全球能源互联网骨干网架规划研究

李隽,宋福龙,余潇潇  

(全球能源互联网发展合作组织,北京市 西城区 100031)

摘要

全球能源互联网骨干网架是实现全球各洲各国电网互联互通,清洁能源全球配置、互补互济、高效利用的战略通道,其规划研究对建设全球能源互联网具有重大意义。首先对全球电力供需进行分析预测,结合清洁能源资源禀赋及开发方式,在各洲能源互联网规划的基础上,提出全球电力流格局,进而提出全球能源互联网骨干网架规划。最后,对全球能源互联网骨干网架的资源负荷时空互补效益和投资规模进行分析和估算。

关键词 : 全球能源互联网;骨干网架;清洁能源;电力供需;规划研究;输电通道

0 引言

长期以来,世界能源发展过度依赖化石能源,导致资源紧张、气候变化、环境污染等问题日益突出,同时经济社会发展对能源的需求持续增长,许多国家和地区仍存在大量无电人口,能源可持续发展面临严峻挑战。

按目前化石能源开发强度,全球已探明剩余煤炭和油气储量仅能开采100多年和50多年。长期大规模开发使用化石能源,对水质、土壤、大气等生态环境造成严重的污染和破坏。全球化石能源累计排放的二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物等污染物分别达到90亿 t、86亿 t、50亿 t,带来严重的大气污染、酸雨等环境问题。同时,煤炭、石油开采引发地面塌陷、植被破坏,导致地下水水位下降、水质破坏。

目前全球还有10.6亿无电人口,其中90%以上生活在撒哈拉以南非洲、南亚、东南亚和拉丁美洲等地区。全球约有30亿人仍在使用薪柴、动物粪便等做饭取暖。让人人享有清洁、可持续的现代能源服务,未来能源需求仍将持续增长。

应对全球能源挑战、加快世界能源转型,关键要树立全球能源观,以全球视野、历史视角、前瞻思维、系统方法研究解决能源问题,推动能源与经济、政治、社会、环境协调发展。

清洁能源是未来主导能源,主要转化为电能使用。大力发展清洁能源发电,必须从就地平衡、自给自足的传统电力发展方式,向各洲各国协同发展、全球配置的电力发展方式转变,加快建设清洁主导、电为中心、互联互通、共建共享的现代能源体系,即全球能源互联网[1]

全球能源互联网以电为中心实现能源电力输送,电网是主要表现形式。目前电网主要面临三个方面的挑战。一是大型负荷中心的能源电力需求增长较快;二是电网中的风能、太阳能等随机性、间歇性可再生能源占比不断增加;三是对电网安全稳定运行的要求不断提升。电网面临的这些问题,也使得构建全球互联电网变得更加迫切[2]。因此,越来越多的研究机构和学者开始研究构建全球电网[2-5]

构建全球能源互联网已经具备技术可行性,高压和特高压输电技术能够实现千万千瓦级、数千公里电力输送[6-9]。目前在中国已经投运和在建的特高压工程共24项,实现了清洁能源大规模、远距离输送配置。构建全球能源互联网的难点是科学合理的规划、全球广泛的共识和世界范围的投融资。为了能够实现全球范围的大规模清洁能源资源优化配置,实现经济性和碳减排双重优化,需要统筹考虑全球各洲、各区域、各国家资源分布、需求分布、以及不同资源和负荷中心的跨时区、跨季节的互补特性。

目前部分区域已开展区域电网互联规划,提出构建区域内跨国骨干输电通道,例如欧盟在2008年就提出要构建泛欧洲超级电网,之后由欧洲输电网联盟(the European network of transmission system operators,ENTSO-E)牵头进行超级电网规划,规划覆盖了欧洲34个国家和41个输电网运营商,提出通过高压直流输电技术构建骨干通道实现欧洲国家和相邻区域的互联,包括哈萨克斯坦、北美洲、土耳其等[10]。沙漠太阳能行动计划工业组织(desertec industrial initiative,DII)在2009年提出沙漠科技计划项目,规划通过构建高压直流通道,将地中海沿岸和其他沙漠地区的太阳能送入人口密集的负荷中心[11]。东南亚超级电网、亚洲超级电网、北欧超级电网、北美超级电网等均提出构建电力输送通道将清洁能源基地电力送入负荷中心[1-2]

