對于電力價格奇高，電網服務參差不齊的地區，居民用戶和商家自己發電和利用儲能技術是一個很好的選擇，相關的報道也比比皆是。但對于全世界其他大部分地區，則應該將各個地區的電網互連，形成一個全球性的超級電網。

　　超級電網的理念之所以如此引入矚目是因為當前電網面臨如下挑戰：能源需求隨著城市規模的不斷擴大而迅猛增加，大量零碳可再生能源(風能和太陽能)的快速擴張以及不斷增長的電氣和物理攻擊下保證電網安全的需求。規模越小且越孤立的電網在維持電力實時供需平衡方面的能力就越差，電網的更新換代迫在眉睫。

　　建設一個全球超級電網究竟需要什么?技術上來講，這將取決于全球高壓直流輸電系統(HVDC)的建設情況。事實上，構成這一系統的大部分組件已經存在。除此之外，各地區電網運營商需考慮如何籌集足夠的資金來建設一個超級電網，制定各地區電網間進行電力交易的規則，以及制定相應的技術標準保證該超級電網安全可靠地運行。

　　對于超級電網應該采用哪種輸電技術可以追溯至電力工業起步之初，兩個偉大的發明家托馬斯?愛迪生(ThomasEdison)和尼古拉?特斯拉(NikolaTesla)之間展開的“交直流之戰”。1982年，愛迪生成功地運營了第一座商業化的直流發電廠，但最終特斯拉的交流電技術主宰了如今的電網。

　　1895年，特斯拉所夢寐以求的美國尼亞加拉大瀑布的水利資源開發終于取得成功。幾年內，這里所生產的電能通過交流輸電線路可以傳輸到700公里外的紐約市，證明了交流電的優越性。整個20世紀，世界上所有的電力系統幾乎都基于交流電技術。

　　交流電取得勝利的關鍵是交流電可以通過電磁感應非常容易地升到更高的電壓，從而以更低的電流輸送很長的距離，從而最小化電阻帶來的輸電損耗，隨后在進行地區性電力配送時則會降低電壓等級。在當時，直流輸電無法做到這一點。但是，電力工程師也清楚地知道，電壓較高時，直流輸電系統的表現要優于交流輸電系統，因為與交流電相比，直流傳輸的電能損失要少得多。

　　那么減少的損失是多少?假定通過高壓直流傳輸一定量的電能：若電壓升高1倍，則電流將降為原交流系統的一半，可以減少4倍的電能損失(譯者注：此處是比較電壓升高后的直流輸電與原交流輸電系統之間的關系)。同時，對電纜的需求也大大減少了，因為當直流電在通過電纜時，其內部的電流密度是均勻分布的，而交流電在通過電纜時，邊緣的電流密度要大于導體中心的電流密度，甚至中心沒有電流通過。即便是同一尺寸的導線，交流輸電的阻抗更大，將有更多電能以熱能的形式損失掉。在實際運行中，這意味著在輸電線路建設時交流輸電對基礎設施的需求更大。例如利用765kV交流輸電系統傳輸6000MW電能，需要三根單回輸電線，輸電走廊需要180米寬。與之相比，800kV直流輸電系統的輸電走廊只需80米寬。

　　HVDC也能非常容易的實現兩個不同頻率電網間的電能傳輸。但與交流輸電線路相比，HVDC系統中換流器、電纜和斷路器等設施的造價更加昂貴，因此通常輸電距離大于500公里時HVDC技術才具有經濟優勢。隨著關鍵器件成本的降低，HVDC的經濟優勢會更加顯著。

　　鑒于直流輸電技術的這些優勢，整個20世紀，電力工程師們不斷嘗試各種直流輸電技術。高壓直流輸電系統的關鍵組件是位于輸電線兩端的交直流換流器，它可以將交流電轉換為直流電，通過直流線路將直流功率傳輸到另一端的換流器再轉化為交流電。在1960年代，換流器主要采用汞弧閥技術，這種電子開關只能打開但不能關閉，大范圍使用受到限制。

　　1970年代出現了新一代的換流技術--水冷晶閥管，一種既能打開又能關閉的大型固態開關。1978年，世界首個采用晶閥管技術的直流輸電工程在NelsonRiver建成，將位于加拿大馬尼托巴省北部的水力發電站的電能通過該輸電線送至加拿大人口密集的南部。

