全球互联电网方案的制作方法
【专利摘要】一种全球互联电网方案，其特征在于：以地球北或南极地区为中心构建互联电网，连接北或南半球各主要地区；方案一，在北或南极核心地带设置中心结点--多端直流换流站，以辐射方向铺设高压直流输电电缆，输电线路的数量是2条、3条、4条或更多条；或方案二，在北或南半球主要地区的北或南端设置联结点--三端直流换流站，以环状方式实施电网连接，并依次将各换流站用高压直流输电电缆联结，形成闭环的O型联结或开口的C型联结，联结点的数量是3个、4个或更多个。本发明具有覆盖范围大、利用地球时差、调配能力强、总路径较短和有利于超导传送的优点。
【专利说明】全球互联电网方案
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种输电网相互联结的方式，尤其涉及一种覆盖范围大、利用地球时差、调配能力强、总路径较短的互联电网。
【背景技术】
[0002]互联电网可以在较大范围内调剂电力余缺，保障供电可靠性，并获得良好的社会经济效益。当今世界上，已经出现了几个跨国的大型区域互联电网，如加拿大-美国互联电网，北欧-西欧互联电网，东欧互联电网，中国也与俄罗斯等接壤国家实现了联网供电。
[0003]近年来，以风力发电、太阳能光伏发电为代表的可再生绿色能源蓬勃发展，在电力结构中的比例逐年增大，在个别国家已达10%。但由于这些新能源受到自然条件的限制，具有明显的间歇式特征。而目前的技术水平还不能以较为经济的办法实现大功率、大容量存储电能，因此在规模有限的电网中，很难充分消纳这些新能源。为了更大规模地开发、利用新能源，就要进一步发展互联电网，在更大的地理范围内调剂电力余缺。
[0004]由于地球的自转，各地区昼夜交替，并存在地区时差。人们的生活节律、用电负荷
的峰谷起伏也与时差相对应。譬如，当上海是白昼时，用电负荷很高，而此时纽约为黑夜，用 电负荷较低。如能实现上海与纽约的电力交换，就能削峰填谷，获得良好的时差/峰谷差效 益
[0005]由于地理、历史等各种原因，当今世界经济发展的主要区域集中在北半球，而北纬30度以北的欧洲、北美、东北亚地区的发展又占有较大权重。在此三大区域实现电网互联，将能在更大范围内进行电力资源的优化配置，推动新能源的大规模开发和有效利用，有利于世界经济的可持续发展。
[0006]历史上，最初的东西方交流是从陆路沿着纬度方向发展的，如中国与中亚、西亚交往的“丝绸之路”。随着航海技术的进步，也实现了东西方向的环球航海航行。近些年来，航空、航海领域不断探索东西方通行的更短路径。中国-美国的航空客运已于2002年9月开辟了穿越北极的航线，并实现商业化运营。北京-纽约的航线长度从19000公里缩短为11000公里，减少了 8000公里，飞行时间从17小时缩短为13小时，获得了良好的经济效益。很多国家的船务公司也探索了穿越北极的航海线路，并取得了初步成效，但由于北极冰冻期较长，以现有的航海技术能力，一年之中，仅有2个多月适合航行。
[0007]迄今为止，尚未有人提出过全球互联电网的方案。原因在于，以传统思考方式和技术发展水平，尚不足以提出较为可行的技术方案。近十年来，输电技术和超导材料研发有了较快发展。在陆地上，按常规架空铝线输电方式，通过提高电压、降低线路损耗，可以实现更远距离的电力输送。在中国，正负800千伏直流输电技术已经成功应用并实现商业化运行，其经济送电距离达3000公里以上。正在研发的正负1100千伏直流输电技术的研发也已接近尾声，其陆地上经济送电距离可达5000公里以上。在海底中，按常规的交联聚乙烯外绝缘电缆技术，正负500千伏直流输电电缆的研发制造已不存在技术障碍。在超导材料研究领域，常温超导材料的研发进展很快。2013年4月在中国河南，长度350米、输送电流10千安的超导直流输电电缆，在经过半年的试运行后通过了国家科技部的验收。该条电缆是目前世界上传输电流最大的高温超导电缆，也是世界首条实现并网示范运行的高温超导直流电缆。2013年10月，日本长崎综合科技大学加藤贵副教授领导的研究小组发现，利用石油制成含有碳分子的合成材料，如二萘品苯(picene),有可能在零下35度实现电流的超导传输。
