展峰會上提出的探討構建全球能源互聯網的倡議，包含兩個要點：一是要不斷推動能源革命，堅持電力的清潔和綠色化發展方向;二是要對如何建設全球能源互聯網進行國際探討，切實找到一條實現能源可持續發展的有效路徑。這是習主席從戰略層面對推動全球能源革命的思考，落實習主席的倡議，需要從戰術層面對全球能源互聯網的建設進行全面深入的技術論證，提出具有可操作性的實施方案。

 

   構建全球能源互聯網有不同的方案(或模式)，以特高壓電網為骨干網架的全球能源互聯網只是其中有待探討的一種。該方案的實質就是利用特高壓技術實現全球電網互聯，“能源互聯網”在這里只是電網的一個代名詞。提出 2050年建成全球能源互聯網，等于提出了一個全球電網互聯的遠景規劃，其涉及的內容和問題不僅復雜而且重大，按照一般規劃編制的要求，需要組織國內甚至國際最權威的專業咨詢機構進行全面深入的科學論證，提出一套完整的包含各種專題在內的研究報告，然后經過專家評審后作出結論。從目前的情況看，該方案似乎還處于宣傳設想階段，達到具有可操作性的要求還有一定距離。其所涉及到的一些問題，比如是否符合現代電網的發展方向、風能和太陽能電力超遠距離輸送的必要性、超級大電網的安全可靠性、在世界范圍的社會可行性、與我國電網“十三五”及遠景規劃的關系等問題，尚未給出經過深入論證的結論，而這些問題每一個都可能對方案產生重大甚至顛覆性的影響。因此，認真、全面研究這些問題是十分必要的。

 

1、與現代電網發展方向的一致性問題

 

中國科學院院士、電力系統專家周孝信認為，世界電網在上個世紀經歷了第一代和第二代的發展，進入新世紀后正在向第三代電網過渡。第一代電網的特點是小機組、小電網、低等級電壓輸電，第二代電網的特點是大機組、大電網、超高壓輸電。第三代電網(即現代電網)的特點是清潔能源發電占比超過60%，骨干電源與分布式電源相結合，大型主干電網與區域電網及微電網相結合。由于分布式電源和微電網的發展，第三代電網的供電可靠性大幅提高，基本避免了大面積停電的風險。以互聯網思維審視傳統電網，可以預知，隨著新能源革命的深入發展，第三代電網將向著新型綜合能源系統擴展，并最終建立起一個生產要素配置去中心化、生產管理模式扁平化、可再生能源優先、因地制宜的多能源互聯互通、高度信息化、智能化、一體化的可持續能源供給系統，這個系統就是“能源互聯網”。可以這樣說，周院士向人們描繪了第三代電網和能源互聯網的藍圖，也指明了現代電網的發展方向。

 

   能源革命的目的是以可再生能源替代化石能源，由于可再生能源具有分散和能量密度低的特點，為實現能源革命的目標，傳統電網在互聯網、儲能、可再生能源開發利用等一系列新技術的推動下，正經歷著一場變革。這場變革將顛覆電網有史以來遵循的“電壓等級越來越高、電網規模越來越大、電源建設越來越集中”的傳統技術路線，而走出一條“兩注重、兩結合、四個化”的新路徑：即注重小型電源建設、分布式電源與集中式電源相結合，注重小微電網建設、主干電網與小微電網相結合，全面實現電網的綠色化、扁平化、互動化和智能化。傳統電網與現代電網技術路線的區別，簡單形象地說就是，前者注重“電從遠方來”，后者注重“電從身邊來”。

 

以特高壓電網為骨干網架構建全球統一電網，在“一極一道”(北極、赤道)開發建設特大型風能和太陽能發電基地，向亞洲、歐洲、北美洲和東南亞送電，實現跨洲電網互聯并配套建立全球電力調度中心，如此高度集中型的超級大電網，是完全按照傳統電網的技術路線構想的結果，明顯屬于第二代電網的范疇。