目前覆盖全球范围、统筹全球清洁能源基地和负荷中心的电网互联骨干通道规划尚未提出,本文在系统分析全球能源电力需求发展趋势、全球清洁能源资源布局、各区域各国家能源电力发展规划的基础上,开展全球主要的清洁能源基地布局和全球电源装机优化规划,并根据全球各水平年电力流预测结果,提出全球能源互联网骨干网架规划,为后续各区域、各国家合理有序开展各电压等级能源互联网规划提供指导和依据。

1 全球能源互联网骨干网架研究框架

基于已有区域互联电网骨干网架规划,结合电网新技术发展趋势,全球能源互联网骨干网架指以特/超高压输电、柔性直流输电和海底电缆等先进技术为支撑,联接大型清洁能源基地和主要电力消费中心,实现多能源跨区外送、跨时区互补、跨季节互济、全球配置的战略通道,是跨越五大洲、联接四大洋、横贯东西、纵穿南北、覆盖全球的能源电力配置平台。

全球能源互联网骨干网架规划目标是将大规模远距离输送性价比更高的清洁能源至负荷中心,提升清洁能源开发效率,加速供给侧和消费侧电气化进程。规划流程如图1所示。

图1 全球能源互联网骨干网架规划流程图
Fig.1 Flow diagram of planning of global energy interconnection backbone grid

全球能源互联网骨干网架规划第一步是对全球各洲各国的各规划水平年电力需求进行预测,本文中规划基础年份为2015年,规划水平年为2035年和2050年。第二步是基于电力需求、清洁能源资源分布以及各国能源电力现状及规划,对各水平年各洲各国电源装机进行规划。第三步,根据需求预测和电源装机规划,得到各水平年跨洲、跨区域、跨国电力流。在各洲各国家电网现状网架的基础上[5],根据各州电力流预测结果,结合输电技术发展,合理安排跨洲跨区跨国电网互联工程。跨洲跨区跨国电网互联重点工程共同构成全球能源互联网骨干网架。最后对骨干网架规划结果进行投资测算和综合效益评估。

2 全球电力供需预测

全球能源转型总的方向是能源开发清洁化、能源配置全球化和能源消费电气化。随着经济社会发展和电能在终端能源中的占比不断提升,全球电力供需将持续保持增长趋势。

2.1 电力需求预测

电力需求受人口增长、产业发展、技术进步、环境约束和政策调控等诸多因素影响,具有很大的不确定性。在传统非线性拟合的电力需求预测方法[12]的基础上,统筹考虑全球及各洲人口和经济增长[13]、产业发展和结构调整、技术创新和能效提升、能源转型和电能替代、环境和气候变化约束,以及各国能源电力规划,不同地区、国家发展阶段差异等因素,电力需求预测模型如下:

式中:Ei表示第i国的电力需求预测结果;f(GDPij)为根据历史数据拟合所得的第j产业用电量与第j产业增加值GDPij之间的函数关系;g(popij)为居民用电量与人口之间的函数;kim为产业发展、技术进步、政策调控等其他m项影响电量增长的因素;Ci1Cin为各国历史产业用电量与各产业GDP的对数拟合系数;Ci为各国居民生活用电量与人口的对数拟合系数。根据各国电力需求预测结果,得出全球电力需求预测结果。考虑GDP、人口高中低等不同预测方案,全球电力需求预测得出高中低三个方案,如表1所示。推荐中方案预测结果。

