0、引言
能源、環境和氣候變化已成為備受世界各國關注的重大挑戰。2017年5月14日，習近平主席在“一帶一路”國際合作高峰論壇開幕式上發表主旨演講，提出“要抓住新一輪能源結構調整和能源技術變革趨勢， 建設全球能源互聯網，實現綠色低碳發展”，這是繼2015年9月26日習近平主席在聯合國發展峰會上發表重要講話， 倡議探討構建全球能源互聯網(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全球能源互聯網。
2016年3月，中國發起成立了全球能源互聯網發展合作組織，該組織于2017年2月發布了3項最新創新成果——《全球能源互聯網發展戰略白皮書》《跨國跨洲電網互聯技術與展望》《全球能源互聯網發展與展望(2017)》，深入分析了當今全球清潔能源、電網技術和跨國聯網的發展情況，提出了全球能源互聯網的發展戰略體系、發展思路和戰略重點。
近年來，以風電、光伏發電為代表的可再生能源發電在中國得到極大發展，目前中國已成為全球風電和光伏發電裝機容量最大的國家。預計到2020年，中國風電和光伏發電總裝機將超過300GW。在相關政策支撐推動下，中國可再生能源發電技術日臻成熟完善，成本不斷降低，市場競爭力不斷增強，為未來可再生能源更大規模應用及電網實現更大范圍互聯奠定了重要基礎。
本文基于對中國與全球可再生能源的資源分布和發展情景的比較分析，著重闡述了中國可再生能源發展取得的成就、遇到的挑戰及解決舉措，旨在為全球能源互聯網的發展提供借鑒和啟示。

1、中國與全球可再生能源發展情景相似性分析
1.1  中國和全球可再生能源的資源分布比較
中國的風能、太陽能資源集中分布在西部和北部地區，其中“三北”地區(東北、西北和華北）風能資源占中國風能資源的90%以上，西部和北部地區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，西藏、四川、云南和青海等地區的水能資源豐富。中國的用電負荷主要集中在東部、中部地區，其分布與可再生能源資源分布呈現出逆向的特征。
從全球范圍看，風功率密度超過400W/m2的地區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，太陽能年輻射總量超過1700kW·h/m2的地區主要分布在與赤道成45°的能源帶內。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荷也呈非匹配性分布，如圖1所示。僅局部地區（如歐洲）可再生能源和負荷匹配性較好，基本可實現就地消納利用，如圖2所示。

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

2016年，中國風電、光伏、水電發電量分別為2410億kW·h、662億kW·h和11807億kW·h。“十二五”期間，中國風電、光伏、水電發電量年均增長分別為30%、219%和18%，增速比同期全國發電量增速高出28.7個百分點。風電、光伏發電量占比分別由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，全球可再生能源發電累計裝機容量為2050GW，同比增長8.7%，占全球發電總裝機的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裝機容量排名見圖4。同年，全球可再生能源發電量占比為21.6%，其中水電、風電、太陽能發電量分別占16.5%、3.6%和1.1%。

1.3 發展情景相似性分析
綜上所述，中國和全球可再生能源發展的趨勢是相同的。未來，為實現能源的清潔轉型，在中國和全球的近、中、遠期能源規劃中，可再生能源裝機仍將保持高速增長，并將實現從輔助電源向主力電源的逐步過渡。
同時，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荷集中地區呈逆向分布，僅少部分地區可實現小區域就地平衡。中國可再生能源裝機容量與最大負荷的比值（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、新疆等地區均超過100%。因此，當前中國可再生能源發展面臨的消納難題，在未來的全球能源互聯網建設中也將同樣遇到。

2、中國可再生能源發展主要成就及面臨挑戰
2006年1月，《中華人民共和國可再生能源法》正式實施，隨后中國又制定了可再生能源發電固定上網電價、財政補貼、稅收優惠、信貸優惠和優先上網等一系列措施，基本建立了促進可再生能源發展的系統性政策框架。同時，針對可再生能源并網中存在的技術問題，修訂了《風電場接入電力系統技術規定》等相關技術標準規范。這些政策、措施和標準，指導和推動了中國可再生能源的健康與可持續發展。
2.1 可再生能源資源儲量和分布精細探明
20世紀70年代至今，中國先后進行了4次風能資源普查，逐漸摸清了風能資源的技術可開發量和分布情況。隨著技術進步和資源普查精細化，中國風能資源的技術可開發量從上世紀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太陽能資源最豐富，年開發潛力超過85萬億kW·h。若優先開發坡度小于等于3o區域的太陽能，新疆年開發潛力最大，約為1.97萬億kW·h；若優先開發坡度小于等于6o區域的太陽能，同樣是新疆年開發潛力最大，約為2.3萬億kW·h。
2.2 集中式和分布式并舉開發
中國可再生能源開發采取了集中式和分布式并舉的發展模式。由于中國的負荷中心主要分布在東、中部省份，大規模發展可再生能源需采用集群式開發、遠距離輸送模式，用特高壓輸電技術將“三北”地區的風電、太陽能發電電力和西南地區的水電遠距離送到負荷中心。“十三五”期間，中國將建成投運的可再生能源發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，可再生能源資源稟賦和用電負荷匹配性好，因此主要發展分散式風電和分布式光伏發電，結合分布式電網和微電網，實現發電—輸電—用電就地一體化。截至2016年底，中國分布式發電裝機排名前三位的省份是浙江(2.07GW)、江蘇(1.73GW) 和山東(1.19GW)，中國國家電網公司經營區域內分布式光伏發電并網戶數達到20.35萬戶，比2015年增長800%。按照中國電力發展“十三五”規劃，“十三五”期間，中國將全面推進分布式光伏發展，2020年分布式光伏發電并網容量將達到60GW以上。
2.3 堅強智能電網有力支撐
中國電網在電力需求增長、技術創新進步以及可再生能源迅猛發展的推動下，已經進入了以堅強智能電網為標志的新階段。堅強智能電網是以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的新型現代化電網。“堅強”和“智能”是未來電網發展的基本要求。“網架堅強”是基礎，“泛在智能”是關鍵，二者相輔相成，缺一不可。堅強智能電網在發電側具有兼容性，在輸電側具有堅強性，在用電側具有靈活性，兼具技術升級的開放性，可滿足多種能源的接入，解決可再生能源發電間歇性帶來的運行消納和安全性問題。
圖5為智能電網支撐可再生能源發展示意圖。智能電網關鍵技術包括：新能源發電虛擬同步機技術、柔性直流輸電技術、大型交直流混合電網安全穩定運行控制技術、大容量儲能技術和分布式微電網技術，以及電網與云計算、大數據、物聯網、移動互聯技術深度融合等。隨著可再生能源的利用規模越來越大，堅強智能電網大范圍能源資源配置和安全經濟運行的效益將更加顯著，可為大規?？稍偕茉吹母咝Ю锰峁┗A支撐。