　　之后，HVDC技術在北美的發展十分有限，但在巴西、中國、印度、和西歐則取得了飛速發展。1990年代末，隨著半導體器件技術的進步，絕緣柵雙極型晶體管(IGBTs)的出現使得HVDC技術得到了更廣泛的應用，絕緣柵雙極型晶體管每周期的開斷可以切換多次，當前最先進的絕緣柵雙極型晶體管的打開(關閉)只需十億分之一秒。

　　目前最廣泛使用的HVDC換流器是電壓源換流器(VSC)。雖然傳統換流器依然在更高電壓、更高容量的輸電系統中應用，但VSC便于直流線路整合到現有電網中。1997年3月世界上第一個采用VSC的直流輸電工程在瑞典的Hellsjon和Grangesberg投入使用，其輸送功率和電壓分別只有3MW和10kV。5年后，該技術又被用于長島海峽(位于美國紐約州和康涅狄格州之間)的Cross-SoundCable工程之中，其輸送功率達到了330MW，但轉換中的電能損失依然較高，達到了2.5%。目前，最先進的VSC已經可以將損失降至1%。

　　此外，目前已經能夠實現在一條HVDC線路上擁有多個終端(即多端直流輸電技術)，除了直流輸電線路的兩端，線路的中間點也可以接入換流器，實現多點直流聯網，這使控制方法更加復雜，但也可能使電網更加強壯。

　　全球超級電網計劃的起步

　　Desertec項目：該項目在2009年首先由德國公司領頭的財團提出，旨在開發地中海和世界上其他沙漠區域的太陽能，再通過HVDC傳輸到人口密集的負荷中心。

　　Medgrid項目：類似于Desertec項目，該項目呼吁在北非開發20GW太陽能電站，其中5GW電能將傳輸到歐洲。Medgrid電網將成為歐洲超級電網的骨干。

　　中國超級電網項目：為了將北方的太陽能和風能，以及南方的水能傳輸到東南部城市，中國已經安裝了世界上規模最大的高壓交直流網絡。現在正在建設13到20條新的HVDC線路繼續擴張電網規模。

　　Gobitec項目：同樣以Desertec項目為模板，Gobitec項目將在戈壁沙漠開發風能和太陽能，并通過HVDC網絡將電能從北部的伊爾庫茨克(俄羅斯)傳輸到南部的上海(中國)和首爾(韓國)，以及東部的東京(日本)。

　　東南亞超級電網項目：該項目是通過建設海底HVDC電纜從澳大利亞北部海岸沿著印度尼西亞群島，連接到菲律賓、馬來西亞、中南半島和中國，目的是將澳大利亞北部豐富的太陽能傳輸到東南亞國家。

　　亞洲超級電網項目：該項目將在中國、日本、韓國和蒙古，甚至可能包括俄羅斯之間建立電網連接，以便更自由地在各國之間進行電力交易。日本軟銀的總裁孫正義是該項目堅定的支持者。

　　北歐電網項目：到2030年，北歐的風力和水力發電預計將大幅增長。雖然許多北歐國家的電網之間已經實現互聯，但北歐的電網還需進一步發展，以便向歐洲其他國家傳輸富余的電能。

　　北海海上電網項目：類似于北歐電網項目，計劃開發北海和波羅的海的風能并傳輸到其他地方。

　　IceLink項目：該項目是一個60年前就萌發的想法，通過蘇格蘭將冰島的電網與歐洲的電網相連。歐洲越來越高的電價以及更高的可再生能源目標，使得該項目越來越有吸引力。

　　巴西超級電網項目：為了充分利用內陸的水資源，巴西正在建設的超級電網，包括高壓交流輸電線路和600kV的直流輸電線路，其中還包括沿著長達2385公里長馬德拉河(RioMadeira)的世界上最長的輸電線路。

　　氫-電能源超級網絡項目：設想中的氫-電能源超級網絡將是一個橫跨整個大洲的地下HVDC傳輸網絡，其能量來源將是以氫為燃料的先進核反應堆。由超導電纜制成的傳輸線路將在輸電的同時傳輸氫能以冷卻導線。氫能還將在白天提供能源儲備來平衡能量消耗高峰。多余的氫能可以在當地的電力市場出售或用于其它商業用途。

