0、引言
能源、環(huán)境和氣候變化已成為備受世界各國關(guān)注的重大挑戰(zhàn)。2017年5月14日，習(xí)近平主席在“一帶一路”國際合作高峰論壇開幕式上發(fā)表主旨演講，提出“要抓住新一輪能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和能源技術(shù)變革趨勢， 建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展”，這是繼2015年9月26日習(xí)近平主席在聯(lián)合國發(fā)展峰會上發(fā)表重要講話， 倡議探討構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)(global energy interconnection, GEI)，推動以清潔和綠色方式滿足全球電力需求之后，又一次在重要國際舞臺上提出建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)。
2016年3月，中國發(fā)起成立了全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織，該組織于2017年2月發(fā)布了3項(xiàng)最新創(chuàng)新成果——《全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略白皮書》《跨國跨洲電網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)與展望》《全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與展望(2017)》，深入分析了當(dāng)今全球清潔能源、電網(wǎng)技術(shù)和跨國聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展情況，提出了全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略體系、發(fā)展思路和戰(zhàn)略重點(diǎn)。
近年來，以風(fēng)電、光伏發(fā)電為代表的可再生能源發(fā)電在中國得到極大發(fā)展，目前中國已成為全球風(fēng)電和光伏發(fā)電裝機(jī)容量最大的國家。預(yù)計(jì)到2020年，中國風(fēng)電和光伏發(fā)電總裝機(jī)將超過300GW。在相關(guān)政策支撐推動下，中國可再生能源發(fā)電技術(shù)日臻成熟完善，成本不斷降低，市場競爭力不斷增強(qiáng)，為未來可再生能源更大規(guī)模應(yīng)用及電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)更大范圍互聯(lián)奠定了重要基礎(chǔ)。
本文基于對中國與全球可再生能源的資源分布和發(fā)展情景的比較分析，著重闡述了中國可再生能源發(fā)展取得的成就、遇到的挑戰(zhàn)及解決舉措，旨在為全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供借鑒和啟示。

1、中國與全球可再生能源發(fā)展情景相似性分析
1.1  中國和全球可再生能源的資源分布比較
中國的風(fēng)能、太陽能資源集中分布在西部和北部地區(qū)，其中“三北”地區(qū)(東北、西北和華北）風(fēng)能資源占中國風(fēng)能資源的90%以上，西部和北部地區(qū)太陽能資源占中國太陽能資源的80%以上。中國80%左右的水能資源分布在西南部地區(qū)，西藏、四川、云南和青海等地區(qū)的水能資源豐富。中國的用電負(fù)荷主要集中在東部、中部地區(qū)，其分布與可再生能源資源分布呈現(xiàn)出逆向的特征。
從全球范圍看，風(fēng)功率密度超過400W/m2的地區(qū)主要集中在北冰洋沿岸、北美中部、南美洲南部、澳大利亞、中亞、西亞及中國“三北”等地區(qū)，太陽能年輻射總量超過1700kW·h/m2的地區(qū)主要分布在與赤道成45°的能源帶內(nèi)。從大范圍（如亞—非—歐）的能源供需分布來看，全球可再生能源資源和負(fù)荷也呈非匹配性分布，如圖1所示。僅局部地區(qū)（如歐洲）可再生能源和負(fù)荷匹配性較好，基本可實(shí)現(xiàn)就地消納利用，如圖2所示。

1.2 中國和全球可再生能源的利用現(xiàn)狀比較
2012~2016年，中國可再生能源累計(jì)裝機(jī)容量如圖3所示。截至2016年底，風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)148.6GW，占總裝機(jī)容量的9%，主要分布在“三北”地區(qū)，裝機(jī)容量排前五名的省(自治區(qū)）分別是內(nèi)蒙古(25.57GW)、新疆(17.76GW)、甘肅(12.77GW)、河北(11.88GW)和寧夏(9.42GW)。光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量77.42GW，其中光伏電站裝機(jī)容量67.1GW，分布式裝機(jī)容量10.32GW，分布式占比為13.3%，光伏電站裝機(jī)容量排前五名的省（自治區(qū)）是新疆(8.62GW)、甘肅(6.86GW)、青海(6.82GW)、內(nèi)蒙古(6.37GW)和江蘇(5.46GW)。水電累計(jì)裝機(jī)容量為332.11GW，占總裝機(jī)容量的20.18%，水電裝機(jī)容量排名前列的是四川(72.46GW)和云南(60.96GW)，合計(jì)約占水電裝機(jī)總量的40.2%。