表1 全球电力需求预测结果
Table1 Projections of world electricity demand

根据中方案预测结果,到2035年,全球用电量将增至42.4万亿 kWh,年均增速3.5%;到2050年,达到60.4万亿 kWh,年均增速2.4%。如图2所示,亚洲用电总量在全球用电量中的比重持续提升,2015年占全球47%,2035年、2050年分别达到58%、61%;非洲、南美洲电力需求快速增长,用电量增速领先,非洲用电量年均增长率为4%~5%,南美洲年均增长率为2%~4%;欧洲、北美洲、大洋洲人均用电量水平较高,考虑轨道交通、电动汽车、智能机器、清洁采暖等电能替代潜力,预测欧洲、大洋洲、北美洲中长期电力需求增长率保持在1%~2%。电力需求预测结果与相关国际组织机构预测结果[14-17]相比,本研究预测结果略高于其他组织机构,主要是对非洲、南亚及东南亚等区域经济发展比较乐观,同时充分考虑了电动汽车、电制冷、电制热等电能替代技术发展对电力需求的推动作用。

根据预测,到2035年和2050年全球电力总负荷分别达到73亿 kW和104亿 kW。全球电力消费主要分布在中国、美国、印度、巴西、日本、法国、韩国、德国、南非、英国、埃及等国家。

图2 全球电力需求预测结果(中方案)
Fig.2 Projections of world electricity demand(medium plan)

2.2 电源装机预测

在全寿命周期电源规划方法[18]的基础上,将满足全球温升不超过2℃的碳排放作为约束条件之一,根据电源装机及发电量历史数据、电源开发潜力条件、能源供应能力、电力电量平衡、系统运行条件等,以电力供应总成本最小为目标,开展各国各洲电源装机规划。电源规划目标函数如下:

式中:PCVj为规划期Tj国电源装机总费用的现值;为初始投资费用;为投资折余;为燃料费;为运维费;为停电损失费;t为计算时刻。根据图2流程进行电源开发情景设计、电源规模及时序优化分析。电源规划模型如图3所示。

图3 电源装机优化规划流程图
Fig.3 Optimal generation planning flowchart

考虑风能、太阳能等清洁能源资源开发和运维成本将大幅下降,到2050年,陆上风电度电成本将从现状7.1 美分/kWh降至4 美分/kWh,海上风电将从现状15.7 美分/kWh降至6 美分/kWh,光伏和光热将分别降至3 美分/kWh和7 美分/kWh[19]。根据全寿命周期电源装机优化规划模型预测,到2030年前,清洁能源装机占比将超过化石能源,成为主导电源。各水平年发电量和装机占比分别如图4和图5所示。

图4 全球发电量预测
Fig.4 Global generation forecast

2035年,全球装机将达到157亿 kW,清洁能源装机占比为66%,其中风电21%、太阳能发电22%;2050年,全球装机将达到267亿 kW,清洁能源装机占比为83%,其中风电25%、太阳能发电41%。

图5 全球电力装机结构趋势预测
Fig.5 Global power installed structure trend forecast

3 清洁能源基地布局规划与电力流格局

3.1 大型清洁能源基地布局规划

世界各大洲基本都拥有丰富的太阳能、风能和水能等清洁能源资源,综合考虑各洲清洁能源资源禀赋,优先开发技术经济条件较好的地区。

根据全球太阳能资源分布情况[20]和电源装机优化规划结果,全球大型太阳能发电基地主要分布在北非、西亚、中亚、中国西部、美国西部、墨西哥和智利等地区,规划到2050年装机规模分别达到2.3亿 kW、4.4亿 kW、1.5亿 kW、13.8亿 kW、9亿 kW和0.9亿 kW,如图6所示。

根据全球风能资源分布情况[21]和电源装机优化规划结果,全球大型风电基地主要分布在北极格陵兰岛、萨哈林岛、鄂霍茨克海等地区,以及中国西部北部、欧洲北海、美国中部和阿根廷南部等地区,到2050年装机规模分别达到0.5亿 kW、0.5亿 kW、0.5亿 kW、12亿 kW、2.4亿 kW、1.7亿 kW和1.35亿 kW,如图7所示。