 

杰里米·里夫金在《第三次工業革命》一書中說：集中型的超級電網與分散式的智能網絡之爭，將決定子孫后代究竟要從今天人們的手中繼承一個什么樣的經濟和社會的問題。他認為能源革命將使“分散式的智能網絡”成為電網的主體，愈來愈多的公眾將直接參與到可再生能源的就地生產中，既是生產者也是消費者。能源的民主化將創造出數以佰萬計的就業崗位，為經濟發展注入新的活力。

 

可以看出，以特高壓電網為骨干網架的全球能源互聯網(即全球電網互聯)，似乎并不符合現代電網的發展方向。

 

2、風能和太陽能電力超遠距離輸送的必要性問題

 

地球擁有十分豐富的可再生能源資源。據有關機構統計，全球太陽能和風能的理論蘊藏量分別為150000萬億千瓦時/年和2000萬億千瓦時/年，若 2050年全球的用電量達到76萬億千萬時，則只需要開發其中的萬分之五即可滿足需求。與化石能源資源的蘊藏方式不同，可再生能源資源在地球各大洲的分布廣泛且相對均勻，尤其是與人們的需求量相比，更是如此。比如占有量最少的歐洲，其太陽能和風能的理論蘊藏量分別是3000萬億千瓦時/年和150萬億千瓦時/年，在不計生物質能、水能、地熱能等其它可再生能源資源的情況下，也只需要開發其中不到千分之四的量即可滿足2050年歐洲的用電需求。因此，各大洲實現電力供給綠色化，依靠自身的資源基本上都是沒有問題的。

 

不僅一個大洲可以自平衡，實際上多數國家也都能通過充分利用自身的可再生能源資源，做到電力的自我平衡。美國能源專家艾默里·洛文斯在《重塑能源：新能源世紀的商業解決方案》一書中說，對于美國，僅計入目前認為適合開發的陸上風電發電量即等于2010年用電量的9.5倍，而利用現有商業化技術獲得的各類可再生能源發電量總計可達75萬億千瓦時/年，至少是美國2020年用電量的 15倍。可見美國也是一個可再生能源資源豐富的國家。整個北美洲2050年的電力需求，即使按令人咋舌的人均22900千瓦時計算，也不過10萬億千萬時，滿足其綠色化供電，僅依靠美國目前已明確可以獲得的可再生能源資源，也是綽綽有余的。

 

規劃構建以交流特高壓電網為骨干網架的北美互聯電網，并建設多條直流特高壓輸電線路穿越白令海峽，以及由格陵蘭島穿越近500千米的海域將北極約2億千瓦風電送入美國和加拿大，參與北美洲電力平衡，這種舍近求遠的規劃方案，要說服美國人接受，恐怕很難做到。美國能源部于2003年提出的美國未來電網的發展規劃(Grid 2030)，構想的是用高溫超導材料與液態氫結合，建設新型國家骨干網架，這個網架的電壓等級比超高壓還低，在實現電力高效輸送的同時，還可將氫氣作為交通能源使用。這一構想完全突破了傳統電網技術的模式，盡管目前也只是一個設想，但由此可以感受到美國人那種敢為人先的首創精神，他們瞄準的一定是最有價值和最具革命意義的前沿技術。

 

特高壓全球能源互聯網的另一個規劃是，將澳大利亞的太陽能電力通過直流特高壓輸電線路和海底電纜，經過6000公里的“長途跋涉”(其中約500公里為海洋，5500公里為陸地)送到四季如夏的泰國。上世紀90年代，泰國想從我國云南輸入300萬千瓦水電，雙方政府曾為此簽定了諒解備忘錄，輸電工程的可行性研究和商務談判時斷時續，至今已延續了20余年，仍然還在溝通中，關鍵問題是電價難以達成一致意見。該項目至泰國的輸電距離只有約1600千米，沒有跨海問題，送的又是水電尚且如此，很難想象泰國會放棄開發本地的太陽能，而去購買6000公里外澳大利亞的太陽能電力。