　　大西洋風能互聯項目：該項目的輸電線路橫跨新澤西州和佛吉尼亞州(位于美國的中大西洋地區)，通過海上輸電線路連接由聯邦政府指定的風能開發區域的風電場。

　　我們應該從哪里開始建設全球超級電網?顯然，在電網技術，尤其是HVDC的發展和部署已經處于世界領先地位的中國作為超級電網的建設起點，將是一個不錯的選擇。中國已經開始開發其北部非常豐富的太陽能和風能資源，以及南部豐富的水能資源。為了將約1300GW的電能傳輸到東部和南部的人口和工業中心，中國已經建設了全世界規模最大的HVAC和HVDC電網，并計劃在未來五年建造13到20條特高壓直流輸電線路(UHVDC，800-1100kV)。這些項目的投資金額十分巨大：2014年中國對此類項目的投資額達到了650億美元，預計未來五年的資金投入規模會繼續維持在這一高位。國際能源署(IEA)估計，到2040年中國需要花費超過4萬億美元徹底改變電力傳輸和配送的方式。中國電力科學研究院的負責可再生能源和智能電網技術的副院長姚良忠說，他的團隊正在研究連接中國、歐洲、中東和北非的洲際輸電網的可行性。

　　歐洲是另一個全球電網建設可能的起點。自2008年以來，歐洲委員會(EuropeanCommission)一直在呼吁建設泛歐洲超級電網計劃。該計劃由代表34個歐洲國家的41個電網運營商的歐洲電力傳輸系統運營商(EuropeanNetworkofTransmissionSystemOperatorsforElectricity，ENTSO-E)牽頭。

　　泛歐洲超級電網計劃是建設一個連接歐洲國家與包括哈薩克斯坦、北非和土耳其在內的周邊地區的HVDC網絡。德國卡塞爾大學的GregorCzish研究發現，基于泛歐洲超級電網，歐洲大部分的能源需求可以由風力發電提供，只需部署少量的生物質發電作為補充。一個名叫超級電網聯盟(FriendsoftheSupergrid)的工業團體也一直在呼吁推動實現這一雄心勃勃的計劃所需要的技術、監管和融資業務。

　　SiemensFrenchConnection：最近竣工的法國與西班牙之間的HVDC互聯線路使得兩國之間的電能傳輸容量達到了原來的兩倍，線路兩端都有圖中所示的換流站，將高壓的交流電轉為直流電，也可以將直流轉為交流電。

　　到目前為止，歐洲許多關鍵的HVDC線路的互聯已經基本完成或者已經達到計劃中較晚期的階段，包括能源豐富的德國北部和能源匱乏的德國南部電網的連接(該項目金額達100億歐元)，還有兩個連接德國和挪威、挪威和丹麥的HVDC線路，以及新近竣工的法國和西班牙的互聯線路。

　　可以確定的是，全球超級電網的建設還需要相當多的基礎設施：據筆者的估計，根據規劃中的項目和某些地區所假定的冗余程度，大約需要10萬公里的HVDC線路和115座電能換流站。其中，有幾個換流站是“超級換流站”，例如新墨西哥州TresAmigas項目中的換流站。TresAmigas項目計劃連接北美的三個主要電網(西部電網、東部電網和德克薩斯州電網)，還提供一些富余電能儲存容量。全球電網需要將全球任何地方的相似的區域性電網相連接。(見“全球超級電網計劃的起步”，列出了亞洲、歐洲以及其它地方所提出的超級電網計劃)

　　目前，全球超級電網面臨的最大障礙是如何籌集資金。由于項目的宏大規模和復雜程度，很難針對需要的資金給出一個確定的數字，但超級電網的支持者認為其帶來的收益將遠超過成本支出。2013年，在RenewableEnergy雜志上由SpyrosChatzivasileiadis，DamienErnst，以及G?ranAndersson發表的一篇文章，回顧了超級電網的已有研究以及已經竣工的各個工程，評估了建造一條5500公里(該長度足夠連接紐約和葡萄牙的波爾圖)，800kV，3GW海底HVDC電纜所需要的代價。(目前，800kV電壓等級的海底電纜還無法實現商業化)。該文的作者們總結到：電纜本身將花費大約115萬歐元/公里～180萬歐元/公里，兩個終端的換流器將花費3億歐元。假定傳輸中的電能損失為3%，電纜的服役年限是40年，研究者們估計通過該電纜傳輸的電能價格在0.0166-0.0251歐元/千瓦時(0.0189-0.0286美元/千瓦時)之間。相對應的，美國居民支付的輸電價格約為0.011美元/千瓦時(不含發電成本)。由于運營商能夠從最便宜的地方購電，因此由HVDC輸送的電能價格要比當前的電能價格低很多。