根据全球主要流域水能资源分布情况[22-23]和电源装机优化规划结果,全球大型水电基地主要分布在中国金沙江、雅鲁藏布江等流域,东南亚湄公河、伊洛瓦底江流域,非洲刚果河和尼罗河流域,南美洲亚马逊河流域,北欧挪威、瑞典、芬兰等国,到2050年规划装机分别达到2.9亿 kW、1.6亿 kW、0.93亿 kW、0.44亿 kW、1.08亿 kW和0.75亿 kW,如图8所示。

3.2 电力流格局

按照绿色低碳、经济高效、技术可行原则,统筹考虑资源特性和需求分布、多能互补和大范围互济、本地开发和远距离受电,采用2.2节多区域电源优化模型进行电力电量平衡计算,形成全球电力资源优化配置格局。

2035年前,全球电力流以各大洲内跨区跨国电力交换为主,跨洲电力交换处于起步阶段。2035年全球跨洲跨区电力流总规模达到2.8亿 kW,其中跨洲电力流5000万 kW。如图9所示,跨洲电力流主要有北非太阳能发电基地向欧洲送电;西亚太阳能基地向埃及和环地中海国家送电。

到 2050年,清洁能源基地进入大规模开发阶段,形成清洁能源全球大范围优化配置、多能互补、跨时区互济格局。2050年全球跨洲跨区电力流总规模达到7.2亿 kW,其中跨洲电力流达到1.3亿 kW。如图10所示,跨洲电力流主要有北非太阳能基地向欧洲送电;中亚哈萨克斯坦、俄罗斯西伯利亚地区大型清洁能源基地向欧洲送电;西亚太阳能基地向欧洲送电。

远期,北极地区成为全球清洁能源重要基地,通过大规模开发北极地区风能资源和赤道地区太阳能资源,满足亚洲、欧洲和北美洲等地区持续增长的电力需求,跨洲电力流进一步增大。

图6 全球大型太阳能发电基地布局示意图
Fig.6 Distribution of solar power bases worldwide

图7 全球大型风电基地布局示意图
Fig.7 Distribution of wind power bases worldwide

图8 全球大型水电基地布局示意图
Fig.8 Distribution of hydropower bases worldwide

4 全球能源互联网骨干网架

4.1 各洲能源互联网规划

4.1.1 亚洲能源互联网

亚洲各区域互联电网已初具雏形,中国以特高压技术为支撑形成特大型电网,东南亚和南亚等区域电网基础设施相对薄弱。目前,亚洲最大负荷16.3亿 kW,装机容量28亿 kW,无电人口4亿人[3]

亚洲发展重点是加快东南亚、南亚电网建设,提高电力可及性,解决经济发展电力需求和无电人口问题。加快东南亚水电、西亚太阳能等大型清洁能源基地开发,将资源优势转化为经济优势。发挥特高压技术优势,构建中国能源互联网[24-25]

到2050年,亚洲电网最大负荷63.5亿 kW,装机容量160.3亿 kW,通过加强各区域互联电网建设,实现中亚、西亚太阳能,中国西北风电和太阳能,以及东南亚和中国西南水电向中国东部、东北亚、南亚等负荷中心的输送,提高区域间丰枯互补、水火风光互济等联网效益。

4.1.2 欧洲能源互联网

欧洲已形成较为紧密的跨国互联。欧洲大陆电网与北非、乌克兰西部电网同步互联;波罗的海电网与俄罗斯电网同步互联;俄罗斯电网与中亚电网同步互联。目前,欧洲最大负荷7.4亿 kW,装机容量14.2亿 kW[26-27]

欧洲发展重点是清洁能源开发与洲外输电并重,加强输电通道建设,提升电网传输效率,支撑清洁能源大规模开发利用,推进亚欧非联网,扩大能源供给。

到 2050年,欧洲电网最大负荷12.7亿 kW,装机容量37亿 kW,形成覆盖欧洲的特高压柔性直流电网;跨洲通过特高压直流接受来自北非、西亚和中亚的清洁电力,形成以欧洲大陆电网为核心,联接北海和北极风电基地、北欧水电基地、北非西亚中亚太阳能基地的互联格局。