 

風能和太陽能發電利用小時數低，加之穿越大海超遠距離輸電，投資巨大(一回500千伏海底電纜每千米的投資已接近億元，特高壓海底電纜的投資可想而知)，不僅不經濟，而且沒必要。事實上距離地球1.5億千米的“太陽”已經將人類需要的能源從遙遠的太空，以光波的形式輸送到了地球的每個角落，人類的任務就是接收這些太陽能(包括由太陽能轉換而成的風能、生物質能等能源)，制造先進的設備將它們就地高效轉換成電能，同時根據需要盡可能儲存。因此提高設備的能源轉換率，尋找理想的儲能方式，是新技術創新的重點，沒有必要將注意力放在風能和太陽能電力的超遠距離輸送問題上。“往石頭山上運石頭”近距離不可以，遠距離更不應當。

 

3、電網互聯互通的局限性和受限性問題

 

探討建設全球能源互聯網，有一種傾向或者說問題需要引起注意，就是有一些宣傳在某種意義上將電網和互聯網(Internet)等同起來了。比如將互聯網比作人的神經，電網比作人的血管，認為既然神經已經在全球聯通了，血管也一定會聯通。有的還認為只要電網在全世界實現了互聯互通，電力就可以在電網中自由傳輸，人們“分享”電力也會像在互聯網中分享信息一樣方便。

 

這些誤解和幻想是由于對電網和互聯網各自所遵循的物理規律缺乏深刻了解產生的。電網可以借鑒互聯網的理念和思維指導規劃建設，也可以直接利用互聯網和互聯網技術為電網服務，但任何時候不能將電網與互聯網混淆起來。

 

電網的基本功能是傳輸能量，支撐它的主要是能量的轉換、傳輸和控制技術;互聯網的基本功能是傳遞信息，支撐它的主要是計算機和光纖通信技術。從結構上看，電網有多個電壓層級，是一個“立體的網絡”，互聯網則是一個“扁平的網絡”。這些特征表明電網和互聯網在技術特性上存在著巨大差異，至少有以下6個方面的理由，不支持電網像互聯網一樣形成一張覆蓋全球統一的網。

 

(1)電力的遠距離，特別是超遠距離傳輸受到電能損耗的嚴重制約。比如將某地一普通居民在配網側自己生產的太陽能電力送給5000公里外另一大洲的居民“分享”(假設電網具備相應傳輸能力)，這部分電力要經過多次升壓，從10 千伏到35千伏(或110千伏)，再到220千伏，再到500千伏，然后進入直流特高壓換流站，轉換為直流后再經過5000公里的直流特高壓線路到達對側的特高壓換流站，再重新轉換為交流，又從高到低依次層層降壓至對側的配電網，然后進入“分享”者的家中。這一過程雖然可瞬間完成，但升壓或降壓所經過的各層級變壓器和輸電線路，每一個環節都要產生損耗。一般估計送、受端交流電網損耗分別約為6%和5%，直流環節約為9%，全程損耗可達到20%。因此，電力的超遠距離輸送是應當盡量避免的。

 

(2)電力是同質化的，信息是個性化的。每一條信息都可能有它獨特的價值，會受到世界各地不同人們的關注，因此信息在全世界范圍自由流動有其內在的要求。而地球上任一個地方生產的電力都具有相同的技術特性和功能，在可再生能源隨處可取的情況下，人們沒有必要舍近求遠，刻意去“分享”千里甚至萬里之外別人生產的電力。

 

(3)分區平衡是電網保證安全、經濟、可靠供電的一個基本原則。這個原則有四個要點：一是優先考慮利用本地各種有利條件，就近建設發電站參與電網供需平衡;二是必要的遠方來電，應盡量避免穿越其它負荷中心而直接送入受端;三是電網的結構要能有效阻止事故漫延，保證解列后的各部分電網較容易地實現各自平衡運行;四是合理控制同步電網規模。采用直流聯網是實現電網分區平衡最理想的途徑。電網的互聯(包括聯網方式，聯網規模)都只是電網實現安全、經濟、可靠供電的一種手段或一個選項，而不是電網本身追求的目標。不論互聯電網的規模有多大，按照分區平衡的原則，電力(潮流)不會、也不應當任意大范圍流動。

