2008-09-09

未来电网之创新

今年早些时候，飓风Kyrill席卷欧洲，数以百万的人们躲在家里避难。然而，人们无法回避飓风在户外的肆虐。树木被连根拔起，将电线埋在下面，于是无数的家庭只能在黑暗中度过夜晚。这是除西欧以外，在很多其他国家时有发生的情况。电力供应是大城市所面临的巨大挑战，其中常见的问题是网络覆盖不够广泛。

　作为国际大都市之一的莫斯科，拥有1050万人口，是俄罗斯的经济引擎，其对于能源的需求量日渐增长。当前的电厂容量为1.5万兆瓦，按照其对电力的需求量以8%的年增长率来计算，这一数字在2020年将翻一番。“如今，全球对电力的需求量大约在200万兆瓦。这大约相当于4000家火力发电厂的发电量。”来自不伦瑞克理工大学高压技术与电力系统学院(HTEE)的Michael Kurrat解释道。世界范围内约有15亿人生活在无电世界，因此电力供应网络还有拓展的空间。

根据联合国(UN)的预测，世界人口将从现今的65亿，增至2050年的90亿。这就意味着对于电力的需求会一直处于增长状态。国际能源机构(IEA)再次重申其预测：全球对能源的需求量在2030年将增加50％以上，尤其是人口高速增长的大城市。然而，怎样才可以保证未来每个人的能源需求，尤其是通过可再生资源供应呢？

提高效率

在未来的几十年中，能源供应将主要通过集中式发电厂、分散式发电厂、临近用户的小型发电厂以及一些使用可再生资源的发电厂。虽然可再生资源变得日益重要（见左表），专家预测矿物燃料，尤其是煤和天然气，将仍然是电力供应的主要能源。其中的关键因素不在于可应用资源的数量，而在于大气层能承担多少二氧化碳。为此，需要对二氧化碳进行收集和储存；这包括地下储存解决方案以及能源利用率的提高。

同时，这也涉及输电和配电的问题。人们需要采取将气候保护考虑在内的创新技术。将来，最大的挑战是在发展中国家建立独立网络，还有将大量的电力远距离输送至新兴国家。同时还需要解决大城市中的电力传输瓶颈以及由于能源贸易的增长而产生的超载输电网络。2006年11月4日的断电导致欧洲大部分地区陷入瘫痪。如果电网崩溃，上述情形将再次发生。

西门子已经通过研发新技术来积极应对这些挑战。“这种面向未来的模式，已把对环境的破坏和全球化等方面考虑在内。我们致力于开发值得信赖的输配电创新技术。”西门子输配电集团 (PTD) 技术与创新部门负责人Michael Weinhold 说道。

为印度解决缺电之苦

西门子公司使用高压直流输电系统(HVDC)，经济地实现大量电力的远距离传输。当前，西门子正在印度修建一条长度为780公里的高压直流输电线路(HVDC)，以在不需要修建额外的发电厂的情况下，改善印度北方邦(Uttar Pradesh)与拉贾斯坦邦(Rajasthan)之间的电力传输。这一举措将使居住在新德里地区的1700万人中的很多人获益。新德里地区饱受电力短缺之苦，整个地区经常出现断电情况，尤其是在夏季。

这一电压为500千伏、容量为2500兆瓦的高压直流输电系统(HVDC)所带来的主要效益在于其低损耗。与传统的分三个阶段的交流输电技术(AC transmission)相比，新型输电系统每年将少产生68.8万吨温室气体二氧化碳的排放——“这在效率方面是一个巨大的提升。”在解释系统如何对气候保护起作用时，Weinhold这样说道。

其实，西门子在印度正在修建的这种输电系统，2007年6月就已经在美国成为现实。一条海下高压直流输电电缆将电力从新泽西供电网传输至长岛（见上图中的图标）。该输电系统的容量高达660兆瓦，以500千伏的直流高压将电力传输到其他地方，甚至可以满足皇后区和布鲁克林区的电力需求。这条输电系统的特别之处在于，其一部分电力是由水能和风能等可再生能源产生，因此更进一步加大了环保力度。

这一点对位于澳大利亚南端附近的一个小岛来说尤其重要。塔斯马尼亚岛以其完好的雨林、未被破坏的自然环境和连绵的海滩而闻名于世。因此，岛上的居民热衷于使用自然资源。塔斯马尼亚岛的面积与爱尔兰岛相当，仅仅使用水能和风能即可满足其能源需求。自2006年春季开始，其开始将部分电力输送至邻近的澳大利亚维多利亚州。

承担输电任务的是一条290公里长的海底电缆——它是深埋在海底之下70米处的、目前世界上最长的海底电缆。问题在于由于传输损失非常之大，使用可再生能源产生的电力不能通过交流电的方式到达目的地。因此，人们采用高压直流输电系统(HVDC)来输送。在维多利亚州，转换阀将直流电转换成交流电，从而将电流输送至电网中。不过，电力的传输也不仅仅通过海底电缆。当塔斯马尼亚河处于枯水期时，陆地电网可以承担电力传输。西门子在这一项目中扮演着主要角色，如修建换流站等。这些换流站将交流电转换成低损耗的直流电，方便传输，然后在另一端，再将直流电转换成交流电。

当前，中国与西门子签署了世界上最长的特高压直流输电系统合同（传输线路长1400公里，容量达5000兆瓦）。从西南部的水电站发出的电，将由这条西门子建造的输电线路低损耗传输。这样的输电系统是非常有意义的。

其他资料链接：

采访德国不伦瑞克大学教授 MICHAEL KURRAT

如今，保证世界上每个人的电力需求是个很大的挑战。我们如何在未来达到这一目标？

在 2050 年，人们仍然能够生产足够的电力以满足用电需求。但是，我们需要更有效的输配电网络，以确保电力能够输送至千家万户。人们有可能居住在离初级能源（如煤，石油和天然气，以及水能和风能）数百公里以外的地方。很多不同的技术都能应用于电力的输送，其中包括高压直流输电系统(HVDC)以及特高压系统 (UHV)。

成本是个很大的问题。可以实现能源产量增加与环境保护二者兼顾吗？

一个有效的措施是国际排放贸易，能源生产商如果排放诸如二氧化碳等有害气体的话，将承担更大的生产成本。因此，由于财政激励原因，能源生产商第一次加大在减少二氧化碳排放或技术革新方面的投资。其中，有效减少二氧化碳排放的方式，可以通过高效的联合循环发电厂，或者通过对现有发电厂设备进行升级来实现。两种方式都可以提高能源使用率。此外，我们还可以利用可再生能源，例如风能、水能以及太阳能。

可再生能源将来可能成为主要的能源。这些可再生能源为能源生产起到何种作用？

国际能源机构预计，到 2030 年，可再生能源将占到经合组织 (OECD) 国家电力产量所需能源的 22％。在中国，预计到 2020 年，可再生能源在总能源使用量中所占比例将超过10%。对于那些需要将大量电力输送至用电密集区域的公司而言，可再生能源也变得日益重要。例如，由于风力发电厂不像其他大型发电厂，只局限于一个场所，其需要广阔的区域来产生电力，所以将需要多条输电线路将电力输送至用户。