　　世界各國組織和資助建設全球超級電網的前提是各國對可再生能源(或核能)的態度達成共識。如果對溫室氣體排放征稅能夠達成全球性的共識，將會給向零碳能源轉型提供金融激勵，從而加速推進全球超級電網的建設。超級電網建設的起步階段將主要依賴于政府資助，而一旦這個階段完成之后，碳稅將幫助吸引更多的私人投資者。

　　除了財政之外，政府和電網運營商間需建立相應的電能自由交易的規則。通過一個統一的電能批發市場，或者分割成多個區域性市場，超級電網的運營會更有效率。

　　此外，還需考慮如何更好地將現有的電網和未來的超級電網進行融合。如前文所述，中國和歐洲都在規劃HVDC輸電網絡，但美國的輸電規劃很大程度上依然是州等級的規劃，部分原因是各個州控制著土地使用并監管著私營的電力公用事業企業。超級電網連接點位置的選擇、如何部署HVDC網絡，電壓等級、使用架空電纜還是海底電纜系統等技術的選擇或項目的組織，都需要反復推敲才能確定。

　　最后還需注意的一點是，全球超級電網能夠安全、可靠和穩定的運行還需要各參與方在決定輸電線路、換流站和發電機參數的一些技術規格上達成一致。

　　必須承認，全球超級電網的建設需要投入大量的資金，也肯定會需要幾十年的時間才能完成。但這種全球性的互聯合作已經在國際運輸和電信行業有成功的先例，另一方面，比起什么都不做或繼續嚴重依賴化石能源為主的、低效的、互相隔離的電網，全球超級電網付出的代價顯然更少。

　　全球高壓直流技術指數增長中東建超級電網

　　全球會議組織者Expotrade表示，到2050年，全球57%的電力將來自可再生能源，尤其是來自8種不同資源，包括煤炭、石油、天然氣、核電、水電、生物質能、風能和太陽能。這類發展帶來了發電、輸電和配電領域新技術的可行性，尤其是高壓直流技術。

　　Expotrade指出，此外，對可靠供電的增長需求和高度依賴導致需要支持高壓直流技術增長的電網配置，從而確保智能的、可靠的彈性輸電。這就引導了全球高壓直流技術實施的指數型增長。

　　1986年，首批高壓直流線路之一的IFA2000啟動。它穿越英吉利海峽，實現法國和英國電網的海底互連。

　　而在中東，目前海灣合作委員會并網管理局(GCCIA)啟動了首個連接6個海灣國家電網的400千伏超級電網。這六國分別是巴林、卡塔爾、科威特、阿曼、阿聯酋和沙特阿拉伯。為了應對各國電網停電危險，分享能源資源，GCCIA把所有成員國的電網連接起來。

　　超級電網包括900千米高壓架空線路，連接到巴林的一條37千米海底電纜，以及7座400千伏變電站。變電站總容量達1800兆瓦，當之無愧成為全球最大的背靠背高壓直流換流站。高壓直流總站位于沙特阿拉伯，有趣的是，它具有一項特殊性能，即實現互換電力來滿足增長需求，而不會帶來過剩發電。

　　不同大陸之間實施大型互連將在鞏固高壓直流電網能力和緩解斷電方面發揮關鍵作用。

　　發展全球能源互聯網特高壓技術將有力支撐全球電網

　　日前，在全球能源互聯網技術國際研討會上，與會專家認為，全球能源互聯網就是“特高壓電網+泛在智能電網+新能源”，不僅可提高電網對大規模清潔能源發電和并網的間歇性、波動性的兼容能力，還能實現全球能源的時差互補、季節互補及地域互補。

　　目前，歐洲已提出建設橫貫歐洲大陸、聯接多個國家的超級電網，美國也提出建設電力在東西海岸傳輸的更堅強、更智能的電網，俄羅斯、日本、韓國、蒙古等國也加快推進東北亞超級電網……據此，業內人士指出，當前各大洲國家之間正在形成跨國互聯電網，全球電網呈現出顯著互聯發展的趨勢，構建全球能源互聯網已具備實踐基礎。