 

(4)電網的互聯都有其特定的目的，主要有3種類型的聯網，一是以輸送電力為目的、二是以獲取各種補償效益為目的、三是以互為備用為目的。國與國、洲與洲是否聯網，取決于是否有實際需要并使雙方獲益，為聯網而聯網是不可取的。有人以為東半球和西半球應當聯網，因為東半球白天用電高峰時，西半球正好處于夜晚的低谷用電期，聯網可獲得巨大的時差補償效益。這種意見聽起來很有道理，但認真研究就會發現并非如此。因為今后的電網將以可再生電源為主，主要是風電和太陽能發電，假設兩者的裝機容量各占一半，夜晚用電低谷時，太陽能電站恰好不發電，這時電網的最小負荷率若高于60%，電網反而缺電(這種情況與化石能源為主的電網完全不同)。為滿足夜晚的用電，還需要提高風電裝機比例，通過科學規劃在網內進行風光互補。東半球和西半球電網負荷中心相距遙遠，又隔海，建設輸電線路投資巨大，聯網的結果顯然是得不償失的。

 

(5)同步電網規模過大，必然強化電網與生俱來的脆弱性，帶來更大的安全風險。電網的運行具有最強硬的系統性和整體性要求，任何環節必須協調一致工作，時時刻刻保持功率平衡和功角、電壓穩定，稍有破壞即會造成事故，甚至導致系統崩潰。全球聯網即使各大洲之間以直流相聯，但由于各大洲同步電網的規模也十分巨大，仍舊存在大面積停電的安全風險。艾默里·洛文斯在《重塑能源：新能源世紀的商業解決方案》一書中介紹，由于認識到電網的脆弱性，美國五角大樓一直在模擬各種事故并研究對策，目前已考慮改變軍事設施對商業電網的依賴，轉向就近利用可獨立運行的微電網中的可再生能源供電。

 

(6)全球有很多島國，與其他國家隔海相望，有的相距遙遠，比如新西蘭與澳大利亞海洋距離超過2000千米。互聯網由于有光纖，可以很容易做到將全球有人居住的地方都聯起來，而電網僅依靠包括特高壓在內的現有技術，幾乎是做不到這一點的。所以，“神經”可以聯通，不見得“血管”也一定能聯通。此外，由于交流特高壓電網本身具有環境代價大、投資效益差、 “寄生性”(無電源直接接入)導致實際輸電極限不高，以及電壓層次增加帶來電網復雜性等難以克服的缺點，要得到普遍認可成為各大洲電網的骨干網架，難度實在太大。

 

可見，由于受電網的技術特性、技術水平以及經濟性的制約，期望全球電網互聯并形成一個可以承擔全球能源資源統一配置的平臺，是不大可能的。

 

4、與我國“十三五”及中長期電網規劃的關系問題

 

全球電網互聯按規劃分三個階段進行：第一階段從現在到2020年各國完成國內互聯，第二階段從2020年到2030年實現洲內互聯，第三階段從2030年到2050年進行洲際互聯，形成全球大聯網格局。每個階段我國電網需要配合完成的內容是：2020年國家電網建成東部和西部兩個特高壓同步電網(2025年合為一個同步電網);2030年前在新疆建設可再生能源基地向歐洲送電，實現中國與歐洲聯網;2050年前建設多回長4400—5000千米的特高壓線路，從北極穿越俄羅斯到我國華北，每年向我國輸送北極風電大約8000億千瓦時(北極送東北亞的風電共計為 1.2萬億千瓦時)。規劃方案雖然十分宏偉，但似乎也存在著一些矛盾和問題。

 