2016年，中國風(fēng)電、光伏、水電發(fā)電量分別為2410億kW·h、662億kW·h和11807億kW·h。“十二五”期間，中國風(fēng)電、光伏、水電發(fā)電量年均增長分別為30%、219%和18%，增速比同期全國發(fā)電量增速高出28.7個(gè)百分點(diǎn)。風(fēng)電、光伏發(fā)電量占比分別由2010年的0.7%、0.003%提高到2016年的4.0%、1.1%，水電發(fā)電量占比由2010年的22.18%降低到2016年的19.71%。
2016年，全球可再生能源發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量為2050GW，同比增長8.7%，占全球發(fā)電總裝機(jī)的1/3，其中中國以545.9 GW排名第一，歐盟和美國分別以421.2GW、214.7GW位居第二和第三，2016年全球可再生能源累計(jì)裝機(jī)容量排名見圖4。同年，全球可再生能源發(fā)電量占比為21.6%，其中水電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電量分別占16.5%、3.6%和1.1%。

1.3 發(fā)展情景相似性分析
綜上所述，中國和全球可再生能源發(fā)展的趨勢是相同的。未來，為實(shí)現(xiàn)能源的清潔轉(zhuǎn)型，在中國和全球的近、中、遠(yuǎn)期能源規(guī)劃中，可再生能源裝機(jī)仍將保持高速增長，并將實(shí)現(xiàn)從輔助電源向主力電源的逐步過渡。
同時(shí)，從宏觀空間分布角度看，中國和全球可再生能源大基地大多與負(fù)荷集中地區(qū)呈逆向分布，僅少部分地區(qū)可實(shí)現(xiàn)小區(qū)域就地平衡。中國可再生能源裝機(jī)容量與最大負(fù)荷的比值（即可再生能源滲透率）為22%，高于美國(10%)，低于丹麥(93%)、西班牙(78%)和葡萄牙(63%)，處于中等水平，但蒙東、甘肅、寧夏、新疆等地區(qū)均超過100%。因此，當(dāng)前中國可再生能源發(fā)展面臨的消納難題，在未來的全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中也將同樣遇到。

2、中國可再生能源發(fā)展主要成就及面臨挑戰(zhàn)
2006年1月，《中華人民共和國可再生能源法》正式實(shí)施，隨后中國又制定了可再生能源發(fā)電固定上網(wǎng)電價(jià)、財(cái)政補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠、信貸優(yōu)惠和優(yōu)先上網(wǎng)等一系列措施，基本建立了促進(jìn)可再生能源發(fā)展的系統(tǒng)性政策框架。同時(shí)，針對可再生能源并網(wǎng)中存在的技術(shù)問題，修訂了《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。這些政策、措施和標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)和推動了中國可再生能源的健康與可持續(xù)發(fā)展。
2.1 可再生能源資源儲量和分布精細(xì)探明
20世紀(jì)70年代至今，中國先后進(jìn)行了4次風(fēng)能資源普查，逐漸摸清了風(fēng)能資源的技術(shù)可開發(fā)量和分布情況。隨著技術(shù)進(jìn)步和資源普查精細(xì)化，中國風(fēng)能資源的技術(shù)可開發(fā)量從上世紀(jì)80年代末的2.53億kW增加到2016年的42億kW(包括7億kW低風(fēng)速資源)。中國西部的青藏高原、甘肅北部、寧夏北部和新疆南部等地區(qū)太陽能資源最豐富，年開發(fā)潛力超過85萬億kW·h。若優(yōu)先開發(fā)坡度小于等于3o區(qū)域的太陽能，新疆年開發(fā)潛力最大，約為1.97萬億kW·h；若優(yōu)先開發(fā)坡度小于等于6o區(qū)域的太陽能，同樣是新疆年開發(fā)潛力最大，約為2.3萬億kW·h。
2.2 集中式和分布式并舉開發(fā)
中國可再生能源開發(fā)采取了集中式和分布式并舉的發(fā)展模式。由于中國的負(fù)荷中心主要分布在東、中部省份，大規(guī)模發(fā)展可再生能源需采用集群式開發(fā)、遠(yuǎn)距離輸送模式，用特高壓輸電技術(shù)將“三北”地區(qū)的風(fēng)電、太陽能發(fā)電電力和西南地區(qū)的水電遠(yuǎn)距離送到負(fù)荷中心。“十三五”期間，中國將建成投運(yùn)的可再生能源發(fā)電基地和配套特高壓輸電工程如表1所示。

