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对于电力价格奇高,电网服务参差不齐的地区,居民用户和商家自己发电和利用储能技术是一个很好的选择,相关的报道也比比皆是。但对于全世界其他大部分地区,则应该将各个地区的电网互连,形成一个全球性的超级电网。
超级电网的理念之所以如此引入瞩目是因为当前电网面临如下挑战:能源需求随着城市规模的不断扩大而迅猛增加,大量零碳可再生能源(风能和太阳能)的快速扩张以及不断增长的电气和物理攻击下保证电网安全的需求。规模越小且越孤立的电网在维持电力实时供需平衡方面的能力就越差,电网的更新换代迫在眉睫。
当前,远距离大容量低损耗的输电技术已经成熟,在整个大洲、甚至全球范围内的实现电力的供需平衡已经成为可能。若某个国家发生电力中断,几千公里之外的电能可以弥补其发电功率的不足。类似的,如果一个平常依赖风能的地区突然没有风,相邻地区的电力能够快速弥补风力下降带来的电力缺口。或者如果一个地区正经历暴雨,水电站则可以将这些能量储存起来,并(以电能的方式)输送至需要的地方。超级电网可以全部或几乎全部接纳当前电网中的电能,因此可以有效的减少向风电场支付补偿费用让其削减发电量的情况。(储能技术可以缓解可再生能源波动性问题,但是大规模经济性的储能技术还未成熟。)
XuYu/新华社/CorbisBigGrid:电力工人们在1680公里长的高压直流输电线路上施工,该输电线路可以将四川溪洛渡水电站的电能传输到浙江省。
总之,超级电网可以将远离人口中心的电能传输到负荷中心(译者注:由于可再生能源发电依赖自然资源,很多大容量集中式可再生能源发电厂往往建设在偏远地区)。例如,人烟稀少的澳大利亚达尔文南部区域拥有充足的太阳能资源,据估计该地区一个养牛场面积大小的太阳能发电站足够供应整个澳大利亚的电能需求,若通过海底电缆连接到东南亚,其富余的电能还可以输送到印度尼西亚、巴布亚新几内亚和新加坡。超级电网具有大范围的潮流输送和转移能力,电网运营商可以大量减少旋转备用容量配置以提升电网效率。
建设一个全球超级电网究竟需要什么?技术上来讲,这将取决于全球高压直流输电系统(HVDC)的建设情况。事实上,构成这一系统的大部分组件已经存在。除此之外,各地区电网运营商需考虑如何筹集足够的资金来建设一个超级电网,制定各地区电网间进行电力交易的规则,以及制定相应的技术标准保证该超级电网安全可靠地运行。
2002年,ABB建设了一对横跨长岛海峡的高压直流输电线路Cross-SoundCable,连接了纽约州和新英格兰地区的电网。
对于超级电网应该采用哪种输电技术可以追溯至电力工业起步之初,两个伟大的发明家托马斯•爱迪生(ThomasEdison)和尼古拉•特斯拉(NikolaTesla)之间展开的“交直流之战”。1982年,爱迪生成功地运营了第一座商业化的直流发电厂,但最终特斯拉的交流电技术主宰了如今的电网。
1895年,特斯拉所梦寐以求的美国尼亚加拉大瀑布的水利资源开发终于取得成功。几年内,这里所生产的电能通过交流输电线路可以传输到700公里外的纽约市,证明了交流电的优越性。整个20世纪,世界上所有的电力系统几乎都基于交流电技术。
交流电取得胜利的关键是交流电可以通过电磁感应非常容易地升到更高的电压,从而以更低的电流输送很长的距离,从而最小化电阻带来的输电损耗,随后在进行地区性电力配送时则会降低电压等级。在当时,直流输电无法做到这一点。但是,电力工程师也清楚地知道,电压较高时,直流输电系统的表现要优于交流输电系统,因为与交流电相比,直流传输的电能损失要少得多。
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