(1)從目前我國經濟新常態對電力的需求看，2020年(即在“十三五”期內)要在除南方電網五省區外的范圍內，建成東部和西部兩個特高壓同步電網，實現更大規模的西電東送和北電南送(主要還是送煤電)，客觀上沒有這樣的要求。若強行投入巨資建設，只會造成不必要的巨額浪費，并大幅推高電價水平。在市場對資源配置起決定性作用的條件下，這樣的規劃可能難以實現。

 

(2)傳統電網正在經歷的變革是無法阻擋的歷史潮流。現代電網技術的真正創新，如儲能技術、超導技術、交直流柔性輸電技術、主動配電網和微電網技術、天然氣分布式發電技術、可再生能源開發和轉換為天然氣技術，以及一體化可持續能源系統(即能源互聯網)的建設，其共同的指向都是電網的去中心化、扁平化、本地化、互動化、智能化和低碳化。交流特高壓(非直流特高壓)屬于第二代電網技術，在我國建設一個高度集中型的交流特高壓超級同步電網，可能會將我國電網禁錮在第二代電網的模式中，而失去創新的活力。需要指出的是，同步電網的個數減少只是一種階段性現象，并非電網發展的客觀規律，按照因地制宜的原則，現代電網中將會出現無數可獨立運行(亦可與大網聯網運行)的小微電網。

 

(3)我國電網目前仍然是一個以煤電為主的電網(2014煤炭的發電量比重依舊超過了70%)，是世界上低碳化和綠色化任務最艱巨和繁重的電網之一。盡管國家采取了各種鼓勵發展可再生能源的措施，但到2030年估計我國電網中的可再生能源發電量比例(含水電)也很難超過45%。在這樣的情況下規劃在新疆建設可再生能源基地，向低碳化水平遠高于我國的歐洲送電，顯然是不明智的。

 

(4)我國是公認的可再生能源資源較豐富的國家之一，僅太陽能和陸上風能的技術可開發量就分別達到110萬億千瓦時/年和20萬億千瓦時/年，約為2050年全國用電需求的10倍。2015年由國家發改委能源研究所等多家研究機構參與完成的《中國2050高比例可再生能源發展情景暨路徑研究》報告，認為2050年我國電網的可再生能源發電量比例可以達到85%。這個目標比特高壓全球能源互聯網規劃的全球目標90%低5個百分點，比德國規劃的目標80%高5個百分點，盡管顯得過于樂觀和激進，但有一點是肯定的，就是實現這個目標只需要利用我國自己的可再生能源資源，而不必舍近求遠從北極輸入風電(我國西部最邊遠的城市喀什與北京的距離不足3500公里)。

 

制定我國電網的中長期發展規劃，實現電力的綠色化發展，的確需要樹立全球能源觀，但這個能源觀應當是科學、務實、客觀和辯證的，而不應當是空泛、主觀和形而上學的。它包含以下兩個主要觀點：

 

(1)地球擁有的可再生能源資源超出人類需求的數千倍，而且分布廣泛，不存在統籌開發和全球配置的問題，電力的超遠距離輸送是不經濟和沒有必要的。

 

(2)我國人口約占世界人口的五分之一，是能源消費大國和碳排放大國(2014我國的碳排放占全球總量29%，位居第一)。因此，立足國內，以只爭朝夕的精神實現我國電網的低碳化、綠色化，本身就是對預防全球氣候變暖，保護生態環境的巨大貢獻。

 

5、世界范圍內的社會可行性問題

 

歐洲早就有建設超級電網的規劃，包括兩個巨型項目：一個是2009年提出的沙漠科技項目，規劃在撒哈拉沙漠建設太陽能熱電廠和風電場，通過3000-5000公里的直流線路向歐洲送電，2050年達到向歐洲提供所需電力15%的目標。另一個是2010年提出的海洋科技項目，規劃在北海建設容量為1億千瓦的海上風電，依托超級電網向歐洲各國供電。與全球特高壓電網互聯規劃相比，尤其是與“一極一道”的輸電規劃相比，歐洲的超級電網規劃無疑是小巫見大巫。但就是這樣一個規劃，卻遭到了原世界可再生能源理事會、歐洲可再生能源協會主席赫爾曼·希爾先生的尖銳批評，他在《能源變革-最終的挑戰》一書中，對超級電網存在的問題進行了鞭辟入里的分析。現將他的主要觀點概括如下：