2.4 可再生能源發電設備制造和運行水平不斷提升
中國風電裝備制造業和太陽能光伏組件制造業發展迅速。2016年全球排名前十的風電機組制造商中，中國企業占5個，其市場占有率為28.9%。2016年中國多晶硅產量約19.4萬t，約占全球總產量的52.4%；太陽能電池片產量超過49GW，占全球總產量的71%；光伏組件產量約53GW，占全球總產量的3.6%，連續十年第一。
隨著裝備制造成本的下降以及機型設計、微觀選址、運維水平等技術的提升，風電和光伏發電成本持續下降。風電成本已從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電成本為0.7~0.9元/kW·h，東部地區光伏發電成本為0.9~1.2元/kW·h。2016年，光伏發電的平均發電成本已降低到0.68元/kW·h。中國2016年下半年光伏“領跑者”基地招標項目，最終投標價格已低到0.52~0.61元/kW·h，并已啟動風電平價上網試點。預計到2020年，中國風電可實現發電側平價上網，光伏發電可實現用電側平價上網，為能源清潔轉型打下堅實的經濟基礎。
通過技術創新和設備升級，中國可再生能源發電裝備的單機容量、可靠性和發電性能持續提升；風電場和光伏電站的電網友好性不斷增強，基本具備電壓/頻率控制、高/低電壓故障穿越、電量與功率精準預測等能力，為電網安全穩定運行提供了技術支撐。
2.5 棄風、棄光問題凸顯
2016年中國棄風電量達497億kW·h，平均棄風率達到17%，甘肅、新疆和吉林等地棄風率高達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，引起社會各界的關注。
電力系統的發、供、用電同時完成，瞬時平衡。風、光等可再生能源出力具有隨機性和波動性，其高比例接入電力系統后，增加了電力系統功率調節的負擔，常規電源不僅要跟隨負荷變化，還需要平衡可再生能源發電出力波動，可再生能源發電出力波動超過電力系統調節范圍時，必須控制出力以保證系統發用電功率平衡，就會產生棄風、棄光。
當前中國尚缺乏可再生能源發展與其他能源協調互補的機制，沒有建立完善有效的保障可再生能源優先利用的電力和產業規劃、電網運行和電力市場機制等。從技術角度講，中國棄風、棄光的原因主要有以下三個方面：
  (1) 電網、電源和電力市場之間發展不協調。
電網互聯互通是實現大區域全局范圍調節能力配置的物理支撐。中國過去十年電力綜合規劃缺失，雖然各種電源、電網都制定了各自規劃，但缺乏統一的協調和聯動，電源與電網發展建設脫節，東部省份負荷高速增長，導致缺電頻發，而“三北”和西南地區卻由于風電、光伏發電、水電無法送出，出現“窩電”。另外，由于尚沒有建立有效的全國電力市場機制，發電計劃由各地政府制定，各省優先考慮本地電廠，接受外來可再生能源的意愿不強，客觀上加劇了跨地區可再生能源消納的難度。
  (2) 電源調峰能力不足。
中國電源結構以帶基本負荷的煤電為主，靈活調節電源比重低。火電裝機占全國電源裝機容量的67%，抽水蓄能、燃氣等靈活調節電源的占比僅為6%，靈活調節能力先天不足。火電機組特別是“以熱定電”的供熱機組，調節能力差。“三北”地區熱電強耦合供熱機組占有很大比重，10個省(自治區)的供熱機組比重超過40%。此外部分地區自備電廠占比高， 自備電廠機組不參與調峰調頻。截至2016年底，“三北”地區自備電廠裝機容量達8231萬kW，占當地火電裝機容量的19%以上，比2010年增長1.5倍，其中自備電廠裝機占本省火電裝機比例超過10%的省區有7個。
  (3) 可再生能源基地就地消納能力不足。
中國“三北”、西南地區經濟發展和終端用電比重落后全國平均水平。2016年，“三北”地區電力負荷占中國總電力負荷的比重僅為36%，但集中了中國75%的風電和光伏發電裝機，存在著巨大的發電和用電市場的遠距離錯位，其消納嚴重依賴特高壓輸電通道的建設和運行。該問題未來會隨著中國地區經濟發展的結構性調整和均衡性發展， 逐步得到緩解。

（待續）