在中國東中部和西南地區(qū)，可再生能源資源稟賦和用電負(fù)荷匹配性好，因此主要發(fā)展分散式風(fēng)電和分布式光伏發(fā)電，結(jié)合分布式電網(wǎng)和微電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電—輸電—用電就地一體化。截至2016年底，中國分布式發(fā)電裝機(jī)排名前三位的省份是浙江(2.07GW)、江蘇(1.73GW) 和山東(1.19GW)，中國國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)戶數(shù)達(dá)到20.35萬戶，比2015年增長800%。按照中國電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃，“十三五”期間，中國將全面推進(jìn)分布式光伏發(fā)展，2020年分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)容量將達(dá)到60GW以上。
2.3 堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)有力支撐
中國電網(wǎng)在電力需求增長、技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)步以及可再生能源迅猛發(fā)展的推動下，已經(jīng)進(jìn)入了以堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)為標(biāo)志的新階段。堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的新型現(xiàn)代化電網(wǎng)。“堅(jiān)強(qiáng)”和“智能”是未來電網(wǎng)發(fā)展的基本要求。“網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)”是基礎(chǔ)，“泛在智能”是關(guān)鍵，二者相輔相成，缺一不可。堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)在發(fā)電側(cè)具有兼容性，在輸電側(cè)具有堅(jiān)強(qiáng)性，在用電側(cè)具有靈活性，兼具技術(shù)升級的開放性，可滿足多種能源的接入，解決可再生能源發(fā)電間歇性帶來的運(yùn)行消納和安全性問題。
圖5為智能電網(wǎng)支撐可再生能源發(fā)展示意圖。智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)包括：新能源發(fā)電虛擬同步機(jī)技術(shù)、柔性直流輸電技術(shù)、大型交直流混合電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行控制技術(shù)、大容量儲能技術(shù)和分布式微電網(wǎng)技術(shù)，以及電網(wǎng)與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)技術(shù)深度融合等。隨著可再生能源的利用規(guī)模越來越大，堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)大范圍能源資源配置和安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的效益將更加顯著，可為大規(guī)模可再生能源的高效利用提供基礎(chǔ)支撐。