 

(1)超級電網是發展可再生能源的絆腳石，因為如果依賴這些項目的實施，人們選擇的無疑是一條曲折的道路，能源變革將不可避免地放緩。以分散投資發展可再生分布式電源，是實現能源變革最快的方法。

 

(2)超級電網并非有利于經濟社會的發展，原因是它沒有關注區域經濟的需求，幾乎完全是為滿足電力行業的需要而設計的，它沒有增加反而減少了參與可再生能源生產的人數。

 

(3)由于政治、經濟和社會的原因，超級電網項目不可能按照預定的投資概算和時間進度實施，而且由于很多技術是第一次碰到，如在深度超過1000米的海水中鋪設超高壓直流電纜等，最終會造成成本爆炸性增長。

 

(4)并非技術上可行的每件事都是可以實現的，技術可行不等同于社會可行。技術萬能者對各種社會政治的影響因素視而不見，他們最終把項目的失敗歸結為各國的政治意愿，而不承認規劃自身存在脫離實際的問題。

 

目前，歐洲超級電網項目基本處于停滯狀態。赫爾曼·希爾先生說，要是德國在2000年不是制定《可再生能源法》而是做出開展“沙漠科技”項目的決定，那么極有可能到2010年的時候，德國電網中甚至連1千瓦新增的可再生電力也沒有。2013年德國的太陽能和風能發電裝機容量已達到7000萬千瓦，90% 以上接入配網就近供電，可再生能源發電量占全社會用電量比例已接近30%，規劃2050年可基本依靠自己的資源實現可再生能源發電量達到80%的目標。

 

歐洲超級電網的經驗教訓以及赫爾曼·希爾先生的觀點值得借鑒和參考，一項技術在工程上獲得成功后，能否大規模推廣應用只能由市場來決定。歐洲的沙漠科技和海洋科技項目，規劃采用直流遠距離向歐洲輸電的容量盡管已達到其用電總量的15-20%，卻并沒有要求將歐洲電網的最高電壓等級由400千伏提升到特高壓。因此，現在提出在歐洲建設“三橫三縱”交流特高壓網架的規劃方案，估計也很難得到歐洲各國的贊同。

 

6、結語

 

建設全球能源互聯網是人類的美好夢想而非政治任務，因此開展國際性的學術探討十分必要。探討的重點是根據能源革命的要求和新技術的發展趨勢，遵循市場經濟規律，提出建設全球能源互聯網的科學路徑和具有可操作性的技術方案。

 

目前，我國國內正在轟轟烈烈地開展能源互聯網的研究和建設，按照多數學者的共識，能源互聯網是一個以電網為核心和紐帶，具有生產要素配置去中心化、生產管理模式扁平化、多能源互聯互通，以及綠色、互動、智能、一體化為特征的可持續能源供給系統。構建全球能源互聯網就是把這樣的技術模式及其理念推向全世界，從而盡早實現以低碳和綠色方式滿足全球電力需求的目標。由于各個國家以及各大洲的地理條件和資源稟賦不同，能源互聯網的建設無疑應當是因地制宜并各具特色的。

 

從現在到2050年還有35年的時間，在這不算太短的歲月里，還會有無數的新技術被創造出來，持續不斷地改變世界的面貌和人們的生活。如何準確把握現代電網和新技術的發展方向，從而提出真正經得起歷史檢驗的全球能源互聯網的建設路徑和方案，是一個需要人們以“三實”(謀事要實、創業要實、做人要實)和敢于追求真理的精神深入探討的問題。