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可以确定的是,全球超级电网的建设还需要相当多的基础设施:据笔者的估计,根据规划中的项目和某些地区所假定的冗余程度,大约需要10万公里的HVDC线路和115座电能换流站。其中,有几个换流站是“超级换流站”,例如新墨西哥州TresAmigas项目中的换流站。TresAmigas项目计划连接北美的三个主要电网(西部电网、东部电网和德克萨斯州电网),还提供一些富余电能储存容量。全球电网需要将全球任何地方的相似的区域性电网相连接。(见“全球超级电网计划的起步”,列出了亚洲、欧洲以及其它地方所提出的超级电网计划)
目前,全球超级电网面临的最大障碍是如何筹集资金。由于项目的宏大规模和复杂程度,很难针对需要的资金给出一个确定的数字,但超级电网的支持者认为其带来的收益将远超过成本支出。2013年,在RenewableEnergy杂志上由SpyrosChatzivasileiadis,DamienErnst,以及GöranAndersson发表的一篇文章,回顾了超级电网的已有研究以及已经竣工的各个工程,评估了建造一条5500公里(该长度足够连接纽约和葡萄牙的波尔图),800kV,3GW海底HVDC电缆所需要的代价。(目前,800kV电压等级的海底电缆还无法实现商业化)。该文的作者们总结到:电缆本身将花费大约115万欧元/公里~180万欧元/公里,两个终端的换流器将花费3亿欧元。假定传输中的电能损失为3%,电缆的服役年限是40年,研究者们估计通过该电缆传输的电能价格在0.0166-0.0251欧元/千瓦时(0.0189-0.0286美元/千瓦时)之间。相对应的,美国居民支付的输电价格约为0.011美元/千瓦时(不含发电成本)。由于运营商能够从最便宜的地方购电,因此由HVDC输送的电能价格要比当前的电能价格低很多。
世界各国组织和资助建设全球超级电网的前提是各国对可再生能源(或核能)的态度达成共识。如果对温室气体排放征税能够达成全球性的共识,将会给向零碳能源转型提供金融激励,从而加速推进全球超级电网的建设。超级电网建设的起步阶段将主要依赖于政府资助,而一旦这个阶段完成之后,碳税将帮助吸引更多的私人投资者。
除了财政之外,政府和电网运营商间需建立相应的电能自由交易的规则。通过一个统一的电能批发市场,或者分割成多个区域性市场,超级电网的运营会更有效率。
此外,还需考虑如何更好地将现有的电网和未来的超级电网进行融合。如前文所述,中国和欧洲都在规划HVDC输电网络,但美国的输电规划很大程度上依然是州等级的规划,部分原因是各个州控制着土地使用并监管着私营的电力公用事业企业。超级电网连接点位置的选择、如何部署HVDC网络,电压等级、使用架空电缆还是海底电缆系统等技术的选择或项目的组织,都需要反复推敲才能确定。
最后还需注意的一点是,全球超级电网能够安全、可靠和稳定的运行还需要各参与方在决定输电线路、换流站和发电机参数的一些技术规格上达成一致。
必须承认,全球超级电网的建设需要投入大量的资金,也肯定会需要几十年的时间才能完成。但这种全球性的互联合作已经在国际运输和电信行业有成功的先例,另一方面,比起什么都不做或继续严重依赖化石能源为主的、低效的、互相隔离的电网,全球超级电网付出的代价显然更少。英文载于《IEEESpectrum》,2015年7月28日
关于作者
ClarkW.Gellings是美国电力科学研究院的Fellow和IEEE终身Fellow。这是他在IEEESpectrum发表的第二篇文章。第一篇在1981年发表,介绍了电力需求侧管理的理念——一个概念已经广泛的运用于当前的智能电网中,使得电力用户可以更好地管理自己的电能使用方式。Gellings说:“人们一开始也没有接受我当初的观点,但它最终得到了广泛的应用。我希望这篇文章中提到的想法也可以最终实现。”
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