图9 2035年全球电力流格局示意图
Fig.9 Global power flow map in 2035

图10 2050年全球电力流格局示意图
Fig.10 Global power flow map in 2050

4.1.3 非洲能源互联网

非洲除北部、南部非洲外,各区域电网整体十分薄弱,电力可及率低。北非五国已实现同步互联、并与欧洲西部同步联网。南部非洲各国已基本实现互联。目前,非洲最大负荷1.24亿 kW,装机容量1.75亿 kW,无电人口6亿人[26-27]

非洲发展重点是满足自身电力需求,加强能源电力基础设施建设,解决经济发展的电力需求和无电人口问题。通过加快水电等清洁能源开发,将资源优势转化为经济优势,促进洲内及跨洲联网。

到2050年,非洲电网最大负荷6亿 kW,装机容量15.3亿 kW。北非通过1000 kV交流联接大型太阳能基地与负荷中心,并为大型太阳能基地特高压直流外送欧洲提供坚强支撑。中西部同步电网和东南部同步电网内部各国主要通过400/765 kV交流互联,清洁能源基地电力通过特高压直流送出。

4.1.4 美洲能源互联网

北美洲美国、加拿大联网紧密,已形成坚强主网架。墨西哥、中美洲各国及南美跨国联网较弱、电压等级低。目前,美洲最大负荷10.3亿 kW,装机容量15.6亿 kW[26-27]

美洲发展重点是加快电网升级改造、加强电网互联,实现清洁能源大规模开发和大范围配置,提升电网安全可靠水平。

到2050年,美洲电网最大负荷20.3亿 kW,装机容量53亿 kW。北美通过特高压交流和直流实现清洁能源基地电力的大范围配置和高效利用;南美巴西、阿根廷电网升级至1000 kV,承接亚马逊河水电、智利太阳能和阿根廷风电。

4.2 骨干网架总体构想

为了实现清洁能源全球配置,跨时区、跨季节大规模互济,基于资源禀赋、能源电力需求和气候环境治理需要,在构建各国骨干网架和跨国联网基础上,构建“九横九纵”能源互联网骨干网架,广泛互联大型清洁能源基地与负荷中心,如图11所示,图中虚线表示2050年后将构建的北极能源互联通道。

“九横九纵”骨干网架包括亚欧非“四横六纵”互联通道、美洲“四横三纵”互联通道和北极能源互联通道。骨干网架在实现清洁能源基地电力输送至负荷中心的同时,“九横”通道实现清洁能源基地之间跨时区互补互济;“九纵”通道实现清洁能源基地之间跨季节互补互济。

4.2.1 “九横”通道

1)北极能源互联通道,从北欧挪威、经俄罗斯、跨越白令海峡联接美国阿拉斯加,长度1.2万 km,横跨19个时区,实现北半球80%电力系统互联,以集约化方式实现大洲间的大规模电力互济。

2)亚欧北横通道,联接中国、中亚哈萨克斯坦、欧洲德国、法国等国,将中亚清洁能源通过特高压分别输送至欧洲和中国,依托中国特高压交流同步电网,转送至东北亚,实现跨洲互济,长度1万 km。

3)亚欧南横通道,联接东南亚、南亚、西亚和欧洲南部,实现西亚、中亚的太阳能通过特高压直流向欧洲东南部和南亚负荷中心送电,以及东南亚和中国水电向南亚输送,长度9000 km。