　　電網范圍從國家和地區擴大到覆蓋全球，這對電網技術與裝備提出了新的要求。國網智能電網研究院副院長邱宇峰認為，只有發展更高電壓、更遠距離的輸電技術，研制更大容量、更低損耗的智能裝備，才能解決極端氣候條件對電工材料及電力裝備帶來的適應性問題，才能實現全球范圍的能源供給和調配。

　　相關資料顯示，目前國家電網公司已經在特高壓交直流電網、智能電網技術與裝備方面進行了成功的探索與實踐，建成多條特高壓直流、交流和柔性直流輸電工程，并在特高壓換流閥、換流變壓器、特高壓串聯補償裝置、特高壓交流變壓器和斷路器、可控高壓并聯電抗器等方面有所建樹，還攻克了直流電流無自然過零點的“百年電力技術難題”，成功研制出世界參數水平最高的直流斷路器樣機……

　　未來電網技術與裝備的發展應該集中在特高壓直流輸電、柔性直流及直流輸電，以及高壓直流斷路器技術等方面。邱宇峰認為，隨著電力電子器件、電工材料及電網裝備的發展，有理由相信，未來電網技術與裝備完全可以支撐全球能源互聯網的構建。

　　跨國互聯效益顯著

　　“發展全球能源互聯網已經有了非常好的基礎。”國網能源研究院能源戰略與規劃研究所所長白建華認為，全球能源互聯網發展前景可期。

　　“歐洲已提出建設橫貫歐洲大陸、聯接多個國家的超級電網，美國提出建設電力在東西海岸傳輸的更堅強、更智能的電網，俄日韓蒙等國加快推進東北亞超級電網……”他表示，各大洲許多國家之間正在形成跨國互聯電網，全球電網呈現出顯著的互聯發展趨勢，構建全球能源互聯網已經具備了實踐基礎。

　　未來的智能電網是能源技術和信息技術的完全融合，轉型升級為一個綜合的超級互聯網絡，可以統一或兼容其它通訊、能源、工業、交通網絡的超級網絡，將現存的各種網絡打造為一個比目前適用范圍更大的世界，形成真正的“萬網之網、眾網之網”，可以向不同的商品體系滲透并將它們智能化地連接起來，擴大它在實體世界中的無限版圖，由此，人類能源與信息流動格局將發生根本性變化。能源與信息的完全融合將使人類未來社會格局產生重大變革，對經濟社會發展也帶來深遠的影響，超級網絡正在成為國際競爭力和國際影響力的重要因素，成為主要工業國家必爭的戰略制高點。

　　智能電網本身就是一個龐大的全球性產業

　　超級互聯網絡以現有的互聯網、能源網、建筑網、工業網、廣播電視網、金融網、電話網、環境網、電報網、衛星網、微波網等為基礎，按照分布式根服務器的域名解析系統，采用全球唯一的網絡邏輯地址鏈接，而可信地址是其優選。

　　這個通信網絡是開放的，擁有公共協議群，它的地址協議可以是分組數據技術的IP協議、接替協議，抑或與之兼容的其他協議，并擁有相關的信息基礎設施。這個網絡建基于高速無線、有線的通訊鏈路基礎之上，組構網絡之上的網絡集群生態，實現人、機、網的柔性合一和全方位服務。它是與能量及其排放物、貨幣并列的將所有商品聯系起來的通貨，也是與海洋、太空并列的全人類共同繼承的財產。

　　由于遵循統一的能源服務接口(互操作)標準，只要有基礎設施的支撐，超級互聯網絡將可以跨越國界或洲界，從而在更大范圍內實現資源優化配置。

　　通過實施“國際化”、“走出去”戰略，從最初的輸出勞務(承包海外工程)，到后來的輸出資本(收購海外電網)，再到現在的輸出智力(積極參與國際學術組織和國際標準組織)，中國實現了從低端到高端的跨越式發展，在國際電力行業的影響力和話語權越來越大，從跟跑者逐漸成為引領者。中國將憑借領先的智能電網技術，成為國際電力交易中心、調度中心和技術支持中心、國際電力技術研發中心和咨詢中心。