2.4 可再生能源發(fā)電設(shè)備制造和運(yùn)行水平不斷提升
中國風(fēng)電裝備制造業(yè)和太陽能光伏組件制造業(yè)發(fā)展迅速。2016年全球排名前十的風(fēng)電機(jī)組制造商中，中國企業(yè)占5個(gè)，其市場占有率為28.9%。2016年中國多晶硅產(chǎn)量約19.4萬t，約占全球總產(chǎn)量的52.4%；太陽能電池片產(chǎn)量超過49GW，占全球總產(chǎn)量的71%；光伏組件產(chǎn)量約53GW，占全球總產(chǎn)量的3.6%，連續(xù)十年第一。
隨著裝備制造成本的下降以及機(jī)型設(shè)計(jì)、微觀選址、運(yùn)維水平等技術(shù)的提升，風(fēng)電和光伏發(fā)電成本持續(xù)下降。風(fēng)電成本已從2010年的0.5~0.6元/kW·h降低到2016年的0.45元/kW·h左右。2013年，中國西部大型地面光伏電站的發(fā)電成本為0.7~0.9元/kW·h，東部地區(qū)光伏發(fā)電成本為0.9~1.2元/kW·h。2016年，光伏發(fā)電的平均發(fā)電成本已降低到0.68元/kW·h。中國2016年下半年光伏“領(lǐng)跑者”基地招標(biāo)項(xiàng)目，最終投標(biāo)價(jià)格已低到0.52~0.61元/kW·h，并已啟動風(fēng)電平價(jià)上網(wǎng)試點(diǎn)。預(yù)計(jì)到2020年，中國風(fēng)電可實(shí)現(xiàn)發(fā)電側(cè)平價(jià)上網(wǎng)，光伏發(fā)電可實(shí)現(xiàn)用電側(cè)平價(jià)上網(wǎng)，為能源清潔轉(zhuǎn)型打下堅(jiān)實(shí)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。
通過技術(shù)創(chuàng)新和設(shè)備升級，中國可再生能源發(fā)電裝備的單機(jī)容量、可靠性和發(fā)電性能持續(xù)提升；風(fēng)電場和光伏電站的電網(wǎng)友好性不斷增強(qiáng)，基本具備電壓/頻率控制、高/低電壓故障穿越、電量與功率精準(zhǔn)預(yù)測等能力，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了技術(shù)支撐。
2.5 棄風(fēng)、棄光問題凸顯
2016年中國棄風(fēng)電量達(dá)497億kW·h，平均棄風(fēng)率達(dá)到17%，甘肅、新疆和吉林等地棄風(fēng)率高達(dá)43%、38%和30%；2016年，中國棄光、棄水電量分別為70.4億kW·h、500億kW·h，“三棄”總電量超過1000億kW·h，引起社會各界的關(guān)注。
電力系統(tǒng)的發(fā)、供、用電同時(shí)完成，瞬時(shí)平衡。風(fēng)、光等可再生能源出力具有隨機(jī)性和波動性，其高比例接入電力系統(tǒng)后，增加了電力系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)的負(fù)擔(dān)，常規(guī)電源不僅要跟隨負(fù)荷變化，還需要平衡可再生能源發(fā)電出力波動，可再生能源發(fā)電出力波動超過電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)范圍時(shí)，必須控制出力以保證系統(tǒng)發(fā)用電功率平衡，就會產(chǎn)生棄風(fēng)、棄光。
當(dāng)前中國尚缺乏可再生能源發(fā)展與其他能源協(xié)調(diào)互補(bǔ)的機(jī)制，沒有建立完善有效的保障可再生能源優(yōu)先利用的電力和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、電網(wǎng)運(yùn)行和電力市場機(jī)制等。從技術(shù)角度講，中國棄風(fēng)、棄光的原因主要有以下三個(gè)方面：
  (1) 電網(wǎng)、電源和電力市場之間發(fā)展不協(xié)調(diào)。
電網(wǎng)互聯(lián)互通是實(shí)現(xiàn)大區(qū)域全局范圍調(diào)節(jié)能力配置的物理支撐。中國過去十年電力綜合規(guī)劃缺失，雖然各種電源、電網(wǎng)都制定了各自規(guī)劃，但缺乏統(tǒng)一的協(xié)調(diào)和聯(lián)動，電源與電網(wǎng)發(fā)展建設(shè)脫節(jié)，東部省份負(fù)荷高速增長，導(dǎo)致缺電頻發(fā)，而“三北”和西南地區(qū)卻由于風(fēng)電、光伏發(fā)電、水電無法送出，出現(xiàn)“窩電”。另外，由于尚沒有建立有效的全國電力市場機(jī)制，發(fā)電計(jì)劃由各地政府制定，各省優(yōu)先考慮本地電廠，接受外來可再生能源的意愿不強(qiáng)，客觀上加劇了跨地區(qū)可再生能源消納的難度。
  (2) 電源調(diào)峰能力不足。
中國電源結(jié)構(gòu)以帶基本負(fù)荷的煤電為主，靈活調(diào)節(jié)電源比重低。火電裝機(jī)占全國電源裝機(jī)容量的67%，抽水蓄能、燃?xì)獾褥`活調(diào)節(jié)電源的占比僅為6%，靈活調(diào)節(jié)能力先天不足。火電機(jī)組特別是“以熱定電”的供熱機(jī)組，調(diào)節(jié)能力差。“三北”地區(qū)熱電強(qiáng)耦合供熱機(jī)組占有很大比重，10個(gè)省(自治區(qū))的供熱機(jī)組比重超過40%。此外部分地區(qū)自備電廠占比高， 自備電廠機(jī)組不參與調(diào)峰調(diào)頻。截至2016年底，“三北”地區(qū)自備電廠裝機(jī)容量達(dá)8231萬kW，占當(dāng)?shù)鼗痣娧b機(jī)容量的19%以上，比2010年增長1.5倍，其中自備電廠裝機(jī)占本省火電裝機(jī)比例超過10%的省區(qū)有7個(gè)。
  (3) 可再生能源基地就地消納能力不足。
中國“三北”、西南地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和終端用電比重落后全國平均水平。2016年，“三北”地區(qū)電力負(fù)荷占中國總電力負(fù)荷的比重僅為36%，但集中了中國75%的風(fēng)電和光伏發(fā)電裝機(jī)，存在著巨大的發(fā)電和用電市場的遠(yuǎn)距離錯(cuò)位，其消納嚴(yán)重依賴特高壓輸電通道的建設(shè)和運(yùn)行。該問題未來會隨著中國地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的結(jié)構(gòu)性調(diào)整和均衡性發(fā)展， 逐步得到緩解。

（待續(xù)）