4)亚非北横通道,联接南亚、西亚太阳能基地及北非,实现西亚太阳能送电埃及,向西通过1000 kV交流延伸至摩洛哥,长度9500 km。

5)亚非南横通道,联接刚果河、尼罗河水电基地和西亚太阳能基地,实现非洲水电和西亚太阳能互补互济,长度6000 km。

6)北美北横通道,联接加拿大东西部电网,提高东西部电力交换能力,远期承接北极风电,向加拿大东部负荷中心送电,长度4500 km。

7)北美南横通道,汇集美国西部太阳能、中部风电以及密西西比河水电,送至东部纽约、华盛顿和西部负荷中心,长度5000 km。

8)南美北横通道,联接南美北部哥伦比亚、委内瑞拉、圭亚那、法属圭亚那、苏里南、巴西等国家,增强电网互联和电力交换能力,长度3500 km。

9)南美南横通道,汇集亚马逊河流域秘鲁、玻利维亚水电和智利太阳能基地电力,向巴西东南部负荷中心送电,长度3000 km。

4.2.2 “九纵”通道

1)欧非西纵通道,由冰岛经英国、法国、西班牙、摩洛哥、西非至南非,向北通过格陵兰岛与西半球互联。将格陵兰岛、北海风电送至欧洲大陆,将刚果河水电送至北非、南非,并与北非太阳能联合送电欧洲大陆,长度1.5万 km。

图11 远期全球能源互联网骨干网架“九横九纵”示意图
Fig.11 9 horizontal and 9 vertical channels of GEI backbone grid in the long term

2)欧非中纵通道,联接北极风电、北欧水电基地和北非太阳能基地,经德国、奥地利、意大利等国家纵贯欧洲大陆,向南联接至突尼斯,长度4500 km。

3)欧非东纵通道,由巴伦支海岸经俄罗斯、波罗的海、乌克兰、巴尔干半岛、塞浦路斯、埃及、东非至南非。将北极、波罗的海风电送至欧洲,将尼罗河水电送至北非、南非,与埃及太阳能、风能联合送电欧洲,长度1.4万 km。

4)亚洲西纵通道,联接中亚、西亚太阳能基地与俄罗斯西伯利亚水电基地,依托中亚同步电网实现多能源汇集,未来向北延伸至喀拉海风电基地,长度5500 km。

5)亚洲中纵通道,联接俄罗斯水电基地、中国西北风光基地以及西南水电基地,通过特高压直流向南亚负荷中心送电,长度6500 km。

6)亚洲东纵通道(亚太通道),依托中国特高压电网、东南亚特高压电网,联通俄罗斯、中国、东北亚、东南亚,将俄罗斯远东、中国及东南亚等清洁能源基地电力输送至负荷中心,实现丰枯互济,未来承接北极风电,并向南延伸至澳大利亚,长度1.9万 km。

7)美洲西纵通道,承接北极风电,围绕加拿大温哥华、美国西海岸、墨西哥构建特高压交流同步电网,实现加拿大水电、美国、墨西哥西部太阳能、风电的高效利用,并通过特高压直流经中美洲与南美北部电网互联,向南延伸至智利,实现北美太阳能与南美水电互补调节,长度1.5万 km。

8)美洲中纵通道,北起加拿大曼尼托巴,经美国中部北达科塔洲,至德克萨斯州形成特高压交流纵向主干通道,向南进一步通过直流联网延伸至墨西哥城,汇集北部加拿大水电、中部美国风电,实现南北多能互补和清洁能源大范围配置,长度4000 km。

9)美洲东纵通道,由加拿大魁北克、美国东海岸延伸至佛罗里达,形成特高压交流纵向主干通道,承接北部加拿大水电和美国西部太阳能、中部风电,并跨海经古巴等加勒比国家与南美北部电网互联,向南进一步延伸至阿根廷,实现南北多能互补和清洁能源大范围配置,未来承接格陵兰岛风电,长度约1.6万 km。

4.3 可再生能源和负荷跨区域互补特性分析

以亚欧非互联通道为例,对全球能源互联网骨干网架的资源负荷时空互补效益进行分析。

亚欧非互联通道,包括欧非东纵、中纵、西纵通道和亚非北横、南横通道。亚欧非联网可实现中非水电与北非太阳能互补调节,高效利用北非和欧洲国家的资源及负荷特性差异。刚果河下游河段的水流量和北非太阳辐照强度之间存在一定互补性。如图12所示,刚果河径流量最大的月份为11月~次年1月,而摩洛哥的太阳辐照强度在此期间较低。综合考虑摩洛哥与法国日负荷特性差异性,如图13所示,构建摩洛哥—法国联网工程,中非大英加水电白天以法国消纳为主,晚上以摩洛哥消纳为主,与摩洛哥太阳能互补调节。