[0008]在北或南极地区(北极是指北纬66度34分(北极圈)以北的广大区域，也叫做北极地区)建设北半球互联电网，联网的总路径较短，区域之间电力交换的路径也较短。北或南极寒冷的环境还有利于今后超导材料输电电缆的低损耗运行。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种覆盖范围大、利用地球时差、调配能力强、总路径较短、推动可再生能源利用的全球互联电网方案。
[0010]本发明的技术方案是:一种全球互联电网方案，其特征在于:以地球北或南极地区为中心构建互联电网，连接北或南半球各主要地区；
方案一，在北或南极核心地带设置中心结点--多端直流换流站，以辐射方向铺设高压直流输电电缆，，输电线路的数量是2条、3条、4条或更多条；
或方案二，在北或南半球主要地区的北或南端设置联结点一三端直流换流站，以环状方式实施电网连接，并依次将各换流站用高压直流输电电缆联结，形成闭环的O型联结或开口的C型联结，联结点的数量是3个、4个或更多个。
[0011]如上所述的全球互联电网方案，其特征在于:如上所述的北半球各主要地区包括欧洲、北美和东北亚地区，南半球主要地区包括南部非洲、南美洲和澳洲。
[0012]如上所述的全球互联`电网方案，其特征在于:采用高压直流输电技术作为互联电网的基本输电方式，包括不同电压等级、不同换流方式、不同接线方式的直流输电技术和装备。
[0013]如上所述的全球互联电网方案，其特征在于:输电线路采用海底直流电缆、冰冻层敷设直流电缆、架空直流输电导线中的一种或多种。
[0014]如上所述的全球互联电网方案，其特征在于:电缆、架空直流输电导线的导电材料为金属或金属合金构成的常规导电材料，无机化合物或有机化合物构成的超导材料。
[0015]如上所述的全球互联电网方案，其特征在于:北半球环形方案的四个结点换流站分别设置在加拿大马更些河入海处a、俄罗斯勒拿河入海处b、挪威北端c和加拿大纽芬兰省北端(或魁北克)d。
[0016]本发明的有益效果是:本发明以地球北或南极地区为中心构建互联电网，联结北或南半球的主要地区，特别是北半球的欧洲、北美和东北亚地区，由此带来的技术效果是:
(I)、比沿着纬线方向构建的互联电网的总里程更短，电力交换方式更灵活。(2)、利用地球自转产生的区域时差，将不同区域高峰电力负荷和低谷电力负荷相互调剂，实现“削峰填谷”，在跨国、跨地区范围内实现电力资源优化配置，提高供电的可靠性和经济性。(3)、使北或南极地区丰富的风力发电资源得以充分开发、利用，并向北或南半球各地区供电，有利于节能减排，有利于世界经济的可持续发展。(4)、北或南极地区的常年低温，有利于输电线路以较低的电阻损耗运行，特别是有利于采用超导材料制造的输电线路发挥其超导特性。【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是方案一的示意图。图中虚线为海中线路，实线为路上线路。
[0018]图2是方案二的示意图。图中虚线为海中线路，实线为路上线路。
[0019]图3是本发明北半球C形环状实施例互联电网线路图。
[0020]图4是从另外一个角度俯视北极互联电网。
【具体实施方式】
[0021]为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
[0022]以下实施案例是以方案二为基准的北半球C形环状实施例。
[0023]东北亚-北欧联络线。从俄罗斯的哈巴罗夫斯克(伯力)_阿穆尔河谷-穿越斯塔诺夫山脉(外兴安岭)_勒拿河谷-在季克西(图3中b点)进入拉普捷夫海。此段为陆路架空输电线路，总长约2700公里(图3左上角实线)。拉普捷夫海-切柳斯金角(北地群岛南侦D -新地岛北端-进入巴伦支海-挪威的诺尔辰角(图3中c点)，此段为海底输电电缆，总长约3300公里(图3正上方虚线)。上述两段之和为6000公里。在俄罗斯境内的入海点季克西，建设三端互通的直流换流站。在俄罗斯境内的伯力，建设三端分流的直流换流站，一路分支进入中国东北地区，另一路分支进入日本、韩国(也可选择途径中国东北、朝鲜)。