图12 刚果河径流量和摩洛哥辐照强度季节互补特性[28-29]
Fig.12 Complementation between Congo River water flow and Morocco solar irradiation intensity

图13 摩洛哥和法国夏季典型日负荷曲线及中非大英加水电分配示意图
Fig.13 Typical daily load curve of Morocco and France in summer and allocation of Grand Inga

图14 尼罗河和赞比西河季节互补特性[28]
Fig.14 Season complementation of the Nile River and Zambezi River

亚欧非联网可实现非洲东部和南部水电跨流域的季节性互济。东部尼罗河和南部赞比西河水力资源均具有较强季节性,如图14所示,尼罗河7~12月处于丰水期,1~6月处于枯水期,赞比西河流量特性与尼罗河相反。

5 全球能源互联网及骨干网架投资估算

5.1 骨干网架投资估算

参考国际已投产工程造价水平,如表2所示,对全球能源互联网骨干网架进行投资估算。到2050年,骨干网架新增线路总长度17.7万 km、输电容量累计7.2亿 kW,其中海缆1.09万 km、跨海输电容量合计2.04亿 kW,投资总计3900亿美元,如表3所示。

表2 全球能源互联网骨干网架投资估算指标表
Table2 GEI backbone grid investment calculation indices

表3 全球能源互联网骨干网架投资规模
Table3 GEI backbone grid investment

5.2 全球能源互联网投资估算

考虑各国能源互联网建设及电源、电网造价水平的地区差异性[30],各洲投资规模如图15所示。经测算,2018~2050年全球能源互联网总投资约38万亿美元,其中电源投资约27万亿美元,电网投资约11万亿美元。

图15 2018~2050年全球能源互联网建设投资规模
Fig.15 GEI construction investment during 2018-2050

6 总结

全球能源互联网骨干网架规划是全球能源互联网建设的基础。本文基于全球能源电力发展现状,各区域、各国家能源电力发展规划,采用改进非线性拟合法对全球各国能源电力需求变化趋势进行了预测。同时,采用多区域电源优化规划模型,开展了全球电源装机规划,提出了大型清洁能源基地布局,并在此基础上对2035年、2050年全球跨洲跨区跨国电力流进行了深入研究。在此基础上,结合输电技术发展情况,提出了全球能源互联网“九横九纵”骨干网架规划,旨在充分利用不同清洁能源基地、负荷中心之间的时空互补互济特性,实现全球范围内清洁能源优化配置送电负荷中心。投资估算结果表明,2050年前,全球能源互联网总投资约38万亿美元,其中骨干网架投资总计约3900亿美元。

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Research on Global Energy Interconnection Backbone Grid Planning

LI Jun, SONG Fulong, YU Xiaoxiao
(Global Energy Interconnection Development and Cooperation Organization, Xicheng District, Beijing 100031, China)

Abstract:The Global Energy Interconnection(GEI) backbone grid, composed of strategic power transmission channels interconnecting different continents and countries, provides the infrastructure foundation for global allocation, complementary and efficient utilization of various clean energy resources worldwide. The overall planning of the GEI backbone grid is of great significance and is the first step for the construction of GEI. The GEI backbone grid planning based on the forecasted global power flow pattern derived from projections of power supply and demand, endowment of energy resources, and the energy interconnection planning of each continent are proposed.The benefits of GEI backbone grid on spatial and temporal complementarity of resources and demand are analyzed. Finally,the investment of the GEI backbone grid is roughly estimated.

Keywords:GEI; backbone grid; clean energy resources; power supply and demand; grid planning; power transmission channel


李隽

作者简介:

李隽(1972),女,硕士,教授级高工,研究方向为电力系统规划、特高压交直流输电关键技术等,E-mail:jun-li@geidco.org。

宋福龙(1979),男,硕士,研究方向为电力系统规划、特高压交直流输电关键技术等,E-mail:songfulong@geidco.org。

余潇潇(1986),女,博士,研究方向为电力系统规划、新能源并网等,E-mail:xiaoxiao-yu@geidco.org。

(责任编辑 张宇)


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