[0024]东北亚-北美西部联络线。穿越俄罗斯陆路部分与联络北欧的路径相同，即在季克西附近进入拉普捷夫海，总长约2700公里。在季克西进入拉普捷夫海后，沿新西伯利亚群岛南端向东-经东西伯利亚海-皮弗特海-马更些河口上岸(图3中a点)，此段为海底输电电缆，总长约3400公里(图3左上部虚线)。上述两段之和为6100公里。此后，可以沿马更些河谷向南，再沿落基山脉西麓进入美加西海岸地区，或沿落基山脉东麓进入美加中西部地区(图3左下部实线)。
[0025]北欧-北美东部联络线。从挪威的诺尔辰角-向西穿越格陵兰岛和冰岛之间的丹麦海峡-绕过格陵兰岛最南端-向西从纽芬兰省北部登陆加拿大(图3中d点)，此段为海底输电电缆，总长约5000公里(图3右上部虚线)。登陆后沿着贝尔岛海峡-魁北克，为陆上线路，总长约1300公里，即进入到美加东部联合电网。上述两段之和为6300公里。
[0026]综上所述，环形方案的四个结点换流站分别设置在加拿大马更些河入海处a、俄罗斯勒拿河入海处b、挪威北端c和加拿大纽芬兰省北端(或魁北克)d。线路总长为15700公里，其中海路11700公里(三段虚线之和)，陆路4000公里(两段实线之和)。而对比上海-美国旧金山约10200公里的航空距离，北极互联电网的路径总里程并不算太长。
[0027]图4是从另外一个角度俯视北极互联电网。图中白色区域是海洋，左侧黑色部分为北美大陆板块，右侧黑色部分为欧亚大陆板块；黑色虚线为海中线路，白色实线为陆上线路。
[0028]本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1.一种全球互联电网方案，其特征在于:以地球北或南极地区为中心构建互联电网，连接北或南半球各主要地区； 方案一，在北或南极核心地带设置中心结点--多端直流换流站，以辐射方向铺设高压直流输电电缆，输电线路的数量是2条、3条、4条或更多条； 或方案二，在北或南半球主要地区的北或南端设置联结点一三端直流换流站，以环状方式实施电网连接，并依次将各换流站用高压直流输电电缆联结，形成闭环的O型联结或开口的C型联结，联结点的数量是3个、4个或更多个。
2.如权利要求1所述的全球互联电网方案，其特征在于:如上所述的北半球各主要地区包括欧洲、北美和东北亚地区，南半球主要地区包括南部非洲、南美洲和澳洲。
3.如权利要求1所述的全球互联电网方案，其特征在于:采用高压直流输电技术作为互联电网的基本输电方式，包括不同电压等级、不同换流方式、不同接线方式的直流输电技术和装备。
4.如权利要求1如上所述的全球互联电网方案，其特征在于:输电线路采用海底直流电缆、冰冻层敷设直流电缆、架空直流输电导线中的一种或多种。
5.如权利要求1或2或3或4所述的全球互联电网方案，其特征在于:电缆、架空直流输电导线的导电材料为金属或金属合金构成的常规导电材料，无机化合物或有机化合物构成的超导材料。
6.如权利要求1或2或3或4所述的全球互联电网方案，其特征在于:北半球环形方案的四个结点换流站分别设置在加拿大马更些河入海处a、俄罗斯勒拿河入海处b、挪威北端c和加拿大纽芬兰省北端或魁北克d。
7.如权利要求5所述的全球互联电网方案，其特征在于:北半球环形方案的四个结点换流站分别设置在加拿大马更些河入海处a、俄罗斯勒拿河入海处b、挪威北端c和加拿大纽芬兰省北端或魁北克d。
【文档编号】H02J3/36GK103701114SQ201310561979
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年11月13日 优先权日:2013年11月13日
【发明者】梁涵卿, 梁旭明, 邬雄, 张广洲 申请人:梁涵卿, 梁旭明, 邬雄, 张广洲